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如何为齿带传动的立轴加光栅尺？ 点击：2559 | 回复：17



swift1972

    
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发表于：2007-10-10 10:17:00
楼主
  立轴的上下两端都使用齿带牵动，其中一端齿带直接由步进电机驱动，而另外一端齿带通过一个机构由同一台电机驱动。控制的主要目标为定位精度。现在不采用光栅尺，影响定位精度的主要有两大块：

1、采用三相步进电机，细分为3000pulse/转，由于高细分下的步进电机会存在“大小步”现象，还有可能出现很难察觉的偶尔丢步现象，以及全/半流切换引起的微小位置变化，等等，都会对定位精度产生影响；

2、采用齿带传动，这种结构对精度的保持能力比较差，常见的是使用一段时间后，由于两端齿带的松紧程度发生不同程度的变化，可能会引起立轴微小的歪斜，另外，齿轮齿带之间的传动间隙容易累积定位误差，等等

   针对以上问题，想到是否能够通过加光栅尺的方法来弥补这些定位精度上的不足，问题是怎么去加，立轴有上下两端，是只在其中一端加，还是两端都加？如果只在一端加，另外一端由于立轴的微小歪斜引起的精度变化如何去反映和纠正；如果两端都加，就会有一个以那个为准的问题，而且这两条光栅尺安装的相对位置难以确定，因为联系它们的立轴本身可能就不完全垂直。

   希望有光栅尺使用经验的同仁能给一些建议。
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波恩

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发表于：2007-10-10 19:53:00
1楼
如果只是由一台电机同时驱动“立轴的上下两端”，则即使都有光栅尺，由于电机之外传动环节的影响，也很难保证两端都满足精度要求。不如只装在由电机直接驱动的一端。

与其加光栅尺补偿，就成本而言，不如直接换成伺服。
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swift1972

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发表于：2007-10-11 08:35:00
2楼
To 波恩：

   “不如只装在由电机直接驱动的一端”，那另外一端的精度怎么保证？这样，就只能通过机械结构自身来保证了，也就是说，另外一端（非驱动端）要靠结构来保证其随动性能了。并且，装配的时候还要保证立轴和光栅尺很高程度上的垂直。这些通常在工程上都不是那么容易做到的。

   另外，换伺服的方法只是克服了步进驱动对定位精度的影响，也就是我提到的两大因素的第一点，而对第二点没有任何帮助。其实，光栅尺的应用往往是为了解决第二点因素对定位精度的影响。
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lg_006

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发表于：2007-10-11 16:32:00
3楼
不知道楼主用来干什么?考虑过在一条光栅上,用两个读数头吗?
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swift1972

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发表于：2007-10-11 18:13:00
4楼
To lg_006:

   机构是这样的：

   上端导轨 －－－－－－－－－－－－－－－－－
                          | |
                          | |
                          | |
                          | | 立轴
                          | |
                          | |
                          | |
   下端导轨 －－－－－－－－－－－－－－－－－ 

不存在“在一条光栅上,用两个读数头”
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波恩

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发表于：2007-10-11 20:42:00
5楼
立柱架在上下导轨上横向移动？如果真是这种结构，则以单端驱动必不能同时满足两端的位置精度要求，这是典型的龙门结构，只不过是竖起来了，就算是两端都加驱动，也需要较好的同步算法才能保证龙门同步运行。如果只驱动一端，则需要依靠有效的机械结构来保障另一端的相对精度，其中也必须考虑齿形带的问题。
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刘岩利

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发表于：2007-10-11 21:23:00
6楼
如果，立轴上没有导轨，那还真的比较麻烦。行程有多长啊？
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swift1972

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发表于：2007-10-12 08:25:00
7楼
To 波恩：

  “立柱架在上下导轨上横向移动？”－－是的，此横向移动为X方向。

To 刘岩利：

    立轴上当然有导轨，执行机构沿立轴上的导轨运动，此运动为Y方向。这应该是比较典型的机构吧。问题的关键是如何保证此机构的定位精度，要求在600mm的行程内，重复定位误差在正负2个丝。

   个人感觉，加光栅尺是比较可行的方法，但苦于如何在此机构上应用光栅尺，没有什么经验。

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lg_006

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发表于：2007-10-12 08:25:00
8楼
晕,这种结构啊?同意版主说的,必须用双驱动.
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波恩

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发表于：2007-10-12 19:11:00
9楼
上下导轨间距有多大？如果坚持用单驱动，就想办法保证上下间的抗扭转刚度吧！
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swift1972

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发表于：2007-10-13 09:12:00
10楼
To 波恩：

   “如果坚持用单驱动，就想办法保证上下间的抗扭转刚度吧”

   －－如果立轴的上下两端的传动机构是丝杆应该会好很多，可现在恰恰却是齿轮齿带，短时间内也还不能改成丝杆的，所以才想试用光栅尺来解决定位精度问题。

   －－另外，我个人感觉，这似乎还不单纯是一个单端或双端推动的问题。我想在光栅尺的典型应用中，应该有类似的范例，能够巧妙地通过一定的方法解决这些问题。现在关键是咱还没有掌握这个手艺。
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swift1972

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发表于：2007-10-13 09:14:00
11楼
To 波恩：

    上下导轨的间距是500mm。
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刘岩利

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12楼
光栅尺只是一个位置检测的东西，更明确一点，只是检测读头与尺带，或者叫动尺与定尺之间的相对移动。但就光栅尺而言，在五、六百毫米的行程内，精度做到1丝是没有什么难度。如果是第一次用光栅尺的话，就我见过的问题，有尺身与导轨不平行，造成线性误差的，也见过读头与滑块之间用细长杆连接，造成形变误差的。另外，如果，滑块本身在运动中的直线度、平面度不好，光栅尺只会暴露问题，不一定有助于解决问题。
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波恩

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13楼
500mm，还不至于需要双驱动。这么近的距离为什么要上下两端都驱动，不甚明白。按照楼主2007-10-11 18:13:00的图示，加光栅是到底要保证横向的精度，还是垂向的精度？
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swift1972

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14楼
To 波恩：

   “这么近的距离为什么要上下两端都驱动”－－主要是因为单驱动一端，另外一端的随动性能不好（基于机构上的成本问题考虑）。现在机构上的上下都驱动实际上是通过一个联动传动杆，电机轴与此杆直联，此杆两端通过齿带连接驱动立轴的上下两端。

    我考虑的主要方面是，在尽可能不改变现有机构的情况下，通过一定的方法，比如应用光栅尺，来提高定位精度。

   “加光栅是到底要保证横向的精度”，光栅加在上下端导轨上就是为了保证X方向精度，加在立轴上的垂直导轨上，就是为了保证Y方向的精度。
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波恩

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15楼
“主要是因为单驱动一端，另外一端的随动性能不好（基于机构上的成本问题考虑）”———不知楼主用的是什么节省成本的结构，如果刚度不好，则再怎么加光栅，也很难同时保障X轴上下端的同步精度。
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swift1972

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发表于：2007-10-16 08:59:00
16楼
To 波恩：

   呵呵，在满足系统性能指标要求的情况下，当然是成本越低越好了，什么事情也不能纸上谈兵。

   现在系统没有上光栅尺，还是能够工作的，只是精度不太高。另外，回到我原来提出的问题，我加光栅尺的目的并不是要保证立轴两端的精确同步，也就是说，即便同步不好，只要能够被光栅尺感知，然后系统根据光栅尺的检测数据进行相应的处理就可以。

   关键问题是，不知道在光栅尺的应用上，有没有为立轴加光栅尺的典型范例，以及相应的数据处理方法。
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波恩

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发表于：2007-10-16 20:06:00
17楼
这么说楼主的目的是在线感知和实时补偿了。只要方法得当还是很可能起到一定的预期效果的。其实光栅装立轴还是卧轴都是可以的，立轴安装应没有特别限制，数据处理则要看所用的控制系统。
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