精密位移臺運(yùn)動系統(tǒng)

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、yz軸的旋轉(zhuǎn)自由度(如圖1)。

此處描述的所有運(yùn)動都是關(guān)于右手坐標(biāo)系的，所有的運(yùn)動都可以看成是由沿坐標(biāo)軸方向的平動和繞坐標(biāo)軸方向的轉(zhuǎn)動的復(fù)合運(yùn)動。

當(dāng)選擇一款專業(yè)的位移臺時，需要考慮很多不同評定位移臺性能的指標(biāo)。了解各種各樣參數(shù)的定義以及他們?nèi)绾斡绊戇\(yùn)行結(jié)果將簡化產(chǎn)品的選擇過程。

1、分辨率 Resolution

分辨率是指移動系統(tǒng)可以分的最小位置增量，它不同于系統(tǒng)的最小控制增量。同樣涉及到顯示器和數(shù)據(jù)采集器的分辨率，通常取決于傳感器的輸出，但由于滯后、背隙等導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的降低，因而大多系統(tǒng)的最小移動增量都不等于分辨率。

2、靈敏度Sensitivity

能產(chǎn)生一個輸出運(yùn)動的最小輸入，通常用來表征位移臺，也可以定義為輸入驅(qū)動和輸出運(yùn)動的比值，這個術(shù)語經(jīng)常和分辨率混淆。

3、精度Accuracy

對于一個給定的輸入，實(shí)際位置和理想位置之間的差距。運(yùn)動系統(tǒng)的精度跟實(shí)際位置的測量方式有很大的關(guān)系，所以對于開環(huán)設(shè)備中精度并不是一個很有意義的參數(shù)。

4、精度Absolute Accuracy

精度是指系統(tǒng)針對命令輸入或理想輸入的輸出，更直觀的說應(yīng)該叫不確定度。當(dāng)要求-個運(yùn)動系統(tǒng)運(yùn)動10mm，而實(shí)際上只運(yùn)動了9.999mm，則不確定度是0.001mm。位移臺的軸線和測量尺的軸的角度誤差會導(dǎo)致一個與角度呈余玄關(guān)系的單調(diào)遞增誤差，這就是常說的余玄誤差。

5、度Precision

精度是指對相同輸入，覆蓋95%運(yùn)動偏移的變化輸出位置的變動范圍。度也叫重復(fù)定位精度。精度和度是不同的概念。

6、重復(fù)定位精度 Repeatability

重復(fù)定位精度是指移動系統(tǒng)多次可到達(dá)一個既定點(diǎn)的能力。通常所說的重復(fù)定位精度指的是單向重復(fù)定位精度，單向重復(fù)定位精度是指運(yùn)動系統(tǒng)僅在一個方向上做重復(fù)增量運(yùn)動。這個參數(shù)避開了系統(tǒng)的空回和滯后。

7、線性度 Linearity

平臺的實(shí)際運(yùn)動位置偏離擬合直線相應(yīng)值的程度，通常用偏差與行程的百分比來表示。

8、諧振頻率 Resonant Frequency

引起運(yùn)動平臺發(fā)生諧振的一階固有頻率。

9、開環(huán)/閉環(huán)控制Open/Closed Loop Control

開環(huán)控制:控制器與平臺之間只有命令發(fā)出而沒有反饋的控制。

閉環(huán)控制:控制器與平臺之間有命令發(fā)出也有結(jié)果反饋的控制。

10、誤差Error

誤差是指實(shí)測的品質(zhì)參數(shù)和理想的/需要的結(jié)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(yùn)動方向的參數(shù)有關(guān);非軸向誤差，如傾斜，與約束的自由度方向相關(guān)。

11、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(dāng)旋臺旋轉(zhuǎn)時它的旋轉(zhuǎn)中心與平均位置的偏差。如果一個旋臺是同心的，那么在旋轉(zhuǎn)時就沒有偏心。對于旋臺，擺動是旋轉(zhuǎn)軸的角度偏差。

12、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(yùn)動和實(shí)測直線運(yùn)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。

13、傾斜和擺動 Tiltand Wobble

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

14、負(fù)載能力 Load Capacity

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

15、法向負(fù)載能力 Normal Load Capacity

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

16、橫向負(fù)載能力 Transverse Load Capacity

橫向負(fù)載能力也叫側(cè)面負(fù)載能力，是作用于垂直運(yùn)動方向軸線且沿著工作臺面的的負(fù)載力，通常受限于軸承的負(fù)載力，并且由于兒乎沒有軸承承載，因而比法向負(fù)載力能力要小。

17、軸向負(fù)載能力Axial Load Capacity

傳動方向上的負(fù)載，對于豎直安裝的線性位移臺，標(biāo)稱的垂直載重能力經(jīng)常由軸向負(fù)載能力所限制。更多時候軸向負(fù)載能力取決于電機(jī)和螺桿的負(fù)載能力。

18、速度 Velocity (Speed)

速度是指單位時間內(nèi)位移的改變量。速度是指位移臺正常負(fù)載情況下的速度。負(fù)載越輕速度越快。最小穩(wěn)定速度主要依賴于運(yùn)動系統(tǒng)驅(qū)動設(shè)備的速度穩(wěn)定性。

19、加速度 Acceleration

加速度是指單位時間內(nèi)速度的變化量。

20、慣量Inertia

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