Düz, doğru hareket kolay olmaktan uzaktır.

Düz, doğru hareket kolay olmaktan uzaktır ve doğrusal konumlandırma cihazları, bir değil, üç boyutta hata yaparak bunu kanıtlar

Tam olarak “doğrusal hareket” kavramının çivilenmiş olduğunu düşündüğünüzde - hemen gerekli puanları vurun ve evdeyseniz - partiyi çarpmak için kalan beş özgürlük derecesi geliyor. Kaba bir perspektiften bakıldığında, doğrusal bir taşıma esas olarak bir eksen boyunca tercüme edilir (buna x ekseni olarak adlandırılır), ancak tüm mühendislik parçaları kusurlara sahiptir ve sürekli artan doğruluk ve hassasiyet ihtiyacımızla, ayrıntılara dikkatimiz de ilerlemelidir. buna göre.

Sistem doğruluğunu iyice tanımlamak için, altı serbestlik derecesini de açıklamalıyız, bunlar x, y ve z eksenlerinde çeviri ve yaklaşık aynı dönüş.

Yerleştirme endişeleri

Yeni başlayanlar için, anahtar konumlandırma parametrelerinin net bir tanımını oluşturalım. Çoğu mühendis doğruluk, tekrarlanabilirlik ve çözüm terimlerine aşina olsa da, pratikte yaygın olarak kötüye kullanılırlar. Doğruluk, üçünün elde edilmesi en zor olanıdır, bunu tekrarlanabilirlik ve son olarak çözünürlük izler. Doğruluk, hareket halindeki bir sistemin bir komut pozisyonuna ne kadar yakından yaklaştığını, teorik XYZ alanında yatan kesin bir konuma ne kadar yaklaştığını açıklar.

Tekrarlanabilirlik veya hassasiyet ise, aynı yere geçme girişimleri rastgele yönlerden geçme girişimleri arasındaki hatayı ifade eder. Mükemmel tekrarlanabilir bir doğrusal sistem oldukça yanlış olabilir - komuta edilenden iyi uzakta olan aynı yeri sürekli olarak başarabilir. Örnek olarak, yoğun bir şekilde önceden yüklenmiş bir takipçi somununa sahip bir kurşun vida, ancak önemli perde veya “kurşun” hatası ile, zayıf doğrulukla birlikte iyi tekrarlanabilirliğe sahip olabilir. Ön yük, somunu eksenel konumunda sert tutar, geri tepmeyi azaltır veya ortadan kaldırır ve somun ve yük hareketini vidalı şaft dönüşüne göre tutarlı bir şekilde sağlar. Ancak perde hatası, amaçlanan dönüş-geçiş ilişkisini kilterden atar, böylece sistem yanlıştır.

Çözünürlük, gerçekleştirilebilecek en küçük hareket artışıdır. Örneğin, komut konumu 2 μm uzaklıktadır, ancak sistemin çözünürlüğü 4 μm ise, doğruluk 2 μm'den daha iyi olamaz. Bu koşullar altında, sistemin istenen pozisyonda daha yakından hareket etme çözümü yoktur.

Bir sistemin doğru olması için, tüm bileşenleri doğru, tekrarlanabilir olmalı ve yeterli çözünürlük sunmalıdır. Her ne kadar bir sistem iyi “kurşun” doğruluğu sağlasa da, zayıf tekrarlanabilirlik (yani, sistem komut noktası hakkında rastgele dağılım oluşturur) genel sistem doğruluğu tekrarlanabilirliğinden daha iyi olamaz.

Kılavuzlu Önlemler

Doğrusal hareket cihazları iki temel bileşenden oluşur, doğrusal bir kılavuz ve itme üretmek için bir cihaz. Kılavuz, üç boyutlu alanda bulunan 6 serbestlik derecesinin 5'inde hareketin kısıtlanmasından sorumludur. İdeal kılavuz, y ve z eksenlerinde herhangi bir çeviriye izin vermez ve eksenlerin hiçbiri hakkında döndürülmez. İtme cihazı (genellikle bir kurşun veya bilyalı vida), elbette, sadece sınırsız eksende hareket üretmesi beklenir. Bu iki bileşenin doğruluğunu ayrı ayrı değerlendirmek ve daha sonra genel doğruluğu belirlemek için sonuçları birleştirmek uygundur.

Önce kılavuza bakalım. Doğrusal bir kılavuz çeşitli hata kaynaklarından muzdarip olabilir: yukarı ve aşağı veya yan yana eğrilik - başka bir deyişle düzlük ve düzlükteki sapmalar; dikey patlama; ve rehber ve takipçi arasındaki süreksizlikler.

Düzlük ve düzlük, genellikle en büyük büyüklükte olduğu için en yaygın endişelerdir. Mükemmel yapılmış bir kılavuz, XY düzlemine paralel bir düzlem boyunca ve ayrıca X eksenine paralel bir çizgi boyunca seyahat eder. Düzlük hatası esasen XY düzleminden sapmadır. Basit eğriliği bir veya iki yönde kapsayabilir. Düzlük hatası her zaman z (dikey) eksende çeviri oluşturur. Eğriliğin yönüne bağlı olarak, y ekseni etrafında eğim dönüşüne neden olabilir, x ekseni (iki boyutlu çözgü ile kasa) veya her ikisi etrafında yuvarlanabilir. Çözgü ayrıca y ekseninde istenen harekete dik olan hafif çeviri oluşturabilir.

Düzlük hatası, taşıyıcının seyahat hattına, x eksenine paralel bırakarak ± Y yönüne doğru kıvrılarak sonuçlanır. Y ekseninde yer değiştirmenin yanı sıra, Z ekseni etrafında bir sapma dönüşüne neden olacaktır.

Dikey patlama, tercüme ederken doğrusal kılavuzun yüksekliğinde sistematik bir değişikliktir. Bunun nedeni, yatak yüzeylerinin imalatındaki yanlışlıklar, Z ekseninde çeviri oluşturulabilir. Çoğu rehber üreticisi düzlük veya dikey patlama ile düzlükle listeler. Dönüş olmadan anlık Y veya Z translasyonunu indüklemek için doğrusal bir kılavuz için mümkündür, ancak bunların büyüklüğü genellikle küçüktür. Doğrusal kılavuz takipçisi, kusurları uzunluğu boyunca dağıtma eğilimindedir ve ani kaymaları istenen harekete dönüştürür.

Rotasyonun doğruluk üzerindeki etkisi, ilgi noktasının, belki de kurşun vidanın kendisi veya geri bildirim için kullanılan doğrusal bir ölçek olan konum referans cihazına göre nerede olduğuna bağlıdır. Her iki durumda da, cihazın konumu, istenen hareket yönüne paralel olarak ölçüm çizgisini oluşturur. Bununla birlikte, doğrusal hareket sisteminin hedef noktası olan ilgi çekici nokta, ölçüm hattından dengelenebilir. Bu nedenle herhangi bir rotasyon, her birinde farklı ark uzunluklarına neden olur. Ve gerçek hareket mesafesi, rotasyon miktarına ve ofsete göre ölçekte kaydedilen mesafeden değişecektir. Ofset ne kadar büyük olursa, Abbé hatası olarak bilinen rotasyonlara bağlı çeviri hataları o kadar büyük olur. Referans cihazı olarak kullanılan kurşun vidasının kendisi ile ölçüm hattı merkezdedir. Ancak doğrusal kodlayıcılar tipik olarak kullanılır ve yana monte edilir. Bu, ilgi noktasının konumuna bağlı olarak Abbé hatası koşullarını daha da kötüleştirebilir veya iyileştirebilir (her zaman taşıma ve kurşun vidası ile hizalanmaz).

Buna karşılık, sürizsizlikler ve dikey patlama nedeniyle y ve z eksenlerindeki saf çeviri hataları, ilgi noktasına bakılmaksızın sabit kalır. Rotasyonlardan gelen hatalar çok daha aldatıcı olabilir. Ofseti en aza indirmek genellikle daha hassas kılavuzlara sahip bir konumlandırma sistemi oluşturmaktan daha kolay ve daha uygun maliyetlidir.

Sürüş hatası

İtme birçok yönden üretilebilir. Yaygın yüksek hassasiyetli cihazlar kurşun vidalar, bilyalı vidalar ve doğrusal motorlardır. Kurşun vidaları ve bilyalı vidalar, doğaları için özenli bir hata türü oluşturur. Vida döndükçe, takipçi döner hareketi doğrusal hale getiren sarmal bir yolda hareket eder. Sarmal açısı asla mükemmel olmadığından, düşük veya aşırı seyahat beklenmelidir. Bu, döngüsel (2π hata olarak bilinir) veya sistematik (300 mm seyahat başına ortalama hata olarak ölçülür) olabilir. Ara salınım veya seyahat varyasyonu frekansları da olabilir. Ortalama hata, kontrolör telafisi ile kolayca kaldırılabilir. Ara ve döngüsel hataların çıkarılması oldukça zorlaşır. C3 sınıfının hassas bir toprak vidası ortalama veya sistematik bir hataya 8 μm ve 2π hatası 6 μm olacaktır. Daha düşük hassasiyetli vidalarla, ortalama hataya göre önemsiz olduğu için 2π hata rapor edilmez. Tüm konumlandırma sınıfı kurşun vidaları için ortalama “kurşun” hatası listelenir.

Gerçek konumu kontrolöre geri beslemek için bir kurşun veya bilyalı vida, doğrusal bir kodlayıcı ile birlikte kullanılabilir. Bu, vidanın iplik formunda ultra doğruluk ihtiyacını ortadan kaldırır. Ölçek yetenekleri ve kontrol döngü ayarlaması, doğrusal doğruluk için sınırlayıcı faktörlerdir.

Doğrusal motorlar, bir doğrusal kodlayıcıdan veya bu tür diğer algılama cihazlarından gelen geri bildirimlere göre hareketi düzenler. Geri bildirim cihazının doğruluğu ve çözünürlüğü, herhangi bir servo uygulamasında önemli bir oyuncu olan sistem ayarlaması gibi sistem doğruluğunu sınırlayacaktır. Ayarlama için ölü bir bant seçilir, böylece taşıma bu aralıkta bir konuma ulaştığında avlanmayı durdurur. Bu, çökme süresini azaltır, ancak cihazın tekrarlanabilirliğini ve çözünürlüğünü de azaltır. Bununla birlikte, sistem tepkisi, stide, sapma ve benzerlerini tanıtmak için ara mekanik elementler olmadığından, doğrusal motorlar bir kurşun veya bilyalı vidalı sistemin doğruluğunu aşabilir.

Parçaların toplamı

Bir seyahat ekseni boyunca genel doğruluğu belirlemek için, kılavuz ve itme cihazı hataları birleştirilmelidir. Dönme hataları ilgi alanında çeviriye dönüştürülür. Bu hata daha sonra aynı yönde diğer çeviri hatalarıyla birleştirilebilir.

Abbé hatası, dönme ekseni üzerindeki toplam açılı değişimin teğetinin ofset mesafesi ile çarpılmasıyla hesaplanır. Her rotasyon için, ofset dönüş eksenine dik düzlemde alınmalıdır. Abbé hatasını neredeyse ortadan kaldırmanın tek yolu, geri bildirim cihazını ilgi çekici noktaya konumlandırmaktır.

Kılavuzun çeviri hataları her yönde hesaplandıktan sonra, sadece X ekseni boyunca hataya katkıda bulunan ve toplam sistem hatası ölçülen itme cihazından gelen hata ile birleştirilebilir.

Tek eksenli bir doğrusal hareket cihazını analiz ediyorsanız, her yön için çevirici hataları konumlandırma gereksinimlerinizle karşılaştırabilirsiniz. Herhangi bir eksen kabul edilemez bir hataya sahipse, bu eksenin hata bileşenlerini birer birer ele alabilirsiniz.

Sistem çok eksenli ise, birkaç doğrusal hareket düzenlemesi ile, hala sadece bir ilgi noktanız vardır; Her eksen için aynı. İlgilenilen noktadan en uzak eksen, Abbé hatası için en yüksek potansiyele sahip olacaktır. Toplam sistem hatasını belirlemek için her aşamadan çeviri hataları ilgi noktasında toplanabilir. Bununla birlikte, eksenler arasındaki dikeylik de şimdi dikkate alınmalıdır. Bu saf bir çeviri üretir. Örneğin, bir XY aşaması durumunda, x'e göre y ekseninin bir eğrisi, y ekseni geçtikçe ek bir X çevirisi üretecektir. Bu, trigonometri veya doğrudan ofseti ölçerek belirlenebilir. Rotasyonlardan farklı olarak, çeviriler ofsetten, ilgi alanına olan mesafeden bağımsızdır. Ortoglite ofsetini doğrudan genel hata bütçenize ekleyebilirsiniz.

Son olarak, “doğruluk” teriminin oldukça özgürce kullanıldığını ve genellikle yorum için açık bırakılabileceğini unutmayın. Bazen atıfta bulunulan doğruluk spesifikasyonu yalnızca konumlandırma vidasını açıklar. Bu tür kabataslak temsil yanıltıcı olabilir. Örneğin, bir tasarımcı, sorun aslında Abbé hatasına dayandığında, ortalama olası satış hatasını iyileştirerek sistem doğruluğunu artırmayı düşünebilir. Optimum yaklaşım değil. Çoğu zaman hata kaynağı tanımlandıktan sonra basit ve ekonomik bir geometrik çözüm vardır.