精密位移臺運動系統的技術參數介紹

任何位移臺都有6個自由度：3個分別沿著x、y、z軸方向的平移自由度，另外3個則是圍繞x、y、z軸的旋轉自由度（如圖1）。

圖1 右手坐標系顯示6個方向的自由度

此處描述的所有運動都是關于右手坐標系的，所有的運動都可以看成是由沿坐標軸方向的平動和繞坐標軸方向的轉動的復合運動。

當選擇一款專業的位移臺時，需要考慮很多不同評定位移臺性能的指標。了解各種各樣參數的定義以及他們如何影響運行結果將簡化產品的選擇過程。

1.       分辨率Resolution

分辨率是指移動系統可以分辨的最小位置增量，它不同于系統的最小控制增量。同樣涉及到顯示器和數據采集器的分辨率，通常取決于編碼器的輸出，但由于滯后、背隙等導致傳動系統的降低，因而大多系統的最小移動增量都不等于分辨率，除非編碼器直接測量傳動。

（1）對于電動平移臺而言，分辨率為步進電機每轉動最小的一步，位移臺的運動輸出量。

電動平移臺的分辨率可以用以下公式計算：

例如：螺桿導程是4mm，電機的步距角是1.8º，驅動器設置為20細分，則分辨率是0.001mm。

（2）電動旋轉臺的角分辨率可以用以下公式計算：

例如：電機的步距角是1.8º，傳動比是180：1，驅動器設置為20細分，則角分辨率是0.0005º。

2.       靈敏度Sensitivity

能產生一個輸出運動的最小輸入，通常用來表征手動位移臺，也可以定義為輸入驅動和輸出運動的比值，這個術語經常和分辨率混淆。

3.       精度Accuracy

對于一個給定的輸入，實際位置和理想位置之間的最大差距。運動系統的精度跟實際位置的測量方式有很大的關系，所以對于開環設備中精度并不是一個很有意義的參數。

4.       絕對精度Absolute Accuracy

絕對精度是指系統針對命令輸入或理想輸入的輸出，更直觀的說應該叫不確定度。當要求一個運動系統精確運動10mm，而實際上只運動了9.99mm，則不確定度是0.01mm。位移臺的軸線和測量尺的軸的角度誤差會導致一個與角度呈余玄關系的單調遞增誤差，這就是常說的余玄誤差。

5.       精確度Precision

精度是指對相同輸入，覆蓋95%運動偏移的變化輸出位置的變動范圍。精確度也叫重復定位精度。精度和精確度是不同的概念。

6.       重復定位精度Repeatability

重復定位精度是指移動系統多次可到達一個既定點的能力。通常所說的重復定位精度指的是單向重復定位精度，單向重復定位精度是指運動系統僅在一個方向上做重復增量運動。這個參數避開了系統的空回和滯后。

因此一個更重要的定義是雙向重復定位精度，即無論運動方向多次嘗試達到一個嚴格意義點的能力。

7.       空回Backlash

空回是指不至引起反向可測量輸出的最大輸入量。軸向預緊不夠或傳動鏈元件的嚙合不好會導致空回，例如嚙合齒輪上的齒不好�？栈厥窍鄬Ψ�定的，并且可以用好的控制器補償。

8.       誤差Error

誤差是指實測的品質參數和理想的/需要的結果之間的差值。誤差主要有兩個方面：軸向誤差，如精度，與沿著運動方向的參數有關；非軸向誤差，如傾斜，與約束的自由度方向相關。 

9.       偏心和擺動Eccentricity and Wobble

偏心有時也稱同心度，旋臺的偏心是指當旋臺旋轉時它的旋轉中心與平均位置的偏差。如果一個旋臺是絕對同心的，那么在旋轉時就沒有偏心。對于旋臺，擺動是旋轉軸的角度偏差。

10.    跳動Runout

跳動是指非軸向線性誤差。這是位移臺的理想直線運動和實測直線運動之間的偏差。跳動有兩個正交分量：表征水平方向偏差的直線度和表征垂直方向偏差的平面度。  

11.    傾斜和晃動Tilt and Wobble

傾斜和晃動是指非軸向角度誤差。它是指理想的運動直線和實測的運動臺之間的偏移量。傾斜和晃動有三個相互垂直的分量，一般指的是轉動、俯仰和偏擺。這三個分量決定了由幾何形狀引起的所有運動系統誤差。  

12.   負載能力Load Capacity

對于位移臺來說，負載能力是指所允許的作用于位移臺臺面中心且與運動方向和工作臺面垂直的合力的大小。對于旋轉臺來說，合力的方向是沿著旋轉軸的。若負載不在工作臺的中心，則負載須適當減少。

13.    法向負載能力Normal Load Capacity

法向負載能力是指可直接作用于移動臺面上中心的最大負載，負載量主要受限于工作臺軸承所能承受的負載能力。

14.    橫向負載能力Transverse Load Capacity

橫向負載能力也叫側面負載能力，是作用于垂直運動方向軸線且沿著工作臺面的最大的負載力，通常受限于軸承的負載力，并且由于幾乎沒有軸承承載，因而比法向負載力能力要小。

15.    軸向負載能力Axial Load Capacity

傳動方向上的最大負載，對于豎直安裝的線性位移臺，標稱的垂直載重能力經常由軸向負載能力所限制。更多時候軸向負載能力取決于電機和螺桿的負載能力。

16.    動態負載Dynamic Load

動態負載是指靜態負載和運動阻力的總和。需要考慮的負載的一些動態特性包括摩擦力和慣性。由于動態載荷限制了系統所能達到的最大加速度，因此在評價整個運動系統性能時，必須要考慮此因素。

17.    速度Velocity (Speed)

速度是指單位時間內位移的改變量。最大速度是指位移臺正常負載情況下的最大速度。負載越輕速度越快。最小穩定速度主要依賴于運動系統驅動設備的速度穩定性。

18.    速度穩定性Speed Stability

速度穩定性是指保持恒定速度的能力，也用速度調節能力表征。這個參數取決于平臺的機械設計、反饋機制、所用的控制算法和速度的大小。

19.    加速度Acceleration

加速度是指單位時間內速度的變化量。

20.    慣量Inertia

慣量是負載抵抗速度改變的一個量度。慣量性越大，負載加速或減速時需要的轉矩也越大。慣量是一個負載大小和形狀的函數。如果能對轉矩做出限制，那么允許加速和減速的次數就會增加。

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