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位移臺選型迷茫?來看全方位解析

2024-08-13

運(yùn)動控制部件,例如位移臺,通過機(jī)械傳動和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物體的精確定位。位移臺是一種用于精密定位的機(jī)械裝置,常用于科研、實(shí)驗室和工業(yè)中的精密測量、對準(zhǔn)和定位,比如在光學(xué)系統(tǒng)中調(diào)整鏡頭、光學(xué)元件的位置,以實(shí)現(xiàn)光束的精確對準(zhǔn)。

手動線性位移臺主要包括主體部分(底板和臺面)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)(測微頭)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(導(dǎo)軌)、復(fù)位機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)等。   

   

圖1 手動線性位移臺結(jié)構(gòu)示意圖
圖1 手動線性位移臺結(jié)構(gòu)示意圖

 


位移臺自由度

位移臺通常具有六個自由度:沿 x、y 和 z 軸的三個線性自由度和三個繞這些軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)自由度(\( \theta_x \) 、\( \theta_y \) 、\( \theta_z \) )。這些自由度賦予了位移臺在空間中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動的能力,以滿足各種精密定位的需求。然而,在實(shí)際操作中,為了確保位移臺能夠沿著理想的軌跡運(yùn)動,必須對某些自由度進(jìn)行適當(dāng)?shù)南拗坪涂刂?。如果未對某個自由度進(jìn)行約束,該方向上的任何微小運(yùn)動都可能導(dǎo)致位移臺偏離預(yù)定的軌跡或位置,進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。   

圖2 右手坐標(biāo)系
圖2 右手坐標(biāo)系

考慮一個置于XY平面內(nèi)的X軸線性位移臺,理想狀態(tài)下位移臺會只沿X方向進(jìn)行直線運(yùn)動,在其他方向上并不產(chǎn)生位移。然而,現(xiàn)實(shí)中的位移臺由于受限于制造精度、結(jié)構(gòu)、負(fù)載等因素,常會在運(yùn)動過程中產(chǎn)生不可避免的偏移。

位移臺運(yùn)動過程中發(fā)生的線性偏移,在Y軸方向(水平面)體現(xiàn)的線性偏差稱為直線度,在Z軸方向(垂直面)體現(xiàn)的線性偏差稱為平面度。
位移臺運(yùn)動過程中發(fā)生的角度偏移有三個正交分量,通常被定義為俯仰(上下擺動,\( \theta_y \)方向)、偏擺(左右搖動,\( \theta_z \)方向)和翻轉(zhuǎn)(軸向旋轉(zhuǎn),\( \theta_x \)方向)。

對于多軸位移臺,由于其X、Y、Z軸無法達(dá)到嚴(yán)格正交,也就是說,這些軸之間的角度并不總是90°,可以通過XY正交度和Z軸運(yùn)動垂直度來描述這種偏差。正交度和垂直度是評估多軸位移臺整體精度的重要參數(shù),它們影響著位移臺在多軸聯(lián)動操作中的精度。

晶萃光學(xué)JCOPTIX除了提供能在X、Y、Z軸進(jìn)行線性運(yùn)動的單軸或多軸線性位移臺外,還提供可用于翻轉(zhuǎn)、俯仰、偏擺調(diào)節(jié)的角度位移臺、旋轉(zhuǎn)位移臺和俯仰偏轉(zhuǎn)位移臺等??梢酝ㄟ^這些裝置的組合使位移臺在滿足線性定位需求的同時,也能夠進(jìn)行復(fù)雜的角度調(diào)整,以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用場景。

考慮一個繞Z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)位移臺,旋轉(zhuǎn)過程中平臺表面沿Z軸方向的偏差,稱為端面跳動量。平臺旋轉(zhuǎn)一圈時旋轉(zhuǎn)中心與其平均位置的徑向偏差,稱為圓周跳動量(徑向跳動)。這些跳動量是衡量旋轉(zhuǎn)過程中平臺穩(wěn)定性和精度的關(guān)鍵參數(shù),對于需要高精度旋轉(zhuǎn)定位的應(yīng)用尤為重要。

事實(shí)上,由于位移臺并非只是在單一自由度上進(jìn)行運(yùn)動,對于一個多軸系統(tǒng),可能會出現(xiàn)交叉耦合,這意味著一個軸的變化可能會引起另一個軸不必要的變化。例如,當(dāng)一個軸沿其自由度移動時,由于系統(tǒng)內(nèi)部的耦合效應(yīng),其他軸可能會出現(xiàn)微小的偏移或旋轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象對位移臺的設(shè)計和制造提出了更高的要求,必須通過更精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計和更精密的控制系統(tǒng)來盡量減少這種交叉耦合帶來的影響。

晶萃光學(xué)JCOPTIX提供適用不同場景的多軸位移臺,如可同時進(jìn)行線性和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的13 mm行程XY軸位移旋轉(zhuǎn)臺,可用于光纖、光纖陣列和光波導(dǎo)等單芯或多芯器件的對準(zhǔn)耦合的光纖耦合五軸位移臺,光纖耦合六軸位移臺等。

位移臺性能指標(biāo)

除了上述參數(shù)外,還可以通過一系列參數(shù)來評判位移臺的性能,比如精度、穩(wěn)定性和負(fù)載能力等也是衡量位移臺性能的重要指標(biāo)。

分辨率:位移臺能分辨的最小運(yùn)動增量。

最小位移增量:位移臺能穩(wěn)定可靠地提供的最小運(yùn)動增量。注意:它與分辨率兩者并不相同。由于各種因素的影響,系統(tǒng)可能無法始終實(shí)現(xiàn)與分辨率相等的增量移動,使得最小位移增量一般大于理論上的分辨率,有時最小位移增量又稱為“實(shí)際分辨率”。

定位精度:系統(tǒng)在到達(dá)指定位置時,實(shí)際位置與該指定位置之間的偏差。定位精度直接影響到位移臺在精密操作中的可靠性和準(zhǔn)確性,是選擇位移臺時十分重要的參數(shù)之一。

重復(fù)定位精度:系統(tǒng)到達(dá)同一指定位置時,多次實(shí)際位置與指定位置之間的偏差。該精度可以是單向的(即每次都從同一方向接近目標(biāo)位置)或雙向的(從任一方向接近目標(biāo)位置)。重復(fù)定位精度一般用于電動位移臺的表征,高重復(fù)定位精度的位移臺對于需要多次重復(fù)定位的操作非常重要,如自動化裝配和高精度加工等。

位置穩(wěn)定性:位移臺在到達(dá)指定位置后,由于振動、溫度變化或其他外界因素的影響,其位置可能會發(fā)生偏移。位置穩(wěn)定性是衡量位移臺在長時間工作中能否保持精確定位的關(guān)鍵指標(biāo),特別是在高精度光學(xué)實(shí)驗或加工中,穩(wěn)定性至關(guān)重要。

負(fù)載:負(fù)載能力是指在滿足位移臺性能規(guī)范的前提下,能夠在指定方向上施加給位移臺的最大允許力。對于不同的應(yīng)用場景,負(fù)載能力的要求可能會有很大差異。

反向間隙:也稱為背隙,是驅(qū)動系統(tǒng)中相互作用的機(jī)械部件之間相對運(yùn)動所導(dǎo)致的結(jié)果。這種間隙通常是由齒輪間隙等機(jī)械因素引起的,直接影響位移臺的運(yùn)動精度。

回程差:由于背隙等因素的影響,當(dāng)系統(tǒng)從反方向接近指定位置時,目標(biāo)位置與實(shí)際位置之間的偏差稱為回程差。

位移臺選型

晶萃光學(xué)JCOPTIX提供多種材質(zhì)(鋁合金和不銹鋼)、多種行程(6.5 mm、13 mm、25 mm和50 mm)、多種臺面尺寸(30 mm × 30 mm、65 mm × 65 mm)的單軸和各種預(yù)組裝的雙軸、三軸等多軸手動位移臺,位移臺具有不同的導(dǎo)軌和驅(qū)動方式,多種構(gòu)型可滿足您不同的使用需求。

晶萃光學(xué)JCOPTIX還提供多款電動位移臺,具有更好的精度和可操控性。晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的高精度直線電機(jī)線性位移臺和高精度直驅(qū)旋轉(zhuǎn)臺采用電磁直接驅(qū)動,省去了動力傳動系統(tǒng)中復(fù)雜繁瑣的機(jī)械部件,將驅(qū)動力無摩擦地直接傳遞到平臺上,配合晶萃高精度伺服電機(jī)控制器,既可以實(shí)現(xiàn)高速度和高加速度,也可以消除回程差,保持長期高精度。此外,晶萃光學(xué)JCOPTIX還提供納米級分辨率、能自動鎖定的壓電線性位移臺,非常適合高精度和長期對準(zhǔn)穩(wěn)定性的運(yùn)動與鎖定應(yīng)用場景。

同時,晶萃光學(xué)JCOPTIX還提供豐富的配件可供不同系列位移臺搭配使用(需單獨(dú)選配)??蛻艨筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用場景選用合適的位移臺。