Під час оцінки точності системи лінійного руху основна увага часто приділяється точності позиціонування та повторюваності приводного механізму. Однак існує багато факторів, які впливають на точність (або неточність) лінійної системи, включаючи лінійні похибки, кутові похибки та похибки Аббе. З цих трьох типів похибки Аббе, ймовірно, найважче виміряти, кількісно оцінити та запобігти, але вони можуть бути найсуттєвішою причиною небажаних результатів у програмах обробки, вимірювання та високоточного позиціонування.

Похибки Аббе починаються як кутові похибки: похибки Аббе спричинені комбінацією кутових похибок у системі руху та зміщенням між точкою інтересу — для інструментів або транспортування вантажу — та джерелом похибки, таким як гвинт лінійної осі або напрямна. Кутові похибки, які зазвичай називають кренуванням, тангажем та рисьханням, — це небажані рухи, спричинені обертанням лінійної системи навколо її трьох осей.

Якщо система рухається горизонтально вздовж осі X, як показано нижче, тангаж визначається як обертання навколо осі Y, рисьхання – обертання навколо осі Z, а крен – обертання навколо осі X.

Помилки крену, тангажу та рискування зазвичай виникають через неточності в напрямній системі, але монтажні поверхні та методи також можуть бути джерелами кутових похибок. Наприклад, монтажні поверхні, які не точно оброблені, компоненти, які недостатньо закріплені, або навіть різні швидкості теплового розширення між системою та її монтажною поверхнею можуть сприяти кутовим похибкам, більшим, ніж ті, що властиві самим лінійним напрямним.

Зверніть увагу, що лінійні підшипники зі схрещеними роликами особливо чутливі до похибок монтажу. Їхня жорсткість і точність роблять їх менш стійкими до похибок монтажу, ніж інші варіанти. Саме тому багато виробників лінійних підшипників рекомендують встановлювати варіанти зі схрещеними роликами лише на хонінговані поверхні, відхилення яких, як очікується, не перевищуватиме кількох мікрометрів.

Похибки Аббе є особливо проблематичними, оскільки вони посилюють те, що в більшості випадків є дуже малими кутовими похибками, збільшуючись за величиною зі збільшенням відстані від компонента, що викликає похибку (так званого зміщення Аббе).

Для конічних навантажень, чим далі навантаження знаходиться від причини кутової похибки, тим більшою буде похибка Аббе. Причиною кутової похибки зазвичай є напрямна або точка на монтажній поверхні. Більше того, похибки Аббе для багатоосьових конфігурацій є ще складнішими, оскільки вони посилюються наявністю кутових похибок на кожній осі.

Найкращими методами мінімізації помилок Аббе є використання високоточних напрямних та забезпечення достатньої обробки монтажних поверхонь, щоб вони не вносили додаткових неточностей у систему. Зменшення зміщення Аббе шляхом переміщення навантаження якомога ближче до центру системи також мінімізує помилки Аббе.

Похибки Аббе найточніше вимірюються за допомогою лазерного інтерферометра або іншого оптичного пристрою, повністю незалежного від системи. Але лазерні інтерферометри непрактичні для більшості систем, тому лінійні енкодери використовуються в багатьох застосуваннях, де похибка Аббе є важливою. У цьому випадку найточніші вимірювання похибки Аббе досягаються, коли зчитувальна головка енкодера встановлена ​​на точці інтересу, такій як інструмент або навантаження.

Столи XY менш схильні до помилок Аббе, ніж інші типи багатоосьових систем, такі як декартові роботи. Це головним чином тому, що вони мінімізують величину консольного переміщення та зазвичай працюють з вантажем, розташованим у центрі каретки осі Y.

В ідеальному світі система лінійного руху демонструвала б ідеально рівний, прямолінійний рух і щоразу досягала б заданого положення з нульовою похибкою. Але навіть найточніші лінійні напрямні та приводи (гвинти, рейки та шестерні, ремені, лінійні двигуни) мають деякі похибки через допуски обробки, поводження, монтаж і навіть спосіб їх застосування.

У системах лінійного руху зустрічаються три типи помилок — лінійні помилки, кутові помилки та площинні помилки — і кожен тип має різний вплив на систему та застосування. Щоб уникнути оплати високоточних компонентів там, де вони не потрібні, або отримання системи, яка не відповідає вимогам застосування, важливо розуміти відмінності між цими трьома типами помилок лінійного руху та їх причини.

Лінійні похибки в лінійних системах: Лінійні похибки включають точність позиціонування та повторюваність. Ці похибки іноді називають похибками позиціонування, оскільки вони визначають здатність системи досягти бажаного положення. У контексті лінійних систем термін «точність» зазвичай стосується точності позиціонування, яка є відхиленням між цільовим положенням і положенням, якого досягла система. Повторюваність стосується того, наскільки добре система повертається в одне й те саме положення після кількох спроб. Основним фактором, що сприяє розвитку лінійних похибок, є приводний механізм (наприклад, гвинт, рейковий механізм або лінійний двигун), але налаштування системи також може впливати на її здатність досягати цільового положення точно та повторювано.

Кутові похибки в лінійних системах

Як згадувалося раніше, кутові похибки – це похибки, за яких точка інтересу обертається навколо осі. Зазвичай їх називають похибками крену, тангажу та рисьхання, що позначають обертання навколо осі X, Y або Z відповідно. Якщо точка інтересу є центром столу або повзуна, кутові похибки можуть не мати суттєвого впливу на застосування. Але коли точка інтересу знаходиться на певній відстані від столу або повзуна, похибки Аббе, які є кутовими похибками, що посилюються відстанню, можуть призвести до небажаних результатів, особливо в обробці, вимірюванні та складанні. Основними причинами кутових похибок, а отже, і похибок Аббе, є неточності лінійних напрямних та погано оброблені монтажні поверхні.

Плоскі похибки в лінійних системах

Площинні похибки, які часто називають проблемами прямолінійності та площинності, виникають під час руху системи, але замість обертання навколо осі, площинні похибки є відхиленнями від ідеальної прямої опорної площини. Прямолінійність визначає ступінь руху вздовж осі Y, коли система рухається вздовж осі X. Аналогічно, площинність визначає ступінь руху вздовж осі Z, коли система рухається вздовж осі X.

Зауважте, що точкою відліку є вісь руху (зазвичай вісь X), тому існує лише два типи площинних помилок, що стосуються руху вздовж двох інших осей.

Площинні похибки є шкідливими для таких застосувань, як дозування, обробка або вимірювання, де поведінка системи під час руху є критично важливою. У багатоосьових системах площинні похибки в одній осі впливають на сусідню вісь (або осі), особливо коли осі розташовані одна над одною, як-от у XY-столах, планарних столах та деяких декартових системах.