如同第一章所述，誤差型態可分為「隨機誤差」與「系統誤差」兩大類。
前者係由隨機性和不可預知之因素造成，無法百分之百消除，但通常可藉量測 之次數來降低其誤差值；後者係由一些已確知之因素所造成，也是無法百分之 百消除，但也可經由修正手段來降低其誤差值。而機械誤差的產生對於整個定 位準確度的影響也甚鉅，此處將針對線性伺服機構的機件誤差的可能性予以說 明後，再針對整個實驗結果分析其影響因素。
5-1 個別機件誤差
線性驅動平台的機件基本組成為滾珠導螺桿及滑動組件線性滑軌，構成定 位精度誤差之因素可歸納下列幾項：導螺桿導程精度誤差、軸向間隙、螺桿進 給系統之軸向剛性，及非線性行為之熱變形、導向系統引起的姿勢變化等，以 下綜合導螺桿及線性滑軌在製造時及組裝後，可能構成平台運行中產生的誤差 影響因素分別加以探討，藉由了解此些行為將有助於設備之誤差源探討及作為 機構設計之參考。
（1）導螺桿導程精度：
隨著不同的使用場合及精度要求而會有各種不同的等級，然而螺桿在製造 時每個精度等級的導螺桿都會存在有導程誤差，一般以累積導程誤差稱之，其 誤差行為有趨向於線性累積的變化。
（2）軸向間隙
軸向間隙對同一方向進給的精度不構成影響，但對反方向運行或負荷方向
相反時，則會出現餘隙而造成反轉誤差現象（如圖 5-1），一般的克服方式為製 造時即先行預壓處理。
指令位置 實際移動位置
圖 5-1 軸向間隙產生的位置誤差變化
（3）軸向剛性
軸向剛性會因導螺桿的安裝方式及軸向負荷的不同而有所變化。以安裝方 式而言，螺桿兩端可藉由固定時及螺帽組裝時經適當的預壓，而得較佳的軸向 剛性；而軸向負荷的變化，垂直軸向負荷（如圖 5.2）會造成很大的定位誤差，
同時對機件會造成加速磨損及破壞，因此以此種方式設計時需慎選機件如線性 滑軌及導螺桿兩固定端軸承的剛性，並考慮適當的配重平衡，以降低線性滑軌 及導螺桿的軸向負荷。
（4）熱變化誤差
因熱引起的變化，一般為溫度每上升 1℃，1m 長的螺桿會伸長 12μm，因
此若設備為長行程且運行的頻率甚高時，就必須特別注意此項誤差源並對之有 適當的補償措施。
（5）運行中的姿勢變化
運行中最易造成定位精度影響的是螺桿中心位置在不同高度及方向時產生 的俯仰角及偏轉角誤差的變化，此項如第二章對單軸平台做平移時的運動誤差 形式的探討。
圖 5-2 垂直軸向負荷
5-2 實驗結果分析
經由實驗的結果，將各項誤差整理如下：
1. 針對定位精度與重複定位精度的實驗結果，我們可以用圖 5-3 的方式來觀 察。圖示的兩種狀況，圖（a）為實際值的落點分佈區域都落在目標點外，
圖（b）則目標值在實際值分佈區域內。對於（a）的現象，其發生的可能原 因為編碼器讀出伺服馬達的迴轉量，而光學尺則讀出負載處的移動量，如果 馬達或滾珠導螺桿的安裝與線性滑軌的安裝有偏差，或安裝面剛性不足時就 很容易有不足或超越的現象。因此改善的方式除了針對機件的檢核校正外，
也可在軟體內加入誤差補償量，使之進入（b）的狀況，此時由於控制器的 控制解析度為±0.01 mm，因此如果平均誤差值在±0.01 mm 區間內或附近 時，若還要達到更高的定位精度，則必須提昇控制器的控制解析度。
實際值分布區域 目標點
實際值分布區域
目標點
（a） （b）
圖 5-3 定位精度與重覆精度誤差分布示意圖
2. 在對機械原點復歸的動作上，我們也發現對原點的重複定位精度誤差也接近
於光學尺的零點訊號是擷取自機械臂的原點復歸動作完成訊號，因此在整個 的實驗過程，除了於程式介面啟動時會執行一次復歸動作外，我們不另執行 以減少造成每次的實驗數據過於波動。
3. 所謂過衝是一種超越現象，在定位時軸向會衝出目標行程，但會再修正回原 來目標值。過衝現象與失位的發生原因，同樣是由於連軸器或導螺桿與螺帽 間所存在之背隙而產生。我們也曾因為懷疑控制器在負載慣性等參數的設定 有不正確或速度、加速度的回授增益上有不足，而在補償改善過程中試著變 更此二參數，然而其結果未改善。在整個實驗過程，我們也相信如果在速度 的訊號回饋與偵測上能夠加以控制，則在整個誤差的補償改善上絕對可以更 好。
4. 摩擦產生的頓動（Stick）現象也在實驗中發生，尤其在低速驅動時（速度 約 25m/min）此現象很明顯感覺到，頓動現象通常是由傳動及導引機構於低 速時無法克服接觸面的摩擦係數所造成。在實驗中此現象與較高驅動速度相 比較，定位誤差並無很明顯的差異，但對於機械的結構而言，此種現象在機 械臂運行一段時間後即可能會產生元件的磨損或機構的震動，同時也會有其 特有的誤差形式產生，此情況在設備的維護為不忽視的現象。
第六章 結論與討論
6-1 結論
本論文研究之目的在於對線性運動伺服機構之定位準確度，以加裝光學尺 的方式探討其誤差型態，並藉由機構硬體改善與軟體的配合來改善定位誤差。
在實驗當中保留使用原設備之控制器以期望能配合於工業上的實際應用，如自 動化設備之設計、維修等，藉由觀察線性伺服驅動系統的定位誤差特性，作為 應用上的參考，以提昇精密等級，助於產能的提昇。
本實驗在光學尺架設與校正正確的情況下，同時也經由玻璃標準尺配合 CCD 的驗證，其位置偵測沒有量測不確定性因素存在，因此經由前面章節的理 論描述與反覆實驗驗證，對於量測與誤差補償結果可以得到以下結論：
1. 本論文以加裝光學尺的方式來達到對機械臂的定位座標點量測的目的，當中 不可忽略的特性如平行度偏差、主尺－副尺間相對位置關係、中間固定點支 撐的必要性等，在在都影響量測的準確性。
2. 在對各測定點以不同速度實驗的情況下發現，較低速度（25m/min）時驅動 軸會有抖動與共振的情況發生，然而在比較高低速度下的實驗結果發現，速 度對定位精度誤差並無絕對關係。探討此情況的發生緣由，主要是線性滑動 面的摩擦特性所造成，由此處可印證當線性滑動面在精密度保持良好的程度 下，摩擦特性對定位誤差的影響是可以忽略的。
3. 由實驗中發現，兩軸都存在有定位點飄移與過衝的行為，雖然這對定位準確 度造成的影響較輕微，然而此種誤差行為在對高響應設備如視覺檢測設備、
銲線機、表面粘著設備等則會造成一定程度的影響，由實驗中得知，在到達 設定目標點後等待 0.15 秒再進行所要的工作，方能排除因過衝造成的誤差 影響；因此在對此項特性要求時，則需考慮控制器的響應。
4. 當定位誤差值的特性趨向線性行為，且在個別測定座標點之誤差振幅不大 時，實驗結果證明，利用取樣誤差值的平均值作為其補償量可獲得不錯的改 善效果，實驗當中我們發現定位精度誤差的最大值，X 軸為 0.058mm，Y 軸 為 0.046mm ，經過補償後將誤差分別改善到 X 軸 0.010mm ，Y 軸 0.012mm 以內。
5. 重覆精度基本上與定位精度息息相關，實驗中發現當定位精度誤差值改善到
±0.01mm 時，重覆精度亦跟著提昇，實驗證明經過補償後，重覆精度誤差 值由 Y 軸產生的最大值±0.018mm 改善到±0.005mm 以內。
6. 失位精度的誤差源自導螺桿間隙及連軸器齒隙，在實驗中利用適當的補償量 補正其誤差後將原本 X 軸 0.0198mm 及 Y 軸 0.025mm 的誤差值分別改善到 0.008mm 及 0.012mm。
6-2 討論
實驗當中我們未以控制器設計為發展方向，因此在使用原配備之控制器上 有許多受限之處。即使如此，本研究已達到預期的目標。對於此專題，尚有一 些目標是未來的發展方向：
1. 擺脫控制器設限 0.01mm 的接受解析度，如果能達到 0.001mm 並使用更高精 密等級的光學尺，相信機械臂的定位精度誤差可以更加改善。
2. 實驗中證明機械臂存在有不等的背隙誤差（Backlash error），我們在反向運動 時以軟體控制使進給系統多進誤差平均值的補償量而得到很好的補償效果；
然而在對造成背隙的原因上仍需真正的對機件如連軸器、滾珠螺桿與螺帽的 間隙進行量測與分析，並分析傳動產生的熱所造成的不準確度的影響。
3. 利用光學尺的回饋訊號再藉由軟體的即時誤差補償，在設備運轉當中，可更 有效改善精度並監控設備狀況，此方面在硬體上加以改善後值得再進一步探 討。
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