Прямий, точний рух далеко не простий.

Прямий, точний рух далеко не простий, а лінійні пристрої позиціонування доводять це, помиляючись не одним, а трьома вимірами

Тільки коли ви думали, що у вас є концепція «лінійного руху», прибита - вдарили потрібні точки прямо, і ви вдома - разом приходить решта п’яти градусів свободи, щоб розбити вечірку. З грубої точки зору, це правда, лінійна перевезення перекладається в основному уздовж однієї осі (називайте її осі x), але всі інженерні частини мають недосконалості, і з нашою постійно зростаючою потребою в точності та точності, наша увага до деталей також повинна прогресувати відповідно.

Щоб ретельно описати точність системи, тоді ми повинні враховувати всі шість ступенів свободи, вони є перекладом у осей X, Y та Z, а обертання приблизно однаково.

Турботи про влаштування

Для початку давайте встановимо чітке визначення ключових параметрів позиціонування. Незважаючи на те, що більшість інженерів знайомі з точністю, повторюваністю та вирішенням термінів, вони зазвичай зловживають на практиці. Точність є найскладнішою з трьох для досягнення, а потім повторюваності та, нарешті, резолюції. Точність пояснює, наскільки ретельно наближається система в русі командна позиція, точне положення, що лежить у теоретичному просторі XYZ.

Повторюваність або точність, з іншого боку, відноситься до помилки між послідовними спробами перейти в одне і те ж місце з випадкових напрямків. Ідеально повторювана лінійна система може бути дуже неточною - вона може бути здатна постійно досягти того самого місця, яке, здається, далеко від того, що командувається. Наприклад, свинцевий гвинт із сильно попередньо завантаженою гайкою послідовника, але зі значною помилкою кроку або «свинцевою» може мати хорошу повторюваність разом із поганою точністю. Попереднє навантаження зберігає гайку жорсткою в його осьовому положенні, зменшуючи або усуваючи люфт і забезпечуючи послідовне руху гайки та навантаження відповідно до обертання гвинтового валу. Але похибка кроку викидає призначене обертання до трансляції з ладу, тому система є неточною.

Резолюція - це найменший приріст кроку, який можна реалізувати. Якщо, наприклад, положення командування лежить на відстані 2 мкм, але роздільна здатність системи становить 4 мкм, точність може бути не кращою, ніж 2 мкм. За цих обставин система не має резолюції більше уважно переходити на потрібне положення.

Щоб система була точною, всі її компоненти повинні бути точними, повторюваними та пропонувати достатню роздільну здатність. Хоча система може забезпечити хорошу «свинцеву» точність, але погану повторюваність (тобто система утворює випадковий розсіювання командної точки), загальна точність системи не може бути кращою, ніж її повторюваність.

Керовані заходи

Лінійні пристрої руху складаються з двох основних компонентів, лінійного посібника та пристрою для створення тяги. Посібник відповідає за обмеження руху в 5 з 6 градусів свободи, доступних у тривимірному просторі. Ідеальний посібник не дозволяє перекладати в осей Y і Z і не обертання ні про якусь із осей. Пристрій тяги (зазвичай гвинт свинцю або кульового гвинта), звичайно, очікується, що він здійснить рух лише у нестримній осі. Зручно оцінювати точність цих двох компонентів окремо, а потім поєднати результати для визначення загальної точності.

Давайте спочатку подивимось на путівник. Лінійний посібник може страждати від декількох джерел помилки: кривизни вгору і вниз або в бік - іншими словами відхилень у плоскості та прямолінійності; вертикальний пробіг; та розриви між путівником та послідовником.

Площина та прямолінійність - це найпоширеніші проблеми, оскільки вони, як правило, найбільші за величиною. Ідеально виготовлений направляючий проїжджає по площині, паралельною площині XY і, крім того, уздовж лінії, паралельної осі X. Помилка плоскості - це по суті відхилення від площини XY. Він може охоплювати просту кривизну в одному або двох напрямках. Помилка плоскості завжди створює переклад у осі Z (вертикальної). Залежно від орієнтації кривизни, це може спричинити обертання кроку навколо осі y, згортається навколо осі x (випадок з двовимірною основою) або обох. Warp також може генерувати незначний переклад у осі Y, перпендикулярний потрібному руху.

Помилка прямолінійності призводить до того, що лінія поїздки вагона залишає паралель з осі X, вигинаючи в напрямку ± y. Окрім переміщення на осі y, воно спричинить обертання похилості навколо осі z.

Вертикальний пробіг - це систематична зміна висоти лінійного направляючого, коли він перекладається. Це може бути пов’язано з неточностями у виробництві підшипників, створюючи переклад у осі Z. Більшість виробників посібників перераховують площину або вертикальну пробіг, а також прямота. Можливо, лінійний посібник може викликати миттєвий переклад Y або Z без обертання, але величина їх зазвичай невелика. Послідовник лінійного посібника має тенденцію розподіляти недосконалості по його довжині, пригнічуючи раптові зміщення поперечного до потрібного руху.

Вплив обертання на точність залежить від того, де цікава точка відносно пристрою, що посилює положення, що, можливо, сам свинцевий гвинт або лінійна шкала, що використовується для зворотного зв'язку. У будь -якому випадку розташування пристрою утворює лінію вимірювання, паралельно потрібному напрямку руху. Однак цікава точка, яка є цільовою точкою лінійної системи руху, може бути компенсована від лінії вимірювання. Таким чином, будь -яке обертання спричинить різну довжину дуги на кожній. І фактична відстань переміщення буде змінюватися від відстані, зареєстрованої на шкалі, відповідно до кількості обертання та зміщення. Чим більше зміщення, тим більші помилки перекладу внаслідок обертання - відомі як помилка Abbé. З самим свинцевим гвинтом, який використовується як посилання на посилання, лінія вимірювання знаходиться в центрі. Але лінійні кодери зазвичай використовуються і встановлюються на бік. Це може погіршити або покращити умови помилки Abbé, залежно від місця розташування цікавої точки (воно не завжди узгоджується з вагоном та свинцевим гвинтом).

Навпаки, чисті помилки перекладу в осей Y і Z через розриви та вертикальний пробіг залишаються постійними незалежно від точки інтересу. Помилки з ротацій можуть бути набагато більш обманними. Як правило, простіше і економічно вигідніше мінімізувати зміщення, ніж будувати систему позиціонування з більш точними посібниками.

Помилка водіння

Тяжку можна виробляти багато в чому. Поширені високоточні пристрої-це свинцеві гвинти, кулькові гвинти та лінійні двигуни. Свинцеві гвинти та кульові гвинти створюють конкретний тип помилки, властиву їхній природі. Коли гвинт обертається, послідовник рухається на спіральному шляху, перетворюючи обертовий рух на лінійний. Оскільки кут спіралі ніколи не є ідеальним, слід очікувати недостатнього або перенапруження. Це може бути циклічним (відоме як 2π помилка) або систематично (вимірюється як середня помилка на 300 мм ходу). Також можуть бути проміжні частоти коливань або зміни подорожі. Середню помилку можна легко видалити за допомогою компенсації контролера. Проміжні та циклічні помилки стають досить важкими для видалення. Точний заземлений гвинт класу C3 матиме середню або систематичну помилку 8 мкм та 2π похибки 6 мкм. При нижчих точних гвинтах помилка 2π не повідомляється, оскільки вона є незначною по відношенню до середньої помилки. Середня помилка "свинцю" вказана для всіх свинцевих гвинтів позиційного класу.

Гвинт свинцю або кульовий гвинт може використовуватися разом з лінійним кодером, щоб подати фактичне положення назад до контролера. Це виключає необхідність ультра-високої точності у формі ниток гвинта. Масштабні можливості та налаштування циклу управління - це обмежувальні фактори лінійної точності.

Лінійні двигуни регулюють рух на основі зворотного зв'язку лінійного кодера або іншого такого зондувального пристрою. Точність та роздільна здатність пристрою зворотного зв'язку обмежуватимуть точність системи, як і налаштування системи, важливий гравець у будь -якому додатку сервоприводу. Для настройки вибирається мертва смуга, так що як тільки вагон досягне положення в цьому діапазоні, вона припиняє полювання. Це скорочує час осідання, але також зменшує повторюваність та роздільну здатність пристрою. Тим не менш, оскільки немає проміжних механічних елементів для введення системи системи, стійки, відхилення тощо, лінійні двигуни здатні перевершити точність системи, що керується свинцем або кульовим гвинтом.

Сума деталей

Щоб визначити загальну точність вздовж однієї осі руху, необхідно поєднувати помилки направляючі та тяжкі пристрої. Ротаційні помилки перетворюються на трансляцію в цікавій точці. Потім ця помилка може поєднуватися з іншими поступальними помилками в одному напрямку.

Помилка Abbé обчислюється шляхом множення дотичної зміни загальної кута навколо осі обертання на відстань зміщення. Для кожного обертання зміщення слід приймати в площині, перпендикулярній осі обертання. Єдиний спосіб практично усунути помилку Abbé - розташувати пристрій зворотного зв'язку в цікавій точці.

Після того, як поступальні помилки путівника будуть обчислені в кожному напрямку, вони можуть поєднуватися з помилкою з пристрою тяги, що сприяє помилкам лише вздовж осі x, і загальна помилка системи кількісно визначається.

Якщо ви аналізуєте однооську лінійний пристрій руху, ви можете просто порівняти поступальні помилки для кожного напрямку з вашими вимогами для позиціонування. Якщо будь -яка вісь має неприйнятну помилку, ви можете вирішити компоненти помилок цієї осі по черзі.

Якщо система є багатосахисною, з декількома лінійними зборими руху, у вас все ще є лише одна цікава точка; Це однаково для кожної осі. Найдальша вісь з точки зору інтересу матиме найвищий потенціал для помилки Abbé. Помилки перекладу з кожного етапу можна підсумувати в інтересах для визначення загальної помилки системи. Однак ортогональність між осейами також повинна розглядатися зараз. Це виробляє чистий переклад. У випадку етапу XY, наприклад, перекос осі y стосовно x дасть додатковий переклад x, коли осі y проходить. Це можна визначити за допомогою тригонометрії або шляхом безпосереднього вимірювання зміщення. Пам'ятайте, на відміну від обертання, переклади не залежать від зміщення, відстані до цікавої точки. Ви можете додати компенсацію ортогональності безпосередньо до загального бюджету помилок.

Нарешті, майте на увазі, що термін "точність" використовується досить вільно, і його часто можна залишати відкритим для тлумачення. Іноді цитована специфікація точності пояснює лише гвинт позиціонування. Цей тип схематичного представлення може бути оманливим. Наприклад, дизайнер може подумати про підвищення точності системи, покращуючи середню помилку свинцю, коли проблема фактично ґрунтується на помилку Abbé. Не оптимальний підхід. Багато разів існує просте та економічне геометричне рішення, як тільки джерело помилок буде виявлено.