Elektronik, optik, bilgisayar, denetim, otomasyon ve lazer endüstrileri, çeşitli konumlandırma sistemi spesifikasyonlarını gerektirir.Hiçbir sistem herkes için doğru değildir.

Yüksek hassasiyetli bir konumlandırma sisteminin en iyi şekilde çalışmasını sağlamak için, sistemi oluşturan bileşenlerin (rulmanlar, konum ölçüm sistemi, motor ve tahrik sistemi ve kontrolör) uygulama kriterlerini karşılayacak şekilde mümkün olduğunca birlikte çalışması gerekir. .

Taban ve yatak

Optimum sistem konfigürasyonuna karar vermek için öncelikle sistemin mekanik kısmını düşünün. Doğrusal aşamalar için bunlar dört yaygın taban ve yatak tasarım seçeneğidir:
• Alüminyum taban ve cıvatalı bilyalı yataklı kızak.
• Alüminyum veya çelik taban ve çelik raylar üzerinde dört adet devridaim makaralı rulman bloklu alüminyum veya çelik yan.
• Meehanite dökme demir taban ve entegre makaralı yataklara sahip kızak.
• Granit veya dökme demir kızaklı ve hava yataklı granit kılavuzlar.

Alüminyum, mehanit veya çelikten daha hafiftir ancak daha az serttir, daha az stabildir, darbelere daha az dayanıklıdır ve strese daha az dayanıklıdır. Ayrıca alüminyum sıcaklık değişimlerine karşı çok daha hassastır. Dökme demir, alüminyumdan %150 daha serttir ve titreşim sönümleme açısından %300 daha iyidir. Çelik demirden daha dayanıklı ve daha güçlüdür. Ancak, hızlı hareket etme ve yerleşme sürelerine zarar veren uzun süreli çınlamaya maruz kalır.

Hava yataklı granit kılavuzlar en sağlam ve en dayanıklı kombinasyonu sağlar. Granit, mikron altı aralıkta düzlük ve düzlük için cilalanabilir. Granit masanın dezavantajı, granitin kütlesi nedeniyle daha geniş bir alan kaplamasına sahip olması ve çelik veya demir bazlı konumlandırma sisteminden daha ağır olmasıdır. Ancak yataklar ile granit kılavuz yüzeyleri arasında temas olmadığından aşınma olmaz ve havalı yataklar büyük ölçüde kendi kendini temizler. Ayrıca granit mükemmel titreşim sönümleme özelliklerine ve termal stabiliteye sahiptir.

Ayrıca masanın tasarımı da masanın genel performansı açısından önemlidir. Masalar, birçok parçadan oluşan cıvatalı ünitelerden basit döküm tabanlara ve kızaklara kadar çeşitli konfigürasyonlarda gelir. Tablonun tamamında tek bir malzemenin kullanılması genellikle sıcaklık değişimlerine daha düzgün tepki vererek daha doğru bir sisteme yol açar. Nervürleme gibi özellikler sönümleme sağlayarak hızlı yerleşmeyi sağlar.

İntegral yolların cıvatalı yollara göre avantajı vardır, çünkü uzun bir süre sonra bile ön yük için yollarda herhangi bir ayarlamaya gerek yoktur.

Çapraz makaralı rulmanlar, makara ve yuvarlanma yolu arasında hat temasına sahipken, bilyalı rulmanlar, bilya ve yuvarlanma yolu arasında nokta temasına sahiptir. Bu genellikle makaralı rulmanlar için daha yumuşak hareket sağlar. Yuvarlanma yüzeyinde daha az yüzey deformasyonu (ve aşınma) vardır ve daha büyük bir temas alanı vardır, dolayısıyla yük daha eşit şekilde dağıtılır. 4,5 ila 14 kg/silindire kadar yükler standarttır ve yaklaşık 150 ila 300 Newton/mikronluk yüksek mekanik sertlik de mevcuttur. Dezavantajları arasında hat temasından kaynaklanan doğal sürtünme yer alır.

Ancak bilyalı yatağın sürtünmesini sınırlayan küçük temas alanı aynı zamanda yük kapasitesini de sınırlar. Makaralı rulmanlar genellikle bilyalı rulmanlara göre daha uzun ömürlüdür. Ancak makaralı rulmanların maliyeti daha yüksektir.

Bir üreticinin standart tabla boyutları arasında 25 ila 1.800 mm uzunluk ve 100 ila 600 mm kızak genişliği bulunur.

Havalı yatak konfigürasyonu, karşılıklı hava yatakları veya kılavuz elemanlarına gömülü yüksek güçlü nadir toprak mıknatısları tarafından önceden yüklenen kaldırma ve kılavuz yataklarından oluşur. Bu temassız tasarım, diğer rulman tasarımlarının sürtünmesini önler. Ayrıca hava yatakları mekanik aşınmaya maruz kalmaz. Ayrıca hava yatakları birbirinden geniş aralıklarla yerleştirilebilir. Böylece ortaya çıkan geometrik hataların ortalaması alınır ve 1 saniyeden daha az açısal sapmalar ve 200 mm'de 0,25 mikrondan daha iyi bir düzlük elde edilir.

Sayısal değerlerin sağlanması zordur; bunlar birçok faktöre bağlıdır. Örneğin konumlandırma doğruluğu yalnızca yataklara veya kılavuzlara değil aynı zamanda konum ölçüm sistemine ve kontrolöre de bağlıdır. Konumlandırma sistemindeki sürtünme yalnızca hangi tahrik sistemini seçtiğinize değil, aynı zamanda rulman ayarına, tabla sızdırmazlığına, yağlamaya vb. de bağlıdır. Bu nedenle, ulaşılabilecek kesin değerler büyük ölçüde tüm bileşenlerin kombinasyonuna bağlıdır ve bu da uygulamaya bağlıdır.

Tahrik sistemi

Pek çok tahrik sistemi türünden (kayış, kremayer ve pinyon, kılavuz vida, hassas taşlanmış bilyalı vida ve doğrusal motor) yalnızca son ikisi, çoğu yüksek doğruluklu konumlandırma sistemi için dikkate alınır.

Bilyalı vidalı tahrikler çeşitli çözünürlük, hassasiyet ve sertlik özelliklerine sahiptir ve yüksek hızlar sağlayabilir (250 mm/sn'nin üzerinde). Bununla birlikte, bilyalı vida tahriki, vidanın kritik dönüş hızıyla sınırlı olduğundan, daha yüksek hız, daha az mekanik avantaja sahip daha düşük bir adım ve daha yüksek güçlü bir motor gerektirir. Bu genellikle daha yüksek bara gerilimine sahip daha yüksek güçlü bir motor sürücüsüne geçmek anlamına gelir. Bilyalı vidalı tahrikler, yaygın olarak kullanılmasına rağmen, aynı zamanda mekanik boşluk, sarma, adım döngüsel hataları ve sürtünmeden de zarar görebilir. Motor ile sürücüyü birleştiren mekanik kaplinin sertliği de gözden kaçırılmaktadır.

Doğrusal servo motorda elektromanyetik kuvvet, hiçbir mekanik bağlantı olmadan doğrudan hareketli kütleye etki eder. Mekanik histerezis veya perde döngüsel hatası yoktur. Doğruluk tamamen rulman sistemine ve geri besleme kontrol sistemine bağlıdır.

Dinamik sertlik, bir servo sistemin darbe yüküne yanıt olarak konumunu ne kadar iyi koruduğunu gösterir. Genel olarak, daha büyük bant genişliği ve daha yüksek kazanç, daha fazla dinamik sertlik sağlar. Bu, ölçülen darbe yükünün sapma mesafesine bölünmesiyle ölçülebilir:

Dinamik sertlik = ΔF/ΔX

Yüksek sertlik ve yüksek doğal frekans, kısa yerleşme süreleriyle mükemmel servo davranışı sağlar. Sürgü, motor ile sürgü arasında mekanik bir bağlantı olmadığından, konum komutlarındaki değişikliklere hızlı tepki verir. Ayrıca bilyalı vidanın "çınlaması" olmadığından hızlı hareket ve yerleşme süreleri elde edilebilir.

Fırçasız bir doğrusal motor, makine tabanına sabitlenmiş bir kalıcı mıknatıs düzeneğinden ve kızağa tutturulmuş bir bobin düzeneğinden oluşur. Bobin düzeneği ile mıknatıslar arasında yaklaşık 0,5 mm'lik bir boşluk korunur. İki düzenek arasında fiziksel bir temas yoktur.

Hareketli bobin düzeneğinin çekirdeği bir dizi üst üste binmiş ve yalıtılmış bakır bobini barındırır. Bunlar hassas sarımlıdır ve üç fazlı çalışma için eğimlidir. Elektronik komütasyon için bir dizi Hall Etkisi sensörü kullanılır. Komutasyon elektroniğinin tasarımı, ihmal edilebilir kuvvet dalgalanmasıyla hareket sağlar. Komutasyon mekanik değil elektronik olduğundan, anahtarlama arkı ortadan kaldırılır.

Bu özellikler, lineer servo motoru yüksek hızlanma (örneğin 2,5 m/s2 veya daha fazla), yüksek hız (örneğin 2 m/sn veya daha fazla) veya çok düşük hızlarda bile (örneğin sadece birkaç mm) hassas hız kontrolü gerektiren uygulamalarda faydalı kılar. /sn). Üstelik böyle bir motor yağlamaya veya başka bir bakıma ihtiyaç duymaz ve aşınmaz. Diğer motorlarda olduğu gibi, ısı dağılımı nedeniyle sürekli kuvvet veya akımın rms değeri uzun süreler boyunca izin verilen değerleri aşmamalıdır.

25'ten 5.000 N'ye kadar sürekli tahrik kuvvetlerinde lineer servo motorlar elde edebilirsiniz. Daha büyük motorların çoğunda hava veya su soğutma bulunur. Daha yüksek tahrik kuvvetleri elde etmek için birden fazla lineer motor paralel veya seri düzende bağlanabilir.

Motor ile kızak arasında mekanik bir bağlantı olmadığından bilyalı vidada olduğu gibi mekanik bir redüksiyon yoktur. Yük motora 1:1 oranında aktarılır. Bilyalı vidalı tahrik ile motora giden kızaktaki yük ataleti, redüksiyon oranının karesi kadar azaltılır. Bu, etkili servo kompanzasyonu elde etmek için farklı yüklere karşılık gelen farklı motor kontrol parametreleri setleriyle programlayabileceğiniz bir kontrol cihazı seçmediğiniz sürece, doğrusal motor sürücüsünü sık yük değişiklikleri olan uygulamalar için daha az uygun hale getirir.

Birçok dikey uygulama için bilyalı vida daha kolay ve daha uygun maliyetlidir; yerçekimini dengelemek için doğrusal motora sürekli olarak enerji verilmesi gerekir. Ayrıca elektromekanik bir fren, güç kapalıyken masa konumunu kilitleyebilir. Bununla birlikte, motoru dengelerseniz ve ağırlığı bir yay, karşı ağırlık veya hava silindiri ile yüklerseniz doğrusal bir motor kullanabilirsiniz.

Başlangıç ​​maliyeti açısından, doğrusal motor sürücüsü ile motor, kaplinler, rulmanlar, rulman blokları ve bilyalı vidayı içeren bilyalı vidalı sürücü arasında çok az fark vardır. Genel olarak, fırça tipi bir lineer motor, bilyalı vidalı tahrikten biraz daha ucuzdur ve fırçasız versiyonlar genellikle biraz daha pahalıdır.

İlk maliyetten daha fazla dikkate alınması gereken şeyler var. Daha gerçekçi bir karşılaştırma, bakım, güvenilirlik, dayanıklılık ve işçilik dahil değiştirme maliyetlerini içerir. Burada lineer motor iyi görünüyor.

Bölüm 2'de konum ölçüm sistemleri ele alınacaktır.