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直线电机技术
 
定位系统精度(转载)

  位系统精度可 方便地分为两大 类: 导轨本身的精度和沿导轨的直线定位精度。 前者 描述了导轨(滚珠和杆、交叉滚子、空气轴承等)提供理想单轴平移的精度, 而后者涉及沿轴进行的增量运动的精度(通常与导螺杆、直线编码器或其它反馈装置有关)。导轨精度任何运动的物体都具有 6 个自由度。 它们包括沿三个相互垂直轴中的任意轴的平移、直线运动 以及沿这些轴 的转动(qx、qy 和 qz)。 直线定位导轨的功能是仅仅是 精确限制物体向一 个单平移轴的运 动(通常为 X 轴)。 沿 X 轴任何与 理想直线运动的偏差 都是导轨装置不精确的结果。空气轴承和直线电机的使用可将平面 度和直线总误差降低到小于 0.5 微米/250 mm 和小于 20 毫微米/10 mm。

  直线定位精度?有各种技术可以 用来以增量 方式沿一个直线轴对用户有效载荷进行定位。直线定位精度简单地 说就是 受命令 支配的运动与国际定义的长度单位的匹配程度。 按照 Comitee Consultif pour Definition du Metre 的定义,所有长度测 量结 果最终都以米 为单位。 1 米的 当前值为光在 1/299,792,458 秒内在真 空中所行进的距离。

  平台 导轨中的角误差可通过阿贝贝斯误差而使直线定位精度下降。 X-Y  工作台具有一个在很大程度上影 响精度的附加参数: 正交性,即两个轴之间的垂直程度。 该参数 在我 们的商业 级工作 台上保持在小于 50 弧秒,而在 精密级工作台中保持在小于 20 弧秒。 对于后一种情况,300 mm 行程相当于因正 交性 独自 引起的 30 微米误差。

 
速度波动

  虽然“速度波动”这一术语很常用并经常出现在应用要求中,但它的意思有些使人误 解,因此在描述平台性能时,我们宁愿采用其 它的量度。 一般来说, 由于客户方的操作发生在一个固定频率而产 生以等速运动的需要,其目标是使结果发生于 运动产品上 的均匀 位置间隔上。 很清楚,如果能够以完美的等速移动,就会取得这一目标。在定位平台上添加一 个直线编码器,定位平台的速度变化无关 紧要,客户对产品进行操作的空间位置将极为均匀。 通过使用数字式 PLD 和/或 PLL,可以适应编码器 分辨 率和事件间隔之间相当任意的比率。 这种方法效果良好的一个典型应用是激光标 记系统,它必须在部 件的特定间隔上发出激光脉冲。

 
减速和加速
  速度限制通常由三个因素之一确定: 直线编码器、导轨轴 承的物理极限或可用放大器电压。功率与运动时间之间存 在负四次方关系,需要我们 在设计传动系统的时候仔细考虑周 期时间和电机尺寸。 运动质量和功率间 的平方规律,非 常明白的要求努力减小运动质量。像“我们需要把周期时间降低 100 毫秒”这样的偶然意 见,需要根据潜在的代价昂贵的物理机制进行评估。 最后,生产力曲线具有一个明 确的最大值这一事实,可以帮助 我们更仔细的设计系统,使之工作在最佳 性能上。  
重复定位精度
  定位 系统的可重复性 指企图连续经过某一特定位置时实际定位位置的 变化程度。一般来说,双向移动的位置变  化要比单向移动来的高。 只单独看单向移动可重复性数据, 不会发现齿轮隙的显著影响。如果可重复性的要求 较高,最好不使用导螺杆而换用直线电机作为执行元件。尽管这样作要求增加使用直线编码器并且滑座与伺服控制器需要工作在闭环模式,但得到的性 能却会大大提高,此 时所受的限制 仅仅来自编码器的分辨率和不可避免的热效应影响。  
插补运动
  对于许多定位系统应用,简单的点到点运 动 或等速运动就足够了。 在其它应用中,需要更为复杂 的运动。 特别是在物体在 空间移动的路径十分重要时就是这样。PMAC控制器在这方面的性能比较突出。  
安装问题
  定位位移 台最好安装于高度平整的合 适的横 截面上。 通常方法是确保安装 表面的平整度超 过所使用的位移台的平整度。 如果位移 台底部的斜度低于 10 弧秒 (50 微弧度),那 么表 面的误差应低于 5 微米/100 mm。如前所述, 安装时应确保表面清洁,而 且位 移台无其他异物。 螺纹孔应仔细 除去毛 刺,紧固件应拧紧到指定扭矩,而且相互之间扭矩大小应均匀。 具 有足够厚度的多层铝板和/或钢板表面 可作为 理想的安装表面。 花岗石或陶瓷表面尽管可以做到极其平整,但是进行表面固定的钢丝螺套必须先于位移台放上之前进行安装。将两个单轴位移台安装在一起(安装 方向可以是 X-Y 或同轴方向), 唯一的要求是位于下面的位移 台的大小必须 等于或大于上面位移台的截面积。  

 

 

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