Si quiero tener algo colocado con precisión en uno u otro extremo de un riel largo o tornillo de avance, ¿cuál es la forma más sencilla y económica de hacerlo?

Answer 1

¿Es esto factible?
Si. Está. Se hace años con equipos de manejo de obleas. El problema es que el costo del equipo y las instalaciones supera las decenas de miles de dólares.

¿Cuál es la forma más sencilla de hacerlo?
Gaste el dinero y compre equipos diseñados para este propósito.

¿Cuál es la forma más barata de hacerlo?
Depende de cuánto tiempo de ingeniería / habilidad tengas.

[Está solicitando una relación de 1m / 1e-6 = 1e6 o 1ppm. Para tener una idea de lo que está pidiendo, debe buscar etapas piezoeléctricas de circuito cerrado: las etapas piezoeléctricas son las clases de precisión / exactitud más altas por dólar para actuadores. Por ejemplo: posicionador piezoeléctrico de 6 ejes, alta resolución, alta velocidad, alta precisión, alta precisión, etapa piezoeléctrica.
Tiene un recorrido de 800um, con ‘precisión’ de ~ 10nm (~ 10ppm).

Para motores electromagnéticos, tome los hexapodos PI por ejemplo (Posicionador de 6 ejes H-820 con controlador Posicionadores de precisión de hexápodo rentables por PI). Tiene un recorrido de ~ 10 cm, precisión de 40um (~ 500ppm) Sus etapas lineales más precisas funcionan con un recorrido de ~ 1cm y una precisión de 2um (100ppm). También encontrará etapas con <1 nm de repetibilidad, pero su recorrido es del orden de 10um (también 100ppm) y resolución ~ 0.1um.]

Problemas principales
La precisión de 1 micrón o menos en 1 m (varios pies) de distancia de recorrido utilizando equipos que tienen dimensiones de ~ 10 cm o más es un problema de ingeniería extremadamente difícil. Piense en la deriva térmica, por ejemplo: el CTE de Al ya es de 22um por deriva de kelvin de temperatura (y eso para el acero> 10um). Por lo tanto, necesita compensación térmica o retroalimentación en su sistema y motores con alta dinámica y controladores de motor con compensación de temperatura (estamos hablando de sistemas de accionamiento que ya cuestan> 10K $). Estar en la misma habitación que la máquina es suficiente para perder su precisión.

Creo que reconoce ese problema, por lo que intenta hacer trampa describiendo la precisión relativa entre S1 y S2 como predeterminada / no dentro de las especificaciones del sistema. Entonces, reformula el problema definiendo la precisión requerida como ‘dentro de +/- 0.5 um de S1 o S2 pero no en el medio’.

Obviamente, los disparos mecánicos / interruptores de límite no funcionarán (podrían hacerlo, pero necesita un mecanizado de precisión por debajo del micrón; eso ya hace que su BOM supere los 10K $). Entonces debe tener en cuenta el rebote de disparo … Supongamos que utiliza sensores ópticos (codificadores / disparos) que tienen una precisión / precisión mucho mejor que los interruptores mecánicos. Habrá errores de sobreimpulso y digitalización en el sistema, para evitar aquellos que necesita anchos de bit sginificantes de su sensor y estabilización térmica / compensación de su sensor óptico. Luego agregue aislamiento de vibración y / o amortiguación ajustada a su sistema. Luego habrá la tasa / desgaste dep ..

Diablos, cortaré esto y dejaré de decepcionarte. Necesita sistemas de retroalimentación sincronizados aquí junto con aislamiento del entorno. Incluso si solo utiliza los mejores componentes de temperatura estable del mundo y el mejor mecanizado disponible, deberá realizar estudios estadísticos de metrología y corridas de calibración diarias antes de poder reclamar que su máquina funciona. No hay forma de que esto se pueda hacer a bajo costo: tomará tiempo y dinero. El único enfoque económico sería que una empresa utilice argumentos de economía de escala basados ​​en la demanda para reducir los costos de un sistema fabricado con precisión.

[Editar:] A la luz de las respuestas de Brian Burke / Frederic Roche, permítanme arrojar otra llave en las obras aquí. ¿Cómo va a medir sus valores de desplazamiento dentro de, incluso 1 um de precisión? Ciertamente no puede hacerlo a mano (sus manos tiemblan a unos 10 Hz a amplitudes del orden de +/- 50 um). ¿Sabes cuánto cuesta el micrómetro óptico / láser más barato? Tengo esos y los de Keyence cuestan alrededor de 5K $ por la cabeza y 5K $ por el controlador; Además de una cantidad decente de tiempo de configuración / calibración para el software.

Si solo junta un montón de partes, ¿cuáles serán sus puntos de referencia de medición? Sabes que no puedes mirarlo. ¿Sabes cuáles son las tolerancias en las partes de ‘terreno de precisión’ en las partes de Misumi / McMaster Carr? El más pequeño que he visto es +/- 0.0002 “(> 5 um) y ese es el valor anunciado. Hay incertidumbre estadística en todas estas dimensiones y su proceso de medición. Si no diseña con precisión la pila, no es factible en todas.

¿Qué tal la deriva del tamaño del paso del actuador? Ni siquiera he entrado en eso.

Answer 2

Este es un requisito común para los sistemas de posicionamiento lineal largos cuando la precisión de localización se vuelve incierta a lo largo de la distancia.

Una solución precisa y económica es instalar pasadores y bujes de ubicación en cada ubicación que requiera una ubicación precisa. Los pasadores de ubicación están disponibles en forma de cono de tierra de precisión y se acoplan con un casquillo cónico. Los diámetros exteriores también son rectificados con precisión para la instalación a presión. Puede encontrarlos y pedirlos a compañías como Misumi, Carr Lane o incluso McMaster Carr.

Necesitará un mecanismo para activar y desactivar el pasador de ubicación del cono dentro y fuera del casquillo de ubicación. Suficientemente simple. Puede usar un cilindro neumático o solenoide y una guía lineal de precisión para proporcionar precisión de movimiento.

Deberá conducir la larga etapa lineal a una posición por encima del cono / casquillo de ubicación y luego desconectar la potencia del motor para que cuando active el pasador / casquillo de ubicación, el carro pueda posicionarse libremente sobre la característica del cono. Esto ubicará de manera muy precisa y repetible el carro en el eje largo. A continuación, puede hacer su posicionamiento fino con la etapa de microposicionamiento.

Si utiliza este método para un posicionamiento preciso donde lo necesita, puede tener una alta precisión en largas distancias de desplazamiento con un posicionamiento muy preciso. Puede utilizar actuadores lineales muy económicos con transmisiones de correa estilo AT y evitar el gasto de precisión en todas partes.

Answer 3

No hay mucho que agregar a Sid Hazra, una respuesta muy completa a la pregunta específica que se hace (“1 m +/- 0.5um”). Pero parece que las respuestas de Brian Burke nos acercan a las necesidades reales: es probable que realmente no te importe la distancia entre P1 y P2; solo debes estar dentro de la tolerancia de estos puntos.

Ya tiene etapas lineales de alta precisión: puede usarlas para compensar el error de posicionamiento de su ensamblaje móvil siempre que ese error se compare con el recorrido de sus etapas lineales. En otras palabras, si sobrepasas 100um en el eje X (factible con diapositivas de grado CNC), solo compensas tu origen en 100um. Planifique también alguna corrección en el eje Y: estará mucho más cerca que en Y, pero probablemente no dentro de .5um.

Su problema ahora es “solo” medir el error de posicionamiento con una precisión superior a .5um: lo llamaría posible con un micrómetro óptico, ya que estamos tratando de ser baratos (confieso que nunca intento tal configuración, agradecería comentarios) .

Eso todavía te deja con un trabajo de ingeniería serio para unir todo eso y múltiples iteraciones antes de llegar a la confiabilidad y el rendimiento correctos. ¡Buena suerte!

Bonus
No querrá estar yendo y viniendo entre S1 y S2 todo el tiempo: agregue un espacio de preparación vinculado a su plataforma XY para que pueda elegir y organizar todos los bits que necesita desde su posición de selección, mover todo el ensamblaje, calibrar y colocar lejos.

Answer 4

Brian Burke ha dado una buena descripción de cómo esto puede ser posible y similar a cómo abordaría el problema, pero sospecho que no tiene una apreciación real de lo que es un micrómetro (um). Más allá de un diseño básico, deberá preocuparse por la estabilidad térmica de los materiales y la estabilidad física de la máquina. Uno podría usar algún tipo de sistema de clavija o bloque de medición como sugirió Brian si hubiera una manera de medir y ajustar la posición inicial del mini-slide en cada extremo del recorrido. ¿Quizás interferometría óptica?
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Re: su declaración: “No quiero usar codificadores rotativos o codificadores lineales caros”. y el deslizador del motor paso a paso: este es el enfoque barato y sucio y no logra lo que desea.
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Realmente necesitamos saber más: la disparidad de su posicionamiento fino y grueso hace que este sea un problema realmente difícil.