حلقة مغلقة -وحدة الحركة الخطية

وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة-هي عبارة عن نظام دفع خطي عالي الدقة-يدمج أجهزة التعليق على الموضع، وهو ما يمثل أعلى المعايير في مجال التحكم الدقيق في الحركة. وعلى عكس أنظمة الحلقات-المفتوحة التقليدية، فإنها تشكل حلقة تحكم كاملة من خلال المراقبة والمقارنة والتصحيح في الوقت الفعلي-، مما يضمن دقة تحديد المواقع وتكرارها وموثوقيتها بشكل لا مثيل له تحت أي ظروف عمل. تعد وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة- الحل الأمثل لتلبية المتطلبات الصعبة للتصنيع-المتطور.

​

تستخدم وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة عادةً المحركات كمصادر للطاقة، بما في ذلك عادةً المحركات السائر والمحركات المؤازرة. يؤدي تشغيل المحرك إلى توليد حركة دورانية، والتي يتم تحويلها إلى حركة خطية من خلال آليات النقل مثل البراغي والأحزمة المتزامنة، مما يؤدي إلى تحريك شريط التمرير الموجود على الوحدة لإجراء إزاحة خطية على طول حاجز التوجيه. على عكس أنظمة الحلقة-الحلقية المفتوحة، يتم تجهيز وحدات الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة- بأجهزة استشعار للموضع مثل المساطر الشبكية وأجهزة التشفير وما إلى ذلك. ويراقب المستشعر الموضع الفعلي لشريط التمرير في الوقت الفعلي ويرسل معلومات الموضع إلى وحدة التحكم. تقوم وحدة التحكم بمقارنة الموضع المستهدف بالموضع الفعلي. إذا كان هناك انحراف، فستقوم وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة - بضبط إشارة الإدخال للمحرك لتصحيح حركة شريط التمرير وضمان تحديد موضعه بدقة.

على أساس الوحدات الخطية التقليدية (بما في ذلك المحركات، والمسامير/الأحزمة، والقضبان، وما إلى ذلك)، أضافت وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة-نظام ردود فعل في الوقت الحقيقي-في جوهرها، والذي يتكون عادةً من جهاز تشفير عالي الدقة- (مسطرة شبكية أو جهاز تشفير دوار) ووحدة تحكم الحركة المقابلة. يشكل سير العمل حلقة مغلقة: ترسل وحدة التحكم تعليمات لقيادة المحرك ← تبدأ الوحدة في التحرك ← يقرأ المشفر إشارة الموضع الفعلي في الوقت الفعلي ويغذيها مرة أخرى إلى وحدة التحكم ← تقارن وحدة التحكم الموضع الفعلي بالموضع المستهدف ← تحسب الخطأ وتصدر على الفور تعليمات تصحيح ← تدفع المحرك لإزالة الخطأ. تستمر دورة "إعادة إدراك تنفيذ قرار الإدراك" بشكل مستمر، وبالتالي يتم التعويض تلقائيًا عن أي انحراف ناتج عن عوامل مثل الاستطالة الحرارية، ورد الفعل العكسي، وتغيرات الحمل، والاهتزاز، وما إلى ذلك.

المواصفات الأساسية لوحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة-:

مرحبًا بك لمشاهدة المزيد من المشاريع أو زيارة معرض الفيديو الخاص بنا على YouTube: https://www.youtube.com/@tallmanrobotics

وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة- عبارة عن جهاز يمكنه التحكم في الحركة الخطية-بدقة عالية ويستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الأتمتة الصناعية والبحث العلمي والرعاية الطبية. تكمن تقنيتها الأساسية في نظام التحكم في الحلقة المغلقة- الذي يمكنه تحقيق أهداف الحركة المتوقعة بدقة. تعد وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة- خيارًا لا مفر منه لتحقيق الدقة والموثوقية والذكاء المطلق. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في آلات الطباعة الحجرية لأشباه الموصلات، ومعدات القياس الدقيقة، وروبوتات حقن الخلايا، وأدوات ماكينات CNC عالية الدقة-، وأي -مجالات تصنيع وأبحاث متطورة لا تسمح بأي أخطاء. تعد وحدة الحركة الخطية ذات الحلقة المغلقة- مكونًا بارزًا رئيسيًا للصناعة الحديثة للانتقال من "الأتمتة" إلى "الذكاء" و"الدقة".

تصنيع أشباه الموصلات: يستخدم لمعدات مثل آلات الطباعة الحجرية وآلات الحفر لتحقيق محاذاة عالية الدقة وتحديد موضع الرقائق، بالإضافة إلى التصنيع الدقيق والاختبار في عملية تصنيع الرقائق. ​

الطب الحيوي: في المعدات مثل المجاهر، وأجهزة التحكم في الخلايا، وأجهزة تسلسل الجينات، يتم استخدام التحكم الدقيق في مواضع العينة أو مكونات الأداة لمراقبة الخلايا ومعالجتها وتحليل الجينات. ​

الفضاء الجوي: في اختبار مكونات الأقمار الصناعية، وتجارب محاكاة الفضاء، وما إلى ذلك، التحكم الدقيق في موضع واتجاه المعدات التجريبية، ومحاكاة حالة الحركة في بيئة الفضاء.

كما نعلم جميعًا، يتم تحويل الحركة الخطية التقليدية في الغالب إلى حركة خطية من خلال آلية تحويل نقل معينة، ويتم تمرير روابط نقل مختلفة في المنتصف. لذلك، يجب أن تأخذ دقة تحديد موقع النظام في الاعتبار دقة حركة الدوران، ودقة آلية النقل، وخطأ التثبيت. وتآكل النظام والعوامل الأخرى التي تؤثر على دقة النظام. في الوقت الحاضر، تستخدم الحلول المحلية والدولية المتطورة-محركات خطية ذات دفع مباشر-، بينما تستخدم الحلول المتوسطة والمنخفضة-قضبان لولبية دقيقة للطحن-، وأحزمة تشوه مرنة منخفضة، وحوامل عالية الدقة-، وما إلى ذلك لتقليل الدقة التي توفرها وصلات نقل النظام. خسارة.

-تتميز المحركات الخطية ذات الدفع المباشر المتطورة بسرعة عالية، وتسارع عالي، ودقة عالية في تحديد المواقع، وعدم وجود رد فعل عنيف، ولا يمكن للحركة الخطية التقليدية الأخرى من نوع النقل أن تحقق أداءً عاليًا، ولكن لأن التكنولوجيا الأساسية لنظام المحرك الخطي يتم إتقانها والتحكم فيها بشكل أساسي من قبل الدول المتقدمة الأجنبية. على الرغم من أن العديد من الشركات المحلية قد بدأت أيضًا في تصنيع المحركات الخطية، إلا أن معظمها يصنع أجسام المحركات فقط، ولا تزال أجهزة استشعار الإزاحة وأجهزة التحكم المؤازرة بحاجة إلى الاعتماد على الواردات. لذلك، لا يزال السعر الإجمالي لنظام المحرك الخطي مرتفعًا، مما يجعله منتجًا نهائيًا عالي الجودة-يجرؤ على طرحه ولكن لا يجرؤ على استخدامه. إلى جانب التحكم الاستراتيجي الوطني الحالي للأرض النادرة، فقد جسم المحرك الخطي تدريجيًا ميزته السعرية. سعر النظام بأكمله يرتفع تدريجيا. بسبب السعر المرتفع على وجه التحديد، يجب استيراد العديد من المكونات الأساسية، بحيث يكون لاستهلاك السوق بأكمله فجوة كبيرة مع منتجات المؤازرة التقليدية، والوضع العام ضعيف.

من أجل حل مشكلة الترويج على نطاق واسع لأنظمة المحركات الخطية بشكل أساسي، يجب أن نبدأ من ثلاثة جوانب: الأول هو تصميم محركات خطية توفر المواد الأرضية النادرة، الأمر الذي يتطلب من مصنعي المحركات الخطية أن يكون لديهم أدوات تصميم متقدمة وأفكار تصميم مبتكرة، بشكل أعمى، لا يمكن للنسخ والنسخ من الشركات الأجنبية إلا أن يحدث فرقًا في تكلفة العمالة على الأكثر؛ والثاني هو توطين أجهزة استشعار الإزاحة عالية الأداء-. فقط من خلال إتقان التكنولوجيا الأساسية يمكننا كسر احتكار المصنعين الدوليين وتصميم منتجات فعالة من حيث التكلفة-والتي تلبي الظروف الوطنية لبلدي؛ والثالث هو توطين وحدة التحكم المؤازرة. في الواقع، هناك العديد من الشركات المصنعة للعاكس في الصين. من السهل نسبيًا التبديل من تحويل التردد إلى المؤازرة. إن الأمر مجرد أن خوارزمية البرنامج هي المفتاح لقياس أداء وحدة التحكم المؤازرة بأكملها. فيما يتعلق بالأجهزة، الجميع متماثلون تقريبًا. ولذلك، فإن البحث الأساسي-والاستيعاب المتعمق للخوارزمية هو أول مشكلة يجب حلها لوحدة التحكم المؤازرة المحلية.

تستخدم معظم الأطراف المتوسطة والمنخفضة-والمنخفضة-طرق النقل لتحقيق تحويل التدوير إلى الحركة الحالية. تتمثل الطريقة التقليدية في التفكير في إضافة جهاز تشفير إلى الطرف الخلفي لمحرك سيرفو دوار، ثم استخدام طرق مختلفة لتقليل فقدان الدقة في رابط النقل. لذلك، تم تقديم العديد من البراغي الدقيقة والأحزمة الدقيقة والرفوف الدقيقة وغيرها من آليات النقل عالية الدقة - لتلبية احتياجات المعدات. والغرض من ذلك هو السماح للنظام بأكمله بتحقيق دقة النظام التي يمكن التنبؤ بها. ومع ذلك، في الواقع، فإن نظام النقل ذو الحلقة شبه المغلقة-المغلق- يتزايد باستمرار بسبب تآكل ناقل الحركة أثناء الاستخدام، وارتخاء تجميع النظام، والإجهاد والتشوه ومصادر الأخطاء الأخرى، ولا يمكن للدقة المعلنة للنظام أن تلبي المتطلبات المتوقعة على الإطلاق. استخدام خفض المستوى. والسبب هو أن النظام عبارة عن حلقة شبه مغلقة- فقط، ولا يمكن تقريب الوضع الفعلي لحركة الحمل النهائية إلا من خلال دقة آلية النقل. بالإضافة إلى ذلك،-من الصعب معالجة القضبان اللولبية، والرفوف، والأحزمة، وما إلى ذلك، كما أنها مكلفة. على سبيل المثال، تتمتع البراغي ذات المستوى الميكروني- الخاصة بـ THK وIKO بآلاف الحركات، ويلزم التحكم الاستراتيجي. للتخلص تمامًا من هذه المعضلة، الطريقة الوحيدة للنظر بشكل شامل إلى النظام من منظور جديد، مثل كيفية تحقيق حلقة مغلقة كاملة للنظام، بحيث لا يمكن التنبؤ بمستوى خطأ النظام فحسب، بل يمكن قياسه بدقة. والآخر هو كيفية ترقية النظام التقليدي بتكلفة أقل، دون إجراء تغييرات كبيرة على النظام الأصلي، وذلك من خلال إضافة مكونات محدودة لتحقيق الدقة العالية لنظام النقل التقليدي.

نعلم جميعًا أن تحويل العرض الرقمي لأداة الآلة يهدف إلى تحقيق عرض حلقة مغلقة للإزاحة فقط عن طريق إضافة شاشة عرض رقمية شبكية، مما يؤدي إلى تحسين أداء أداة الآلة اليدوية التقليدية بشكل كبير. لم تعد دقة المعالجة مجرد توقع، بل أصبحت أيضًا قياسًا دقيقًا. يتشابه حل الحلقة المغلقة الكاملة للمحرك الخطي للشركة مع هذا، فهناك حلول العرض الرقمي للحلقة المغلقة الكاملة المنخفضة-، وحلول التحكم العددي ذات الحلقة المغلقة الكاملة المتوسطة-إلى-المرتفعة. ويستفيد هذا من إتقاننا للتكنولوجيا الأساسية للتشفير الخطي-والأبحاث المتعمقة حول خوارزميات التحكم في تعويض النظام.

إن هذا الحل ذو الدقة العالية-الحلقة المغلقة بالكامل-لا يعد مناسبًا فقط لترقية أداء أنظمة المؤازرة التقليدية، ولكنه مناسب أيضًا لترقيات أداء أنظمة الشرائح ذات الحلقة المتدرجة المفتوحة-التقليدية. إنه يملأ الأرضية الوسطى بين نظام المحرك المؤازر التقليدي ونظام المحرك السائر ذو الحلقة المفتوحة -. إنه حل منخفض التكلفة-وفعال من حيث التكلفة-وفريد ​​من نوعه للتحكم في أجهزة التحكم. يرث نظام التدرج لهذا الحل جميع مزايا نظام التدرج التقليدي (على سبيل المثال: قوة قفل ثابتة، وأداء جيد للسرعة المنخفضة-، وعزم دوران مرتفع (بالنسبة إلى المحرك المؤازر من نفس الطراز الأساسي)، وعدم تأخير الاستجابة لوقت حلقة الموضع، ورخيص، والصيانة-مجانية)، وله بعض مزايا نظام المؤازرة (على سبيل المثال: السلامة الجيدة، وعدم فقدان الخطوة والتجاوز، والتواصل مع الكمبيوتر المضيف، وتسريع أو تباطؤ أسرع، و دقة تحديد المواقع عالية). بالإضافة إلى الأداء عالي السرعة- وأداء التحميل الزائد، فإن محرك السائر لهذا الحل لا يمكن مقارنته بمحرك سيرفو التقليدي، وأدائه في جوانب أخرى يمكن مقارنته تمامًا بمحرك سيرفو، وحتى بعض الأداء أفضل من محرك سيرفو (على سبيل المثال: قوة القفل الثابتة، مع مسطرة شبكية عادية يمكنها الحصول على دقة تحديد موضع أعلى وأكثر موثوقية، وثبات-سرعة منخفضة وعزم دوران مرتفع-سرعات منخفضة دون الحاجة إلى تروس المخفض...). نظرًا لأن هذا الحل فعال من حيث التكلفة-، فإنه سيوفر المزيد من الخيارات لتصميم الأتمتة الصناعية والمستخدمين، وخاصة صناعة أدوات ماكينات CNC الاقتصادية.

هذا الحل بسيط من حيث المبدأ وسهل التصحيح. يمكن لأي شخص إعداده بشكل جيد من خلال الدليل. لا يتطلب تقنية تصحيح الأخطاء الاحترافية. لا يختلف التحكم والاستخدام عن نظام محرك السائر ذو الحلقة المفتوحة- التقليدي. يمكن ترقية أي نظام محرك متدرج موجود وفقًا لهذا الحل. بعد استخدامه على نطاق واسع من قبل العملاء، يمكن أن يتكيف بشكل كامل مع أدوات ماكينات CNC ذات المحاور الثلاثة-أو متعددة-المحاور.

يمكن أن يعمل هذا الحل مع الشبكات بدقة تصل إلى 0.001 مم. لقد تم تصميمه بالكامل للربط متعدد المحاور-، والاستجابة لخطأ الموضع هي ميكروثانية، والدقة الثابتة زائد أو ناقص نبضة واحدة للشبكة، والدقة الديناميكية هي 2-3 نبضات زائد أو ناقص للشبكة. في الاختبار الفعلي لآلة قطع الأسلاك بالسلك الأوسط، يمكن أن يصل المربع إلى دقة 0.003 مم، ويمكن أن تصل الدائرة إلى دقة 0.005 مم. بالنسبة للآلة التي تستخدم هذا الحل، سواء كانت تستخدم برغي من الدرجة C7 أو برغي من الدرجة C3، فإن دقة المعالجة النهائية لا تختلف كثيرًا، ولكن فرق السعر بين المسمار من الدرجة C7 وC3 كبير، وهو اقتصادي للغاية.