双驱双反架构一般出现在高性能龙门当中,比双驱单反多了一条反馈栅尺。有了双反馈就可以通过控制算法把龙门轴和偏摆轴进行解耦控制,而不是把单电机作为一个轴来控制。
把两个栅尺的均值或某个加权值作为龙门轴的反馈,把偏摆角度作为偏摆轴的反馈,两个轴独立进行控制。这种反馈方式相当于其测量点位于偏摆中心附近,其模态振型分量几乎为0,能够极大的提高动态性能。
龙门轴频率响应函数
偏摆轴频率响应函数
刚性连接设计中重要考虑因素
01
两端刚性固定,横梁长度是固定/被完全限制
环境温度变化时,横梁热胀冷缩。
安装在横梁上的移动轴通过横梁散发运动产生热量。随着横梁长度的变化(越长越显著),龙门轴上的摩擦力增加,横梁可能产生弯曲和扭转。
02
两个直线导轨的机械调整
导轨的安装精度:导轨在安装时不可避免会存在细微的误差,若两个导轨不平行,会导致它们在行程中摩擦不均匀,影响伺服性能,并且需要比需求计算更高的电机驱动力。
导轨的安装误差会随着龙门的增大而增大,因此如果龙门很大,为达到所需精度,其基本结构会非常昂贵,甚至无法达到。
解决方案
大多刚性安装轴承仍有一些较小的柔性度,在所需方向上允许一些偏差。但其性能最终还是取决于加工精度、轴承间隙、龙门尺寸等。
03
双编码器时的刚性连接
使用两个编码器,可以提供偏摆误差(两个电机的位置区别)到控制器。
编码器尺带的安装精度:同直线导轨一样,编码器尺带在安装时会存在误差;同时,尺带本身也存在一定的误差,导致和轴承偏差类似的效果。
此时,控制器将尝试控制两个电机到命令位置,如果尺带误差和横梁长度完全约束,为了减小各自的位置错误,控制器将输出非常高的电流到电机,以至于伸展、弯曲或扭曲横梁。两个电机将彼此“打架”,导致设备不稳定和较高的电机持续力。
解决方案
通常,我们会用一个控制器进行误差补偿,来匹配另一编码器的读数。这种情况下,横梁会使龙门轴自然“放松”适应(龙门轴电机之间没有打架现象),但这并不意味着偏摆误差为零。
事实上,在刚性龙门结构上是不可能实现零偏摆误差,除非机械安装(平行度、直线度、平面度等)是完美的。
04
柔性连接
允许一侧在偏摆方向有一定的自由度;另一侧,在横梁方向和偏摆旋转上允许自由平移。柔性连接需要两个驱动器,这些控制组件会更昂贵,但能够用软件控制来弥补机械方面的不足。
如何选择合适的龙门结构
龙门架构的选择通常需要综合考虑性能需求、制造成本以及技术难度等因素。
当追求低成本、适中性能时,可选择单驱单反架构龙门,比如某些3D打印机;
当追求高性能时应当选择双驱单反甚至双驱双反架构,比如半导体行业相关的设备。
Akribis龙门平台
VRG-II 龙门平台
Akribis多轴精密平台-VRG系列是多功能的龙门平台,反馈采用非接触式的光学编码器,拥有高峰值推力与持续推力,响应时间快,可以应用在高速取放,自动化组装,点胶等高精度行业。