全自動繞線機的誤差來源分析

2019-05-24 11:37:08 HUIYUECN 0

全自動繞線機的誤差來源分析


 全自動繞線機在運行過程中相對於與夾持固定芯桿的兩個軸旋轉軸而言,電機驅動滾珠絲杠運動時所產生的誤差是不能忽視的,所以我們需要通過對絲杠誤差數據的提取並分析,然後進行濾波處理後獲取更為準確的補償數據。所以需要對控制模型進行優化,在進行優化之前先介紹滾珠絲杠的壹些誤差特性。那下面慧越給大家分析全自動繞線機的誤差來源


全自動繞線機


1)  滾珠絲杠誤差特性


滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。在自動繞線機中滾珠絲杠作為繞線機的傳動部件來使用,其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動,或將扭矩轉換成軸向反覆作用力,同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。


由於不同等級的滾珠絲杠其傳動誤差是不壹樣的,但是滾珠絲杠的傳動誤差曲線大致如圖 2.5 所示。

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 圖 2.5 中,縱坐標 E 表示誤差,橫坐標 P 表示絲杠的行程,曲線 L1 為實際的運行曲線,L2 為誤差均值線。對應不同等級的絲杠,不同行程的誤差等級是不壹樣的,對於高等級絲杠而言其傳動精度是最高的,圖 2.5 所示的曲線也僅僅為絲滾珠杠在單行程傳動過程中的誤差變化趨勢,同樣當滾珠絲杠反向運動時還需要考慮絲杠的反向間隙。


為了便於直觀和分析,我們過實際測量的壹組數據曲線來進行說明,通過采用激光幹涉儀,對設備所使用的導程為 4mm 的滾珠絲杠在伺服電機的驅動下以 0.1mm 步進采樣得到水平工作臺在單個行程 300mm內的累計誤差數據,並將測量數據生成圖 2.6中所示的曲線,縱軸為滾珠絲杠在伺服驅動下的累計傳動誤差,最小刻度單位 10μm,橫軸為絲杠運動直線行程,最小單位 0.1mm;總行程 300mm。圖 2.6 並沒有真實反映圖 2.5 中的大致趨勢,這是因為,絲杠的傳動誤差,與電機軸的安裝,導軌平面的安裝,絲杠本身的安裝平面都有著很大的關系,所以通過測量滾珠絲杠的傳動誤差曲線可以對繞線機系統的安裝精度進行檢測,以及這幾者之間的關系在曲線中的反映對於繞線機的設計安裝調試運行也有著很可觀的應用價值。如2.6 圖所示

全自動繞線機的誤差來源分析.png

全自動繞線機的誤差來源分析


曲線中所表現出來的波浪式曲線,表示了滾珠絲杠傳動在每個導程內的變化趨勢,為了更加充分的說明這種變化趨勢,對測量得到的數據的前 120 點的數據進行放大,120個點共計行程 12mm,滾珠絲杠旋轉三圈,其對應曲線關系如圖 2.7 所示。


全自動繞線機的誤差來源分析2


在圖 2.7 所示的曲線來分析,可以得出在絲杠導程內,對應的傳動誤差呈近似正弦曲線變化。


這裏需要補充說明的壹點是,為什麽測量的是絲杠的單行程誤差,而不測量絲杠反向間隙,是因為在不同點對應絲杠的反向間隙會有變化,不利於對系統誤差進行準確的分析,此外最重要的原因就是通過特殊的控制方式來回避絲杠的反向間隙,降低了系統的開發控制難度,從而更好的控制的運行精度,便於工程化應用。

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2)  靜態誤差補償的前提條件


任何曲線的擬合,都是針對於靜態過程,就是說假定系統的誤差曲線是不變的,或者說在誤差允許的範圍內進行變化。但對於滾珠絲杠的誤差而言,進行誤差補償的前提條件表現在以下幾個方面。


其壹是因為設備所處的工作環境為凈化近似恒溫環境,因為不同材料的熱膨脹系數是不同的,所以當溫度波動時,絲杠傳動的誤差曲線是會發生很明顯的波動,這已經通過大量的測量實驗得到了驗證。但當溫度恒定時或者在正負 2℃內波動時,300mm 行程的靜態誤差曲線的變化趨勢不會有明顯的改變,累計誤差會有大概 12 到 13μm 的變化,而對於每個導程內的誤差曲線波動影響極小。


其二,就是因為系統是單行程運行,不考慮絲杠的反向間隙,並且有高精度的零位標定過程,使得這種誤差曲線的起始零點具有相對唯壹性。


綜合以上兩點因素,可以認為這種曲線擬合的誤差補償方式是可行的。而且這種所謂的靜態誤差補償也是有意義的。那麽通過誤差數據擬合數據曲線,從而得到近似的曲線方程對於工程化應用是非常有意義的。


3)  誤差數據分析與濾波


為了讓模型更加精確,那麽就要對絲杠的誤差進行補償,補償的方法因控制方式的不同而有所差異,但無論如何,需要尋找誤差變化的規律,從而在控制模型中將其對運行精度的影響降到最低,那麽就不可避免的涉及到曲線的擬合,在得到圖 2.6,圖 2.7所示的曲線和數據時,就可以通過仿真軟件對數據進行擬合處理,這裏擬合的目的壹般是通過壹種設定好的函數關系,來進行驗證,方便通過函數關系來尋找誤差數據的變化規律,工程上通常采用最小二乘法進行擬合,擬合曲線近似於圖 2.5 中,求取直線 L2的曲線方程,無限逼近。然後再此基礎上采用數字信號處理的相關的理論,設計特殊的濾波算法,對數據進行濾波,通過對采集數據進行濾波處理來獲得更為準確的補償數據。


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