Lineare Encoder steigern die Genauigkeit, indem sie Fehler stromabwärts mechanischer Verknüpfungen korrigieren.

Lineare Encoder -Achsenposition ohne Zwischenelemente. Die Encoder messen sogar Übertragungsfehler aus mechanischen Verbindungen (z. B. Rotary-zu-Linear-Geräte), wodurch die Steuerung der vom Maschine stammenden Fehler korrekt sind. Daher ermöglicht dieses Feedback die Steuerung aller Mechaniker in Positions-Kontroll-Schleifen.

Wie photoelektrisches Scannen in Encodern funktioniert

Viele präzis -lineare Encoder funktionieren nach optischer oder fotoelektrischem Scannen. Kurz gesagt, ein Read -Head verfolgt periodische Absolventen nur wenige Mikrometer und gibt Signale mit kleinen Signalzeiten aus. Der Messstandard besteht in der Regel aus Glas oder (für große Messlängen) Stahllager regelmäßige Absolventen - markiert das Trägersubstrat. Es ist eine kontaktfreie Art der Positionsverfolgung.

Wird mit inkrementellen Gitterperioden zwischen 4 und 40 μm verwendet, PRC (Absolute) Code Image-Scanning Linear Encoder arbeiten mit der leichten Signalerzeugung. Zwei Gitter (auf der Skala und das Scan -Absehen) bewegen sich relativ zueinander. Das Material des Scan -Absehens ist transparent, das Material der Skala kann jedoch transparent oder reflektierend sein. Wenn sich die beiden vergehen, moduliert erfasste Licht. Wenn Lücken in den Gittern ausgerichtet sind, geht Licht durch. Wenn die Linien eines Gitters mit Lücken des anderen übereinstimmen, blockiert es das Licht. Photovoltaische Zellen wandeln die Variationen der Lichtintensität in elektrische Signale mit einer sinusförmigen Form um.

Eine weitere Option für Graduationen mit Gitterperioden von 8 μm und kleiner ist die Interferenztastung. Dieser Betriebsmodus linearer Encoder nutzt Beugung und Lichtinterferenz. Ein Stufengraten dient als Messstandard, komplett mit Linien von 0,2 μm hoch auf einer reflektierenden Oberfläche. Vor diesem befindet sich ein Scan -Absehen - transparentes Gitter mit einer Periode, die der der Skala entspricht. Wenn eine Lichtwelle durch das Absehen fließt, unterbeugt sie in drei partielle Wellen mit -1-, 0- und 1 Ordnungen mit ungefähr gleicher Intensität. Die Skala beendet die Wellen, so dass die Leuchtintensität in Beugungsordnungen 1 und -1 konzentriert. Diese Wellen treffen sich wieder beim Phasengraten des Absehens, wo sie sich noch einmal unterbeugen und sich stören. Dies macht drei Wellen, die das Scan -Absehen in verschiedenen Winkeln lassen. Photovoltaische Zellen wandeln dann die wechselnde Lichtintensität in elektrische Signalleistung um.

Bei der interferenzenden Scanung führt die relative Bewegung zwischen Rets- und Skala dazu, dass die gebeugten Wellenfronten einer Phasenverschiebung unterzogen werden. Wenn sich das Gitter um eine Periode bewegt, bewegt die Wellenfront in der ersten Ordnung eine Wellenlänge in die positive Richtung, und die Wellenlänge der Beugungsreihenfolge -1 bewegt eine Wellenlänge im Negativ. Die beiden Wellen stören sich beim Verlassen des Gitters miteinander und verschieben daher relativ zueinander um zwei Wellenlängen (für zwei Signalperioden aus einer Bewegung von nur einer Gitterperiode).

Zwei Encoder-Scanning-Variationen

Einige lineare Encoder machen absolute Messungen, sodass der Positionswert immer verfügbar ist, wenn sich die Maschine eingeschaltet hat, und die Elektronik kann ihn jederzeit verweisen. Es ist nicht erforderlich, Äxte zu einer Referenz zu bewegen. Der Skala -Abschluss verfügt über eine serielle absolute Codestruktur und eine separate inkrementelle Spur wird für den Positionswert interpoliert, während gleichzeitig ein optionales inkrementelles Signal erzeugt wird.

Im Gegensatz dazu verwenden lineare Encoder, die inkrementelle Messung abarbeiten, Graduationen mit periodischem Gitter, und die Encoder zählen individuelle Inkremente (Messschritte) von einigen Ursprungs, um Position zu erhalten. Da dieses Setup eine absolute Referenz verwendet, um Positionen zu ermitteln, werden Maßstäbe für diese Setups mit einer zweiten Spur mit einer Referenzmarke geliefert.

Die durch die Referenzmarke festgelegte absolute Skalenposition wird mit genau einer Signalzeit geschlossen. Daher muss der Lesekopf eine Referenzmarke finden und scannen, um eine absolute Referenz festzulegen oder das letzte ausgewählte Datum zu finden (für das manchmal Langstreicher-Referenzläufe erforderlich sind).

Lineare Encoder -Iterationen

Eine Herausforderung bei der Integration der linearen Encoder besteht darin, dass die Geräte direkt an der Bewegungsachse arbeiten und der Maschinenumgebung ausgesetzt sind. Aus diesem Grund sind einige lineare Encoder versiegelt. Ein Aluminiumgehäuse schützt die Waage, das Scannen von Wagen und seine Führung vor Chips, Staub und Flüssigkeiten sowie nach unten orientierter elastischer Lippen versiegeln das Gehäuse. Hier bewegt sich der Scan-Wagen auf einer Low-Friktions-Handbuch entlang der Skala. Eine Kopplung verbindet den Scan -Wagen mit dem Montageblock und kompensiert die Fehlausrichtung zwischen dem Skala und den Maschinenanschlägen. In den meisten Fällen sind laterale und axiale Offsets von ± 0,2 bis ± 0,3 mm zwischen der Skala und dem Montageblock zulässig.

Ein typisches Beispiel: Anwendung für Maschinentool

Produktivität und Genauigkeit sind für unzählige Anwendungen von größter Bedeutung, aber Änderungen der Betriebsbedingungen machen diese Entwurfsziele häufig herausfordernd. Betrachten Sie Maschinenmaschinen. Die Herstellung von Teilen hat sich in immer kleine Chargengrößen bewegt, sodass die Einrichtungen die Genauigkeit unter verschiedenen Lasten und Strichen beibehalten müssen. Am anspruchsvollsten ist vielleicht die Bearbeitung von Luft- und Raumfahrtteilen, die maximale Schnittkapazität für Aufruhrprozesse und dann die maximale Präzision für nachfolgende Veredelungsprozesse benötigen.

Insbesondere erfordert die Fräserqualitätsformen eine schnelle Materialentfernung und eine hohe Oberflächenqualität nach Abschluss. Gleichzeitig lassen nur schnelle Futterraten die Maschinen Teile mit minimalen Entfernungen zwischen den Pfaden innerhalb der akzeptablen Bearbeitungszeiten ausgeben. Vor allem jedoch bei kleinen Produktionsstapeln ist es fast unmöglich, thermisch stabile Bedingungen aufrechtzuerhalten. Das liegt daran, dass Änderungen zwischen Bohr-, Schruppen- und Finish-Operationen zu Schwankungen der maschinellen Temperaturen beitragen.

Darüber hinaus ist die Genauigkeit der Werkstücksgenauigkeit der Schlüssel, um Produktionsaufträge profitabel zu machen. Während der Schrägbetriebe steigen die Mahlungsraten auf 80% oder besser; Werte unter 10% sind für die Fertigstellung üblich.

Das Problem ist, dass zunehmend hohe Beschleunigungen und Futterraten in den Unterkomponenten der linearen Futtermittelantriebe der Maschinen erhitzen, insbesondere solche, die rotary-motorgetriebene Ballsumme verwenden. Hier ist die Positionsmessung daher für die Stabilisierung von Maschinen-Tool-Korrekturen für das thermische Verhalten von wesentlicher Bedeutung.

Möglichkeiten zur Lösung thermischer Instabilitätsprobleme

Aktive Kühlung, symmetrische Maschinenstrukturen, Temperaturmessungen und Korrekturen sind bereits häufige Möglichkeiten, um Änderungen der thermisch induzierten Genauigkeit zu beheben. Ein weiterer Ansatz besteht darin, einen besonders häufigen Modus der thermischen Drift zu korrigieren-die von rotary-motorgetriebenen Vorschubachsen, die rezirkulierende Ballschrauben enthalten. Hier können sich die Temperaturen entlang der Ballsumme mit den Futterraten und den Bewegungskräften schnell ändern. Die daraus resultierenden Längenänderungen (typischerweise 100 μm/m innerhalb von 20 Minuten) können zu erheblichen Fehlern von Werkstücken führen. Zwei Optionen hier sind, um die numerisch gesteuerte Vorschubachse durch die Kugelscheibe mit einem Rotationscodierer oder durch einen linearen Encoder zu messen.

Das erstere Setup verwendet einen Rotary-Encoder, um die Folieposition aus der Vorschubabscheider-Tonhöhe zu bestimmen. Daher muss der Antrieb große Kräfte übertragen und als Verknüpfung im Messsystem wirken und hoch genaue Werte bereitstellen und zuverlässig die Schraubenhöhe reproduzieren. Die Positionskontrollschleife macht jedoch nur das Verhalten des Rotary-Coders aus. Da es keine Änderungen der Antriebsmechanik aufgrund von Verschleiß oder Temperatur auskompensieren kann, ist dies tatsächlich eine halbbezogene Schleife. Die Antriebspositionierungsfehler werden unvermeidlich und degradieren Sie die Qualitätsstückqualität.

Im Gegensatz dazu misst ein linearer Encoder die Folieposition und enthält die vollständige Vorschubmechanik in der Positionsregelschleife (für den wirklich geschlossenen Schleifenbetrieb). Spielen und Ungenauigkeiten in den Transferelementen der Maschine haben keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsmessung. Die Genauigkeit hängt also fast ausschließlich von der Präzision und Installation des linearen Encoders ab. Eine Randnotiz hier: Direkte Encoder-Messung kann auch die Messung der Rotations-Achse-Bewegung verbessern. Traditionelle Setups verwenden Geschwindigkeitsreduktionsmechanismen, die mit einem Rotationscodierer am Motor angeschlossen sind, aber hohe Genauigkeitswinkel-Encoder bieten eine bessere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Wege, wie das Ballrow -Design Wärme behandelt

Drei weitere Ansätze zur Bekämpfung von Ballschraubenwärme haben ihre eigenen Einschränkungen.

1. Einige Ball Umwandlung verhindern die interne Erwärmung (und das Erhitzen von umgebenden Maschenteilen) mit hohlen Kernen für die Kühlmittelkreislauf. Aber selbst diese weisen eine thermische Expansion auf, und ein Temperaturanstieg von nur 1 K führt zu Positionierungsfehlern auf 10 μm/m. Dies ist signifikant, da gemeinsame Kühlsysteme keine Temperaturschwankungen auf weniger als 1 k aushalten können.

2. Manchmal modellieren die Ingenieure die thermische Expansion der Ballsumme in den Bedienelementen. Da das Temperaturprofil während des Betriebs jedoch schwierig zu messen ist und durch Verschleiß der Umwälzkugelmutter, Futterrate, Schneidkräfte, verwendeten Traverse -Bereich und anderer Faktoren beeinflusst wird, kann diese Methode erhebliche Restfehler (bis 50 & mgr; m/m) verursachen.

3. Einige Ballschrauben erhalten an beiden Enden feste Lager, um die Starrheit der Antriebsmechanik zu steigern. Aber selbst zusätzliche starre Lager können die Ausdehnung der lokalen Wärmeerzeugung nicht verhindern. Die daraus resultierenden Kräfte sind beträchtlich und verformen selbst die starrsten Lagerkonfigurationen - manchmal sogar strukturelle Verzerrungen in der Maschinengeometrie. Die mechanische Spannung verändert auch das Reibungsverhalten des Laufwerks und verschlechtert die Konturgenauigkeit der Maschine. Darüber hinaus kann der halbbekannte Schleifenbetrieb die Auswirkungen von Veränderungen der Lagerung von Lagerladern aufgrund von Verschleiß oder elastischer Verformung des Antriebs-mechanischen Antriebs nicht kompensieren.