תנועה ישרה ומדויקת רחוקה מלהיות קלה.

תנועה ישרה ומדויקת רחוקה מלהיות קלה, ומכשירי מיקום ליניאריים מוכיחים זאת על ידי טעויות לא במימד אחד, אלא בשלושה

בדיוק כשחשבתם שהצלחתם להבין את מושג "התנועה הליניארית" – הגיעו לנקודות הנדרשות בקו הישר ואתם בבית – מגיעות חמש דרגות החופש הנותרות כדי להרוס את המסיבה. מנקודת מבט גסה, נכון, גררה ליניארית מתקדמת בעיקר לאורך ציר אחד (קראו לזה ציר X), אבל לכל החלקים המהונדסים יש פגמים, ועם הצורך ההולך וגובר שלנו בדיוק, גם תשומת הלב שלנו לפרטים חייבת להתקדם בהתאם.

כדי לתאר באופן יסודי את דיוק המערכת, עלינו להתחשב בכל שש דרגות החופש, אלו הן תזוזת צירים X, Y ו-Z, וסיבוב סביב אותו הדבר.

חששות לגבי השמה

ראשית, בואו נקבע הגדרה ברורה של פרמטרי המיקום המרכזיים. למרות שרוב המהנדסים מכירים את המונחים דיוק, חזרתיות ורזולוציה, הם משמשים לעתים קרובות לרעה בפועל. דיוק הוא הקשה ביותר מבין השלושה להשגה, ואחריו חזרתיות ולבסוף, רזולוציה. דיוק מסביר עד כמה מערכת בתנועה מתקרבת למיקום פקודה, מיקום מדויק הנמצא במרחב XYZ התאורטי.

חזרתיות או דיוק, לעומת זאת, מתייחסים לשגיאה בין ניסיונות עוקבים לנוע לאותו מיקום מכיוונים אקראיים. מערכת ליניארית הניתנת לחזרה מושלמת יכולה להיות לא מדויקת ביותר - היא עשויה להיות מסוגלת להגיע שוב ושוב לאותו מיקום, אשר במקרה רחוק מאוד מזה שנקבע. כדוגמה, בורג מוביל עם אום עוקב טעון מראש בכבדות, אך עם שגיאת פסיעה או "מוביל" משמעותית, יכולה להיות בעלת חזרתיות טובה יחד עם דיוק גרוע. העומס המוקדם שומר על האום נוקשה במיקומו הצירי, מפחית או מבטל חופש פעולה ומבטיח שהאום והעומס נעים באופן עקבי בהתאם לסיבוב ציר הבורג. אבל שגיאת הפסיעה משבשת את היחס המיועד בין סיבוב לתרגום, ולכן המערכת אינה מדויקת.

רזולוציה היא תוספת התנועה הקטנה ביותר שניתן לממש. אם, לדוגמה, מיקום הפקודה נמצא במרחק של 2 מיקרומטר אך רזולוציית המערכת היא 4 מיקרומטר, הדיוק לא יכול להיות טוב יותר מ-2 מיקרומטר. בנסיבות אלה, למערכת אין את הרזולוציה הנדרשת כדי להתקרב למיקום הרצוי בצורה קרובה יותר.

כדי שמערכת תהיה מדויקת, כל רכיביה חייבים להיות מדויקים, ניתנים לחזרה ולהציע רזולוציה מספקת. למרות שמערכת עשויה לספק דיוק "מוביל" טוב אך חזרתיות ירודה (כלומר, המערכת יוצרת פיזור אקראי סביב נקודת הפיקוד), הדיוק הכולל של המערכת אינו יכול להיות טוב יותר מחזרתיותה.

אמצעים מודרכים

התקני תנועה ליניארית מורכבים משני רכיבים חיוניים, מוביל ליניארי והתקן לייצור דחף. המוביל אחראי על הגבלת תנועה ב-5 מתוך 6 דרגות חופש הזמינות במרחב תלת-ממדי. המוביל האידיאלי אינו מאפשר תזוזה בצירי Y ו-Z ואין סיבוב סביב אף אחד מהצירים. התקן הדחף (בדרך כלל בורג מוביל או בורג כדורי) צפוי, כמובן, לייצר תנועה רק בציר הלא מרוסן. נוח להעריך את הדיוק של שני רכיבים אלה בנפרד ולאחר מכן לשלב את התוצאות כדי לקבוע את הדיוק הכולל.

בואו נבחן תחילה את המדריך. מדריך ליניארי עלול לסבול מכמה מקורות שגיאה: עקמומיות למעלה ולמטה או מצד לצד - במילים אחרות סטיות בשטיחות ובישור; ריצה אנכית; ואי-רציפות בין המדריך למדריך העוקב.

שטוחות וישור הן הדאגות הנפוצות ביותר, מכיוון שהן בדרך כלל הגדולות ביותר בסדר גודל. מוביל עשוי בצורה מושלמת נע לאורך מישור מקביל למישור XY, ויתרה מכך, לאורך קו מקביל לציר X. שגיאת שטוחות היא למעשה סטייה ממישור XY. היא עשויה לכלול עקמומיות פשוטה בכיוון אחד או שניים. שגיאת שטוחות תמיד יוצרת תזוזה בציר Z (אנכי). בהתאם לכיוון העקמומיות, היא עשויה לגרום לסיבוב גובה סביב ציר Y, ​​גלגול סביב ציר X (המקרה של עיוות דו-ממדי), או שניהם. עיוות עשוי גם ליצור תזוזה קלה בציר Y, ​​בניצב לתנועה הרצויה.

שגיאת יישור גורמת לכך שקו התנועה של הגררה עוזב את המקביל לציר X, ומתעקם בכיוון ±Y. בנוסף לתזוזה בציר Y, ​​היא תגרום לסיבוב סטייה סביב ציר Z.

ריצה אנכית היא שינוי שיטתי בגובה של המדריך הליניארי בזמן שהוא מתקדם. ייתכן שזה נובע מאי דיוקים בייצור משטחי המיסב, היוצרים תזוזה בציר Z. רוב יצרני המדריך מציינים שטוחות או ריצה אנכית, יחד עם ישרות. ייתכן שמדריך ליניארי יגרום לתזוזה מיידית של ציר Y או Z ללא סיבוב, אך גודלם של אלה הוא בדרך כלל קטן. עוקב המדריך הליניארי נוטה לפזר את הפגמים לאורכו, תוך דיכוי תזוזות פתאומיות לרוחב התנועה הרצויה.

השפעת הסיבוב על הדיוק תלויה במיקום נקודת העניין יחסית להתקן ייחוס המיקום, שהוא אולי בורג ההובלה עצמו או סולם ליניארי המשמש למשוב. בכל מקרה, מיקום ההתקן יוצר את קו המדידה, במקביל לכיוון התנועה הרצוי. נקודת העניין, לעומת זאת, שהיא נקודת היעד של מערכת התנועה הליניארית, עשויה להיות מוטסת מקו המדידה. לכן, כל סיבוב יגרום לאורכי קשת שונים בכל אחד מהם. ומרחק התנועה בפועל ישתנה מהמרחק הרשום בסולם בהתאם לכמות הסיבוב ולהיסט. ככל שההיסט גדול יותר, כך שגיאות התרגום עקב סיבובים גדולות יותר - המכונה שגיאת אבה. כאשר בורג ההובלה עצמו משמש כהתקן ייחוס, קו המדידה נמצא במרכז. אך בדרך כלל משתמשים באנקודרים ליניאריים, והם מורכבים בצד. זה יכול להחמיר או לשפר את התנאים לשגיאת אבה, בהתאם למיקום נקודת העניין (היא לא תמיד מיושרת עם הגררה ובורג ההובלה).

לעומת זאת, שגיאות תרגום טהורות בצירי Y ו-Z עקב אי-רציפות ויציאה אנכית נשארות קבועות ללא קשר לנקודת העניין. שגיאות מסיבובים יכולות להיות מטעות הרבה יותר. בדרך כלל קל וחסכוני יותר למזער את ההיסט מאשר לבנות מערכת מיקום עם מדריכים מדויקים יותר.

טעות נהיגה

ניתן לייצר דחף בדרכים רבות. התקנים נפוצים בעלי דיוק גבוה הם ברגי מוביל, ברגי כדור ומנועים ליניאריים. ברגי מוביל וברגי כדור יוצרים סוג מסוים של שגיאה הטבועה בטבעם. כאשר הבורג מסתובב, העוקב נע במסלול סלילי והופך תנועה סיבובית ללינארית. מכיוון שזווית הסליל לעולם אינה מושלמת, צפויה תנועה חסרת או יתר. זה יכול להיות מחזורי (המכונה שגיאת 2π) או שיטתי (נמדד כשגיאה ממוצעת לכל 300 מ"מ של מהלך). ייתכנו גם תדרים ביניים של תנודה או וריאציה של מהלך. ניתן להסיר בקלות את השגיאה הממוצעת באמצעות פיצוי בקר. השגיאות הביניים והמחזוריות הופכות לקשות למדי להסרה. בורג הארקה מדויק מסוג C3 יהיה בעל שגיאה ממוצעת או שיטתית של 8 מיקרון ושגיאת 2π של 6 מיקרון. עם ברגים בעלי דיוק נמוך יותר, שגיאת 2π אינה מדווחת מכיוון שהיא חסרת משמעות ביחס לשגיאה הממוצעת. שגיאת "מוביל" ממוצעת רשומה עבור כל ברגי המוביל מסוג מיקום.

ניתן להשתמש בבורג מוביל או בבורג כדורי יחד עם מקודד ליניארי על מנת להזין את המיקום בפועל בחזרה לבקר. זה מבטל את הצורך בדיוק גבוה במיוחד בצורת ההברגה של הבורג. יכולות קנה המידה וכיוונון לולאת הבקרה הן הגורמים המגבילים את הדיוק הליניארי.

מנועים ליניאריים מווסתים תנועה על סמך משוב ממקודד ליניארי או התקן חישה דומה אחר. הדיוק והרזולוציה של התקן המשוב יגבילו את דיוק המערכת, וכך גם כוונון המערכת, שחקן חשוב בכל יישום סרוו. נבחר פס מת לכוונון, כך שברגע שהגררה מגיעה למיקום בטווח זה, היא מפסיקה לצוד. זה מקטין את זמן ההתייצבות אך גם מפחית את החזרה והרזולוציה של ההתקן. אף על פי כן, מכיוון שאין אלמנטים מכניים ביניים שיכניסו חופש פעולה, סטייה, סטייה וכדומה של המערכת, מנועים ליניאריים מסוגלים לעלות על הדיוק של מערכת מונעת על ידי מוביל או בורג כדורי.

סכום החלקים

כדי לקבוע את הדיוק הכולל לאורך ציר תנועה אחד, יש לשלב את שגיאות ההנחיה והדחף. שגיאות סיבוביות מומרות לשגיאות תרגומיות בנקודת העניין. לאחר מכן ניתן לשלב שגיאה זו עם שגיאות תרגומיות אחרות באותו כיוון.

שגיאת אבה מחושבת על ידי הכפלת המשיק של שינוי הזווית הכולל סביב ציר הסיבוב במרחק ההיסט. עבור כל סיבוב, יש לקחת את ההיסט במישור המאונך לציר הסיבוב. הדרך היחידה לבטל כמעט לחלוטין את שגיאת אבה היא למקם את התקן המשוב בנקודת העניין.

לאחר חישוב שגיאות התרגום של המדריך בכל כיוון, ניתן לשלב אותן עם השגיאה מהתקן הדחף, התורם לשגיאה לאורך ציר ה-X בלבד, ולכמת את שגיאת המערכת הכוללת.

אם אתם מנתחים התקן תנועה ליניארית בעל ציר יחיד, תוכלו פשוט להשוות שגיאות תרגומיות עבור כל כיוון עם דרישות המיקום שלכם. אם ציר כלשהו מכיל שגיאה בלתי מקובלת, תוכלו לטפל ברכיבי השגיאה של ציר זה בנפרד.

אם המערכת היא רב-צירית, עם מספר מכלולי תנועה ליניארית, עדיין יש לך רק נקודת עניין אחת; היא זהה עבור כל ציר. לציר הרחוק ביותר מנקודת העניין יהיה הפוטנציאל הגבוה ביותר לשגיאת אבה. ניתן לסכם שגיאות תרגום מכל שלב בנקודת העניין כדי לקבוע את שגיאת המערכת הכוללת. עם זאת, יש לקחת בחשבון כעת גם את האורתוגונליות בין הצירים. זה מייצר תזוזה טהורה. במקרה של שלב XY, למשל, הטיה של ציר ה-Y ביחס ל-X תייצר תזוזה X נוספת כאשר ציר ה-Y חוצה. ניתן לקבוע זאת באמצעות טריגונומטריה או על ידי מדידה ישירה של ההיסט. זכור, בניגוד לסיבובים, תזוזות אינן תלויות בהיסט, המרחק לנקודת העניין. אתה יכול להוסיף את היסט האורתוגונליות ישירות לתקציב השגיאה הכולל שלך.

לבסוף, יש לזכור כי המונח "דיוק" משמש באופן חופשי למדי, ולעתים קרובות ניתן להשאירו פתוח לפרשנות. לעיתים, מפרט הדיוק המצוטט מתחשב רק בבורג המיקום. ייצוג סכמטי מסוג זה יכול להיות מטעה. לדוגמה, מתכנן עשוי לחשוב לשפר את דיוק המערכת על ידי שיפור שגיאת המוליך הממוצעת, כאשר הבעיה למעשה מבוססת על שגיאת אבה. לא הגישה האופטימלית. פעמים רבות יש פתרון גיאומטרי פשוט וחסכוני, לאחר שזוהה מקור השגיאה.