選購精密位移產品時要根據具體應用考慮不同的性能指標,正確理解各項技術指標的物理意義,對最終組建的系統性能至關重要,本文就常用的一些技術指標做簡要介紹。
六個自由度(Six degrees of freedom)
基于笛卡爾直角坐標系內的任意剛體有六個自由度 :三個平動自由度(x,y,z)和三個轉動自由度(θx,θy,θz)。對于單軸的位移機構,理想的狀況是 :它只沿著我們要求的運動方向移動,在其它自由度上沒有移動量,但實際上無法做到,所以我們除了控制好運動方向這個自由度以外,還需要約束其它五個自由度的運動。
分辨率(Resolution)
分辨率是指移動系統可以分辨的最小位置增量。這是一個理論值,針對電動滑臺而言,分辨率是指步進電機接到一個脈沖時,滑臺的移動量。理論上單個脈沖可以做到很小,也就是說理論上滑臺的移動量可以做到很小(比如說:在螺桿導程為 4mm,電機步距角為 1.8°, 將電脈沖進行 256 細分時,電移臺的理論分辨率為 0.078µm)。
但實際上當細分數過高時,想要精確控制變得很困難,而且電機對高細分后的脈沖響應也會變差,所以高細分情況下經常會發生 : 給了脈沖不動,或運動后不準的情況。卓立漢光經過多年的經驗,我們標稱的分辨率(開環情況下)一般是在 8 細分情況下的指標,這個指標相對來講是真實的。
•電動滑臺的分辨率可以用如下公式計算:
當螺桿導程為 1mm,電機的步距角為 1.8°,驅動器細分數為 2 時,分辨率
,即分辨率為 2.5µm。
•蝸輪蝸桿式旋轉臺的角度分辨率可以用如下公式計算:
當電機的步距角為 1.8°,蝸輪蝸桿的傳動比為 180 :1,驅動器細分數為 8 時,分辨率 =
•正弦機構旋轉臺的角度分辨率可以用如下公式計算:
當電機的步距角為 1.8°,螺桿導程為 1mm,驅動器細分數為 2,旋轉機構中心距為 26mm 時,
誤差(Error,Deviation)
誤差是指實測值和理想值的結果之間的差值。對于滑臺來說誤差主要有兩個方面 :軸向誤差和非軸向誤差。
軸向誤差(On-Axis Error)
與沿著運動方向(對于電動滑臺通常定義為 X 方向,對于旋轉臺通常定義為 θz 方向)的參數有關的誤差,包括:精度、重復定位精度、空回等。
精度(Accuracy)
精度往往被誤解為最小移動增量(Incremental Motion),但最小增量實際上應該稱為分辨率(Resolution),上面我們已經談到, 分辨率是一個理論值。嚴格意義上來說,精度是指絕對精度(Absolute Accuracy),也就是 :對于一個給定的輸入量,滑臺運行后的實際位置。這個實際位置和理想位置,通常會有一定的差距,這就是(絕對位置)誤差,我們通常稱其為 “(絕對)精度”。
電動滑臺的(絕對)精度通常需要考慮到很多因素,包括控制部分、電機、聯軸器、絲杠、導軌、連接用軸承等各個環節,都有可能影響電動滑臺的(絕對)精度,對于旋轉臺或擺動滑臺,也存在同樣的情況。甚至在閉環系統中,光柵尺等裝置本身的精度也會影響絕對精度。
整套產品(或系統)的精度,雖然不是各個部件(或系統組件)誤差的簡單相加,但通常不會優于各個部件(或系統組件)的誤差, 這一點需要特別注意。比如,電動滑臺的行程為 200mm,假設螺桿全長為 340mm,選用 5 級螺桿(精度 23µm/300mm),如果標稱電動滑臺的 “精度” 小于 25µm 顯然是不合適的。
重復定位精度(Repeatability)
重復定位精度是指移動系統多次可達到一個既定點的能力,通常重復定位精度是指單個方向上的,這樣能將 “空回” 的指標分開, 避免數據混亂。
空回(Return Stroke)
也稱回程間隙、空轉、反轉定位精度、空行程等,同背隙 ( 反沖間隙、哐量、靜態間隙等 ) 指標不同,回程間隙是表征產品運動方向相反時, 機械結構的間隙誤差。
背隙(Backlash)
背隙又稱反沖間隙、哐量、靜態間隙、傳動副間隙等,同回程間隙 ( 空回、反轉、反轉定位精度等 ) 指標不同,背隙是表征電動產 品在非運動狀態下 ( 電機不加電或電機加電但不轉動 ) 機械結構的間隙誤差。
非軸向誤差(Off-Axis Error)
與約束的自由度方向相關的誤差,包括非軸向線性誤差和非軸向角度誤差兩個方面。
非軸向線性誤差就是我們通常說的直線度,直線度分為兩個正交分量,一個是垂直方向(Z 方向)的直線度,稱平直度(Flatness), 也稱為平行度、平面度 ;另一個是水平方向(Y 方向)的直線度(Straightness),稱直線度。
非軸向角度誤差有三個相互垂直的分量,分別是 :θz 方向的偏擺(Yaw)、θy 方向的俯仰(Pitch)和 θx 方向的轉動(Roll)。
對于電動滑臺系統,上述非軸向誤差的說明圖例如下圖 :
對于旋轉臺系統,軸向和非軸向的誤差說明,請參照檢驗方法中的相關說明。
卓立漢光可以提供國內精度高、品質好、種類全的位移臺產品。
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