机器的机械分辨率

文章摘要：机器的机械分辨率是机器的固有特性，是衡量贴片机各个运动轴工作精密程度的参数，是实现机器精度的基础，是机械位移的最小当量以及机械之间的公差配合。影响机器精度的机械因素有机器工作台安装平面的加工精度、工作台驱动电动机和驱动丝杠的分辨率、编码器的分辨率、各轴轴向移动的滑轨精度，以及丝杠的扭力变形等。由于因影响机器精度的因素较多，它们的机械分辨率各不相同，故机器的机械分辨率一般不出现在机器的技术规格中。①机器工作台的安装平面（如图1所示）一股都是通过对由整体焊接的机器底座框架平面上的钢板经过机加工中心的铣削而制成的，铣削的精度将决定平台的平整度。机加工中心在铣削时还要在预定的位置打定位孔和螺纹孔，安装

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　　机器的机械分辨率是机器的固有特性，是衡量贴片机各个运动轴工作精密程度的参数，是实现机器精度的基础，是机械位移的最小当量以及机械之间的公差配合。影响机器精度的机械因素有机器工作台安装平面的加工精度、工作台驱动电动机和驱动丝杠的分辨率、编码器的分辨率、各轴轴向移动的滑轨精度，以及丝杠的扭力变形等。由于因影响机器精度的因素较多，它们的机械分辨率各不相同，故机器的机械分辨率一般不出现在机器的技术规格中。

　　①机器工作台的安装平面（如图1所示）一股都是通过对由整体焊接的机器底座框架平面上的钢板经过机加工中心的铣削而制成的，铣削的精度将决定平台的平整度。机加工中心在铣削时还要在预定的位置打定位孔和螺纹孔，安装固定工作台的滑轨、驱动轴、电动机和编码器等。平台的平整度及定位孔和螺纹孔的精度都会影响到滑轨的平行度和编码器的精度。现在较高档设备的平整度和定位精度都可以达到微米级以上。

　　②编码器的分辨率是影响机器精度的主要因素。常见的编码器有旋转编码器和线性编器两种。旋转编码器一般装在机器运动轴或驱动电动机的后面，通过丝杠的转动来反馈台面移动的距离，或者直接反馈角度的旋转。旋转编码器的分辨率也叫编码器的解析度，现在旋转编码器的分辨率可以做到每圈36 000线，即0.01度的分辨率。线性编码器也叫光栅尺，可以直接反馈工作台运动的实际位置，不受传动机构扭力变形和滚轴丝杠磨损等影响。贴片机线性编码器的精度可以达到1 μm甚至更高。

　　图1 机器工作平台

　　③工作台的驱动和控制系统也是影响精度的重要因素，对于工作台的X和Y两个移动轴，较常见的驱动控制方式有3种，下面分别介绍。

　　a.伺服电动机驱动丝杠带动工作台X和Y移动，与和电动机同轴或与丝杠同轴的编码器进行位置反馈（如图2所示）。这种控制方式属于半闭环控制，它的精度主要取决于编码器的分辨率和丝杠的精度。这种控制方式的好处是控制系统和机械结构较为简单，成本较低，稳定性较好。但它的缺陷是编码器所测量的不是工作台的实际位置，而是电动机或丝杠的转动角度，再经过推算得出工作台位移值。这种方法只能间接地推算出工作台的位移，不能补偿传动环节中机械的误差和磨损，如皮带传动的误差、丝杠的扭力变形，以及丝杠与滚珠之间的螺距误差、间隙与磨损等。

　　图2 伺服电动机丝杠驱动——半闭环控制

　　b．伺服电动机驱动丝杠带动工作台X、Y移动，与电动机同轴的测速单元进行速度反馈，位置检测光栅尺装在工作台平面上，移动部分上装有读／写头读取工作台移动的实际位置并进行反馈（如图3所示）。这种控制方式也叫全闭环控制，它的好处是可以消除机械传动上存在的间隙，补偿机械传动件的制造误差，获得较高的定位精度。但它的缺陷是结构较为复杂，在运转中，丝杠轴的温度上升会使丝杠因热伸长，降低定位精度。

　　图3 伺服电动机丝杠驱动——全闭环控制

　　c．线性电动机直接驱动，位置检测光栅尺进行位置反馈（如图4所示）。这种控制方式也是全闭环控制，它的好处与全闭环伺服电动机驱动相比是采用直接驱动，取消了从电动机到工作台之间的机械中间传动环节，无磨损，响应高速，驱动定位系统较为简单，控制精度高。

　　图4 线性电动机直接驱动——全闭环控制

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