При оценке точности системы линейного перемещения основное внимание часто уделяется точности позиционирования и повторяемости приводного механизма. Однако на точность (или неточность) линейной системы влияет множество факторов, включая линейные ошибки, угловые ошибки и ошибки Аббе. Из этих трех типов ошибки Аббе, вероятно, сложнее всего измерить, количественно оценить и предотвратить, но они могут быть наиболее существенной причиной нежелательных результатов в процессах обработки, измерения и высокоточного позиционирования.

Ошибки Аббе начинаются с угловых ошибок: ошибки Аббе возникают из-за сочетания угловых ошибок в системе перемещения и смещения между интересующей точкой — например, для инструмента или перемещения груза — и источником ошибки, таким как винт линейной оси или направляющая. Угловые ошибки — обычно называемые креном, тангажем и рысканием — это нежелательные движения, возникающие из-за вращения линейной системы вокруг трех ее осей.

Если система движется горизонтально вдоль оси X, как показано ниже, то тангаж определяется как вращение вокруг оси Y, рыскание — как вращение вокруг оси Z, а крен — как вращение вокруг оси X.

Ошибки в крене, тангаже и рыскании обычно возникают из-за неточностей в системе направляющих, но источники угловых ошибок могут быть также и в случае монтажных поверхностей и методов крепления. Например, неточно обработанные монтажные поверхности, недостаточно надежно закрепленные компоненты или даже различное значение коэффициента теплового расширения между системой и ее монтажной поверхностью могут способствовать возникновению угловых ошибок, превышающих ошибки, присущие самим линейным направляющим.

Следует отметить, что линейные подшипники с перекрестными роликами особенно чувствительны к ошибкам монтажа. Их жесткость и точность делают их менее терпимыми к неточностям монтажа, чем другие варианты. Именно поэтому многие производители линейных подшипников рекомендуют устанавливать подшипники с перекрестными роликами только на хонингованные поверхности, на которых ожидается отклонение не более нескольких микрометров.

Ошибки Аббе особенно проблематичны, поскольку они усиливают то, что в большинстве случаев является очень малыми угловыми ошибками, причем их величина увеличивается по мере увеличения расстояния от компонента, вызывающего ошибку (называемого смещением Аббе).

Для консольных нагрузок, чем дальше нагрузка находится от источника угловой погрешности, тем выше будет ошибка Аббе. Причиной угловой погрешности обычно является направляющая или точка на монтажной поверхности. Более того, ошибки Аббе для многоосевых конфигураций еще сложнее, поскольку они усугубляются наличием угловых погрешностей по каждой оси.

Наилучшие методы минимизации ошибок Аббе — это использование высокоточных направляющих и обеспечение достаточной механической обработки монтажных поверхностей, чтобы они не вносили дополнительных неточностей в систему. Уменьшение смещения Аббе за счет перемещения нагрузки как можно ближе к центру системы также минимизирует ошибки Аббе.

Наиболее точное измерение ошибок Аббе осуществляется с помощью лазерного интерферометра или другого оптического устройства, полностью независимого от системы. Однако лазерные интерферометры непрактичны для большинства установок, поэтому во многих приложениях, где важна ошибка Аббе, используются линейные энкодеры. В этом случае наиболее точные измерения ошибки Аббе достигаются, когда считывающая головка энкодера устанавливается в интересующей точке, например, на инструменте или нагрузке.

XY-столы менее подвержены ошибкам Аббе, чем другие типы многоосевых систем, такие как декартовы роботы. Это объясняется, главным образом, тем, что они минимизируют величину консольного перемещения и обычно работают с нагрузкой, расположенной в центре каретки по оси Y.

В идеальном мире система линейного перемещения должна демонстрировать идеально ровное, прямолинейное движение и каждый раз достигать заданного положения без ошибок. Но даже самые высокоточные линейные направляющие и приводы (винты, зубчатые рейки, ремни, линейные двигатели) имеют некоторые погрешности из-за допусков обработки, обращения, монтажа и даже способа их применения.

В системах линейного перемещения встречаются три типа ошибок: линейные, угловые и планарные, и каждый тип по-разному влияет на систему и область применения. Чтобы избежать переплаты за высокоточные компоненты там, где они не нужны, или получения системы, не соответствующей требованиям приложения, важно понимать различия между этими тремя типами ошибок линейного перемещения и их причины.

Линейные ошибки в линейных системах: Линейные ошибки включают точность позиционирования и повторяемость. Эти ошибки иногда называют ошибками позиционирования, поскольку они определяют способность системы достигать желаемого положения. В контексте линейных систем термин «точность» обычно относится к точности позиционирования, которая представляет собой отклонение между целевым положением и положением, достигнутым системой. Повторяемость относится к тому, насколько хорошо система возвращается в одно и то же положение при многократных попытках. Основным фактором, влияющим на линейные ошибки, является приводной механизм (например, винт, зубчатая передача или линейный двигатель), но настройка системы также может влиять на ее способность точно и повторяемо достигать целевого положения.

Угловые ошибки в линейных системах

Как уже упоминалось, угловые ошибки — это ошибки, при которых интересующая точка вращается вокруг оси. Обычно их называют ошибками крена, тангажа и рыскания, обозначающими вращение вокруг осей X, Y или Z соответственно. Если интересующая точка находится в центре стола или направляющей, угловые ошибки могут не оказывать существенного влияния на работу. Но когда интересующая точка находится на некотором расстоянии от стола или направляющей, ошибки Аббе, представляющие собой угловые ошибки, усиливаемые расстоянием, могут приводить к нежелательным результатам, особенно в процессах обработки, измерения и сборки. Основными причинами угловых ошибок, и, соответственно, ошибок Аббе, являются неточности в линейных направляющих и плохо обработанные монтажные поверхности.

Плоские ошибки в линейных системах

Плоскостные ошибки — часто называемые проблемами прямолинейности и плоскостности — возникают во время перемещения системы, но вместо вращения вокруг оси плоскостные ошибки представляют собой отклонения от идеальной, прямой опорной плоскости. Прямолинейность определяет величину перемещения вдоль оси Y по мере перемещения системы вдоль оси X. Аналогично, плоскостность определяет величину перемещения вдоль оси Z по мере перемещения системы вдоль оси X.

Следует отметить, что точкой отсчета является ось перемещения (обычно ось X), поэтому существует только два типа планарных ошибок, связанных с движением вдоль двух оставшихся осей.

Плоскостные ошибки пагубно влияют на такие приложения, как дозирование, механическая обработка или измерение, где поведение системы во время движения имеет решающее значение. В многоосевых системах плоскостные ошибки на одной оси влияют на соседнюю ось (или оси), особенно когда оси расположены друг над другом, как, например, в XY-столах, плоских столах и некоторых декартовых системах.