دفع حدود الدقة الخطية

z نظام المرحلة الخطية العملاقة

الحركة المستقيمة والدقيقة ليست سهلة.

الحركة المستقيمة والدقيقة بعيدة كل البعد عن السهولة ، وتثبت أجهزة تحديد المواقع الخطية ذلك من خلال عدم الخطأ في واحد ، بل في ثلاثة أبعاد

فقط عندما كنت تعتقد أن لديك مفهوم "الحركة الخطية" مسمرًا - اصطدم بالنقاط المطلوبة على الفور وأنت في المنزل - تأتي درجات الحرية الخمس المتبقية لتحطيم الحفلة. من منظور تقريبي ، هذا صحيح ، النقل الخطي يترجم بشكل أساسي على طول محور واحد (أطلق عليه المحور X) ، ولكن جميع الأجزاء المهندسة بها عيوب ، ومع حاجتنا المتزايدة إلى الدقة والدقة ، يجب أن يتقدم اهتمامنا بالتفاصيل أيضًا وفقا لذلك.

لوصف دقة النظام بدقة ، إذن ، يجب علينا مراعاة جميع درجات الحرية الست ، وهذه هي الترجمة في المحاور X و Y و Z ، والتناوب تقريبًا.

مخاوف التنسيب

بالنسبة للمبتدئين ، دعنا نضع تعريفًا واضحًا لمعايير تحديد المواقع الرئيسية. على الرغم من أن معظم المهندسين على دراية بمصطلحات الدقة والتكرار والقرار ، إلا أنه يتم إساءة استخدامها في الممارسة العملية. الدقة هي أصعب ما يمكن تحقيقه من بين الثلاثة ، تليها إمكانية التكرار ، ثم الدقة في النهاية. توضح الدقة مدى اقتراب نظام متحرك من موقع الأمر ، وهو موضع دقيق يكمن في مساحة XYZ النظرية.

من ناحية أخرى ، يشير التكرار أو الدقة إلى الخطأ بين المحاولات المتتالية للانتقال إلى نفس الموقع من اتجاهات عشوائية. يمكن أن يكون النظام الخطي القابل للتكرار تمامًا غير دقيق للغاية - فقد يكون قادرًا على تحقيق نفس الموقع باستمرار ، والذي يكون بعيدًا تمامًا عن ذلك الذي تم طلبه. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون للمسمار اللولبي الذي يحتوي على صمولة متابعة محملة مسبقًا بشكل كبير ، ولكن مع درجة كبيرة أو خطأ "قيادة" ، قابلية تكرار جيدة مع دقة ضعيفة. يحافظ التحميل المسبق على صامولة الصامولة في موضعها المحوري ، مما يقلل أو يزيل رد الفعل العكسي ويضمن حركة الصامولة والحمل باستمرار وفقًا لدوران عمود اللولب. لكن خطأ الملعب يلقي بعلاقة الدوران إلى الترجمة المقصودة بعيدًا عن المستوى ، وبالتالي فإن النظام غير دقيق.

الدقة هي أصغر زيادة في الحركة يمكن تحقيقها. على سبيل المثال ، إذا كان موضع الأمر يقع على بعد 2 ميكرومتر ولكن دقة النظام تبلغ 4 ميكرومتر ، فلا يمكن أن تكون الدقة أفضل من 2 ميكرومتر. في ظل هذه الظروف ، لا يمتلك النظام الدقة اللازمة للتحرك في الموضع المطلوب عن كثب.

لكي يكون النظام دقيقًا ، يجب أن تكون جميع مكوناته دقيقة وقابلة للتكرار وتوفر دقة كافية. على الرغم من أن النظام قد يوفر دقة "قيادة" جيدة ولكن ضعف التكرار (أي أن النظام يشكل انتثارًا عشوائيًا حول نقطة الأمر) ، إلا أن دقة النظام الإجمالية لا يمكن أن تكون أفضل من قابلية تكرارها.

التدابير الموجهة

تتكون أجهزة الحركة الخطية من مكونين أساسيين ، دليل خطي وجهاز لإنتاج الدفع. الدليل مسؤول عن تقييد الحركة في 5 درجات من 6 درجات للحرية المتوفرة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. لا يسمح الدليل المثالي بأي ترجمة في المحورين Y و Z ولا يسمح بأي دوران حول أي من المحاور على الإطلاق. من المتوقع بالطبع أن ينتج جهاز الدفع (عادةً ما يكون الرصاص أو الكرة اللولبية) الحركة فقط في المحور غير المقيد. من الملائم تقييم دقة هذين المكونين بشكل منفصل ثم دمج النتائج لتحديد الدقة الإجمالية.

لنلق نظرة على الدليل أولاً. قد يعاني الدليل الخطي من عدة مصادر للخطأ: الانحناء لأعلى ولأسفل أو من جانب إلى آخر - وبعبارة أخرى الانحرافات في التسطيح والاستقامة ؛ الجريان الرأسي وانقطاعات بين المرشد والتابع.

يعد التسطح والاستقامة من أكثر الاهتمامات شيوعًا ، حيث إنهما عمومًا أكبر حجمًا. ينتقل الدليل المصمم بشكل مثالي على طول مستوى موازٍ للمستوى XY ، علاوة على ذلك ، على طول خط موازٍ للمحور X. خطأ التسطيح هو في الأساس انحراف عن المستوى XY. قد يشمل انحناءًا بسيطًا في اتجاه واحد أو اتجاهين. يؤدي خطأ التسطيح دائمًا إلى إنشاء الترجمة في المحور Z (العمودي). اعتمادًا على اتجاه الانحناء ، قد يتسبب في دوران الميل حول المحور Y ، أو الدوران حول المحور X (الحالة ذات الالتواء ثنائي الأبعاد) ، أو كليهما. قد ينتج عن الالتواء أيضًا ترجمة طفيفة في المحور Y ، عموديًا على الحركة المرغوبة.

ينتج عن خطأ الاستقامة أن خط سير النقل يترك التوازي مع المحور X ، وينحني في اتجاه ± Y. إلى جانب الإزاحة في المحور Y ، فإنه سيحدث دورانًا حول المحور Z.

الجريان العمودي هو تغيير منظم في ارتفاع الدليل الخطي أثناء ترجمته. قد يكون هذا بسبب عدم الدقة في تصنيع أسطح المحامل ، مما يؤدي إلى إنشاء ترجمة في المحور Z. معظم مصنعي الدليل يسردون التسطيح أو الجريان الرأسي ، إلى جانب الاستقامة. من الممكن أن يؤدي الدليل الخطي إلى إحداث ترجمة فورية Y أو Z بدون دوران ، لكن حجمها يكون عادةً صغيرًا. يميل متابع الدليل الخطي إلى توزيع العيوب على طوله ، مما يمنع التحولات المفاجئة المستعرضة للحركة المرغوبة.

يعتمد تأثير الدوران على الدقة على مكان نقطة الاهتمام بالنسبة لجهاز الإشارة إلى الموضع ، والذي ربما يكون المسمار الرئيسي نفسه أو المقياس الخطي المستخدم للتغذية الراجعة. في كلتا الحالتين ، يشكل موقع الجهاز خط القياس ، بالتوازي مع اتجاه الحركة المطلوب. ومع ذلك ، يمكن إزاحة نقطة الاهتمام ، وهي النقطة المستهدفة لنظام الحركة الخطية ، عن خط القياس. وبالتالي ، فإن أي دوران سيؤدي إلى أطوال قوس مختلفة في كل منها. وستختلف مسافة الحركة الفعلية عن المسافة المسجلة على المقياس وفقًا لمقدار الدوران والإزاحة. كلما زاد الإزاحة ، زادت أخطاء الترجمة بسبب التدوير - المعروف باسم خطأ Abbé. مع استخدام المسمار اللولبي نفسه كجهاز مرجعي ، يكون خط القياس في المركز. لكن المشفرات الخطية تُستخدم عادةً ، ويتم تثبيتها على الجانب. قد يؤدي ذلك إلى تفاقم أو تحسين ظروف خطأ Abbé ، اعتمادًا على موقع نقطة الاهتمام (لا يتماشى دائمًا مع حامل النقل والمسمار الرئيسي).

في المقابل ، تظل أخطاء الترجمة الخالصة في المحورين Y و Z بسبب الانقطاعات والجريان الرأسي ثابتة بغض النظر عن نقطة الاهتمام. يمكن أن تكون الأخطاء الناتجة عن التدوير أكثر خداعًا. من الأسهل عمومًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة تقليل الإزاحة عن بناء نظام تحديد المواقع باستخدام أدلة أكثر دقة.

خطأ في القيادة

يمكن إنتاج الدفع بعدة طرق. الأجهزة الشائعة عالية الدقة هي براغي الرصاص والبراغي الكروية والمحركات الخطية. تخلق براغي الرصاص والمسامير الكروية نوعًا معينًا من الأخطاء المتأصلة في طبيعتها. أثناء دوران المسمار ، ينتقل المتابع على مسار حلزوني يحول الحركة الدورانية إلى خطية. نظرًا لأن زاوية اللولب ليست مثالية أبدًا ، فمن المتوقع حدوث انخفاض أو زيادة في السفر. يمكن أن يكون هذا دوريًا (يُعرف بالخطأ 2π) أو منهجيًا (يُقاس بمتوسط ​​الخطأ لكل 300 مم من السفر). قد يكون هناك أيضًا ترددات وسيطة للتذبذب أو اختلاف السفر. يمكن إزالة الخطأ المتوسط ​​بسهولة من خلال تعويض وحدة التحكم. يصبح من الصعب جدًا إزالة الأخطاء الوسيطة والدورية. سيكون لولب الأرض الدقيق من الفئة C3 خطأ متوسط ​​أو منتظم يبلغ 8 ميكرومتر وخطأ 2π يبلغ 6 ميكرومتر. مع البراغي منخفضة الدقة ، لا يتم الإبلاغ عن الخطأ 2π لأنه غير مهم بالنسبة لمتوسط ​​الخطأ. يتم سرد متوسط ​​الخطأ "الرصاص" لجميع مسامير الرصاص من فئة تحديد المواقع.

يمكن استخدام المسمار اللولبي أو الكروي جنبًا إلى جنب مع المشفر الخطي من أجل إعادة الوضع الفعلي إلى وحدة التحكم. هذا يلغي الحاجة إلى الدقة الفائقة في شكل سن اللولب. تعد إمكانيات النطاق وضبط حلقة التحكم من العوامل المحددة للدقة الخطية.

تنظم المحركات الخطية الحركة بناءً على التغذية المرتدة من مشفر خطي أو جهاز استشعار آخر. ستحد دقة ودقة جهاز التغذية المرتدة من دقة النظام ، وكذلك ضبط النظام ، وهو لاعب مهم في أي تطبيق مؤازر. يتم اختيار الفرقة الميتة للضبط ، بحيث يتوقف الصيد بمجرد وصول العربة إلى موضع ضمن هذا النطاق. هذا يقلل من وقت الاستقرار ولكنه يقلل أيضًا من التكرار ودقة الجهاز. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود عناصر ميكانيكية وسيطة لإدخال رد فعل عنيف للنظام ، وقوة ، وانحراف ، وما شابه ذلك ، فإن المحركات الخطية قادرة على تجاوز دقة نظام يحركه الرصاص أو الكرة اللولبية.

مجموع الأجزاء

لتحديد الدقة الكلية على طول محور واحد للسفر ، يجب دمج أخطاء جهاز التوجيه والدفع. يتم تحويل أخطاء الدوران إلى ترجمة عند نقطة الاهتمام. يمكن بعد ذلك دمج هذا الخطأ مع أخطاء ترجمة أخرى في نفس الاتجاه.

يتم حساب خطأ Abbé بضرب ظل التغير الكلي للزاوية حول محور الدوران بمسافة الإزاحة. لكل دوران ، يجب أن يؤخذ الإزاحة في المستوى المتعامد مع محور الدوران. الطريقة الوحيدة للتخلص فعليًا من خطأ Abbé هي وضع جهاز الملاحظات في نقطة الاهتمام.

بمجرد حساب أخطاء الدليل المترجمة في كل اتجاه ، يمكن دمجها مع الخطأ من جهاز الدفع ، مما يساهم في حدوث خطأ على طول المحور X فقط ، ويتم تحديد إجمالي خطأ النظام كميًا.

إذا كنت تقوم بتحليل جهاز حركة خطية أحادية المحور ، فيمكنك ببساطة مقارنة الأخطاء الترجمية لكل اتجاه بمتطلبات تحديد المواقع الخاصة بك. إذا كان هناك خطأ غير مقبول في أي محور ، فيمكنك معالجة مكونات خطأ هذا المحور واحدًا تلو الآخر.

إذا كان النظام متعدد المحاور ، مع العديد من تجميعات الحركة الخطية ، فلا يزال لديك نقطة اهتمام واحدة فقط ؛ نفس الشيء بالنسبة لكل محور. سيكون لدى المحور الأبعد عن نقطة الاهتمام أعلى احتمال لخطأ Abbé. يمكن تلخيص أخطاء الترجمة من كل مرحلة عند نقطة الاهتمام لتحديد الخطأ الكلي للنظام. ومع ذلك ، يجب أيضًا النظر في التعامد بين المحاور الآن. ينتج عن هذا ترجمة نقية. في حالة المرحلة XY ، على سبيل المثال ، سينتج عن انحراف المحور Y فيما يتعلق بـ X ترجمة X إضافية أثناء عبور المحور Y. يمكن تحديد ذلك بعلم المثلثات أو عن طريق قياس الإزاحة مباشرة. تذكر ، على عكس التدوير ، أن الترجمات مستقلة عن الإزاحة ، المسافة إلى نقطة الاهتمام. يمكنك إضافة تعويض التعامد مباشرة إلى ميزانية الخطأ الإجمالية.

أخيرًا ، ضع في اعتبارك أن مصطلح "دقة" يُستخدم بحرية إلى حد ما ، ويمكن غالبًا تركه مفتوحًا للتفسير. في بعض الأحيان ، تحسب مواصفات الدقة المذكورة في تحديد الموضع فقط. قد يكون هذا النوع من التمثيل البسيط مضللًا. على سبيل المثال ، قد يفكر المصمم في تحسين دقة النظام عن طريق تحسين متوسط ​​خطأ الرصاص ، عندما تكون المشكلة قائمة بالفعل على خطأ Abbé. ليس النهج الأمثل. في كثير من الأحيان يوجد حل هندسي بسيط واقتصادي بمجرد تحديد مصدر الخطأ.


الوقت ما بعد: 21 ديسمبر 2020