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白皮书

提高你的定位系统三维精度的3种方法

RJ哈特
3D计量系统总监

定位系统被用于自动化几乎所有高精度制造的过程。很多这些过程发生在3D中。一些例子包括在3D中定位零件的表面,以100%检查和沿着复杂的3D路径激光切割特征。对于这些类型的工艺,由于定位系统在3D空间中会出现额外的误差,要实现微米和纳米量级的制造公差是非常困难的。然而,当谈到空间定位精度或3D精度时,有一些基本的考虑因素可以增加机器设计师成功满足公差目标的机会。

1:增加更多的刚度-一个机械工程师最好的朋友

刚度之于定位系统就像睡眠之于新父母。有很多方法可以弥补它的不足,但如果没有它,工作就会变得更加困难。在机械设计中增加刚度将增加运动的可重复性,从而更容易实现高三维精度。正如这个术语所暗示的,不可重复的运动是不能通过软件校准和校正表来预测和补偿的运动(见#3)。

此外,为了达到高三维精度的目标,在许多方向上刚度需要改进。对于添加到定位平台的每个运动轴都有6个自由度(D.O.F)的误差运动。如果你的过程需要6个运动轴呢?现在你有6个D.O.F乘以6个轴,或者说36个误差源需要考虑!增加刚度可以减少如下所示的5个空间定位误差来源。

图1所示。显示了6个潜在的误差来源中的5个在一个单一的直线运动轴。第6个误差是“轴上重复性”或用于测量轴自身位置的反馈装置的精度。

2:在工作点添加反馈——我们需要的准确信息

另一种成功提高定位系统3D精度的方法是加入反馈机制,减少阿贝误差的数量。减少阿贝误差是很容易减少之间的距离定位机械的反馈装置和工作点在空间,你正在使用的过程。例如,假设你有一个XY定位系统携带一个部件,你关心这个部件在XY定位系统上方100mm的空间点上发生了什么。增加一个高于XY力学100毫米的第二反馈源,将为运动轴提供有价值的信息,并允许他们补偿阿贝误差可能存在。

图2。阿贝误差在工作点偏移处的图形表示。
图3。在工作平面上使用干涉仪反馈的XY定位系统,最大限度地减少工作点上阿贝误差的影响。

3:使用校准和校正表-有用的最后手段

当所有的方法都失败时,我们可以尝试通过使用校准技术和校正表来校正三维定位误差。这些方法被许多设计师用来修正固有的限制机制和驱动机制。在实践中,一个高分辨率的测量设备将被用来测量运动轴的实际位置,因为它是通过旅行的命令。实际测量和命令测量之间的差异将被计算并添加到一个校正文件中。现在,下一次轴被命令移动相同的距离时,它将根据外部测量设备的实际测量结果进行自我修正。校准是一个离线过程,只对可重复的错误起作用。

图3。在指定的工作高度上显示由激光干涉仪校准的直线运动轴。

结论

既然你已经知道了这三种提高3D精度的方法,那么你与运动控制和定位供应商的下一次对话将变得更有意义。新万博英超h确保你理解选择不僵硬的机械设计,指定没有第二反馈源的设备,使用没有在你关心的工作点校准的定位系统的后果。如果您需要任何进一步的帮助,以实现更好的3D定位精度在您的过程中,我们在这里提供帮助。

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