Les encodeurs linéaires augmentent la précision en corrigeant les erreurs en aval des liaisons mécaniques.

Les encodeurs linéaires suivent la position de l'axe sans éléments mécaniques intermédiaires. Les encodeurs mesurent même les erreurs de transfert à partir de liaisons mécaniques (telles que les dispositifs mécaniques rotatifs-linéaires), ce qui aide les contrôles à corriger les erreurs provenant de la machine. Ainsi, cette rétroaction permet aux contrôles de tenir compte de toutes les mécanismes dans les boucles de contrôle de position.

Comment fonctionne le numérisation photoélectrique dans les encodeurs

De nombreux encodeurs linéaires de précision fonctionnent par balayage optique ou photoélectrique. En bref, une tête de lecture suit les graduations périodiques de quelques micromètres de large et ne produit des signaux avec de petites périodes de signal. La norme de mesure est généralement du verre ou (pour les longues longueurs de mesure) des graduations périodiques en acier - obtient le substrat du transporteur. Il s'agit d'un mode de suivi de position sans contact.

Utilisé avec des périodes de réseau incrémentielles entre 4 et 40 μm, les encodeurs linéaires de balayage d'image de code PRC (absolu) fonctionnent avec une génération de signal léger. Deux réseaux (sur l'échelle et le réticule de balayage) se déplacent par rapport à l'autre. Le matériau du réticule de balayage est transparent, mais le matériau de l'échelle peut être transparent ou réfléchissant. Lorsque les deux se dépassent, la lumière incidente module. Si les lacunes dans les réseaux s'alignent, la lumière passe. Si les lignes d'un réseau coïncident avec les lacunes de l'autre, il bloque la lumière. Les cellules photovoltaïques convertissent les variations de l'intensité lumineuse en signaux électriques avec une forme sinusoïdale.

Une autre option pour les graduations avec des périodes de réseau de 8 μm et plus petites est le balayage interférentiel. Ce mode de fonctionnement linéaire exploite la diffraction et l'interférence de la lumière. Un réseau de pas sert de norme de mesure, avec des lignes de 0,2 μm de haut sur une surface réfléchissante. Devant cela se trouve un réticule à balayage - le réseau transparent avec une période qui correspond à celle de l'échelle. Lorsqu'une onde légère traverse le réticule, elle diffrasse en trois ondes partielles avec -1, 0 et 1 ordres d'intensité à peu près égale. L'échelle diffracte les vagues si l'intensité lumineuse se concentre dans les ordres de diffraction 1 et -1. Ces ondes se réunissent à nouveau au réseau de phase du réticule où elles diffractent une fois de plus et interfèrent. Cela fait trois vagues qui laissent le réticule de balayage à différents angles. Les cellules photovoltaïques convertissent ensuite l'intensité de la lumière alternée en sortie du signal électrique.

Dans le balayage interférentiel, le mouvement relatif entre le réticule et l'échelle fait que les fronts d'onde diffractés subissent un décalage de phase. Lorsque le réseau se déplace d'une période, le front d'onde du premier ordre se déplace une longueur d'onde dans le sens positif, et la longueur d'onde de l'ordre de diffraction -1 se déplace une longueur d'onde dans le négatif. Les deux ondes interfèrent les unes avec les autres lors de la sortie du réseau, donc se déplacent par rapport à l'autre par deux longueurs d'onde (pendant deux périodes de signal à partir d'un mouvement d'une seule période de réseau).

Deux variations de balayage d'encodeur

Certains encodeurs linéaires effectuent des mesures absolues, de sorte que la valeur de position est toujours disponible lorsque la machine est allumée et l'électronique peut la référencer à tout moment. Il n'est pas nécessaire de déplacer des axes vers une référence. La graduation de l'échelle a une structure de code absolu en série et une piste incrémentielle distincte est interpolée pour la valeur de position tout en générant simultanément un signal incrémentiel facultatif.

En revanche, les encodeurs linéaires travaillant sur une mesure incrémentielle utilisent des graduations avec un réseau périodique, et les encodeurs comptent les incréments individuels (étapes de mesure) d'une certaine origine pour obtenir la position. Étant donné que cette configuration utilise une référence absolue pour vérifier les positions, les bandes d'échelle pour ces configurations sont livrées avec une deuxième piste avec une marque de référence.

La position d'échelle absolue établie par la marque de référence est fermée avec exactement une période de signal. Ainsi, la tête de lecture doit localiser et numériser une marque de référence pour établir une référence absolue ou pour trouver la dernière donnée sélectionnée (qui nécessite parfois des exécutions de référence à long terme).

Itérations de l'encodeur linéaire

Un défi dans l'intégration de l'encodeur linéaire est que les appareils fonctionnent directement à l'axe de mouvement, donc sont exposés à l'environnement de la machine. Pour cette raison, certains encodeurs linéaires sont scellés. Un boîtier en aluminium protège l'échelle, le chariot à balayage et son guide contre les copeaux, la poussière et les fluides et les lèvres élastiques orientées vers le bas scellent le boîtier. Ici, le chariot à balayage se déplace le long de l'échelle sur un guide à faible friction. Un couplage relie le chariot à balayage avec le bloc de montage et compense le désalignement entre les voies de guidage de l'échelle et de la machine. Dans la plupart des cas, les décalages latéraux et axiaux de ± 0,2 à ± 0,3 mm entre l'échelle et le bloc de montage sont admissibles.

Exemple: application machine-out-out

La productivité et la précision sont primordiales pour une myriade d'applications, mais la modification des conditions de fonctionnement rend souvent ces objectifs de conception difficiles. Considérez les machines-outils. La fabrication de pièces s'est déplacée vers des tailles de lots de plus en plus petites, les configurations doivent donc maintenir la précision sous diverses charges et traits. Le plus exigeant est peut-être l'usinage des pièces aérospatiales, qui nécessite une capacité de coupe maximale pour les processus de brouillage, puis une précision maximale pour les processus de finition ultérieurs.

Plus précisément, le moulage des moules de qualité nécessite une élimination rapide des matériaux et une qualité de surface élevée après la fin. Dans le même temps, seuls les taux d'alimentation de contourage rapide permettent aux machines de sortir des pièces avec des distances minimales entre les chemins dans les temps d'usinage acceptables. Mais surtout avec de petits lots de production, il est presque impossible de maintenir des conditions thermiquement stables. En effet, les changements entre les opérations de forage, de brouillage et de finition contribuent aux fluctuations des températures de l'outil de machine.

De plus, la précision de la pièce est la clé pour rendre les commandes de production rentables. Pendant les opérations de brouillage, les taux de fraisage augmentent à 80% ou mieux; Les valeurs inférieures à 10% sont courantes pour la finition.

Le problème est que les accélérations et les taux d'alimentation de plus en plus élevés provoquent un chauffage dans les sous-composants des entraînements d'alimentation linéaires des machines, en particulier ceux qui utilisent des vis à billes rotatifs-moteur. Ici, la mesure de position est donc essentielle pour stabiliser les corrections de tabouts de machine pour le comportement thermique.

Façons de résoudre les problèmes d'instabilité thermique

Le refroidissement actif, les structures de machines symétriques et les mesures de température et les corrections sont déjà des moyens courants de traiter les changements de précision induits thermiquement. Encore une autre approche consiste à corriger un mode particulièrement courant de dérive thermique - celle des axes d'alimentation rotatifs-moteur incorporant des vis de recirculation. Ici, les températures le long de la vision à billes peuvent changer rapidement avec les taux d'alimentation et les forces mobiles. Les changements de longueur qui en résultent (généralement 100 μm / m en 20 minutes) peuvent provoquer des défauts de pièce importants. Deux options ici sont pour mesurer l'axe d'alimentation contrôlé numériquement à travers la vision à billes avec un encodeur rotatif ou à travers un encodeur linéaire.

La première configuration utilise un codeur rotatif pour déterminer la position de la diapositive à partir de la hauteur de vis d'alimentation. Ainsi, le lecteur doit transférer de grandes forces et agir comme une liaison dans le système de mesure - fournissant des valeurs très précises et reproduire de manière fiable le pas de vis. Mais la boucle de contrôle de position ne représente que le comportement de l'encodeur rotatif. Parce qu'il ne peut pas compenser les changements dans les mécanismes de conduite dus à l'usure ou à la température, il s'agit en fait d'un fonctionnement en boucle semi-fermée. Les erreurs de positionnement de conduite deviennent inévitables et dégradent la qualité de la pièce.

En revanche, un codeur linéaire mesure la position de la diapositive et comprend une mécanique d'alimentation complète dans la boucle de commande de position (pour un fonctionnement vraiment fermé). Le jeu et les inexactitudes dans les éléments de transfert de la machine n'ont aucune influence sur la précision de la mesure de position. Ainsi, la précision dépend presque uniquement de la précision et de l'installation du codeur linéaire. Une note latérale ici: la mesure directe de l'encodeur peut également améliorer les mesures du mouvement de l'axe rotatif. Les configurations traditionnelles utilisent des mécanismes de réduction de vitesse qui se connectent à un codeur rotatif sur le moteur, mais les encodeurs à angle à haute précision offrent une meilleure précision et une meilleure reproductibilité.

Les façons dont la conception à bille aborde la chaleur

Trois autres approches pour aborder la chaleur à billes ont leurs propres limites.

1. Certains vis à billes empêchent le chauffage interne (et le chauffage des pièces de la machine environnantes) avec des noyaux creux pour la circulation du liquide de refroidissement. Mais même ceux-ci présentent une expansion thermique, et une augmentation de la température de seulement 1 K provoque des erreurs de positionnement à 10 μm / m. C'est significatif car les systèmes de refroidissement communs ne peuvent pas maintenir des variations de température à moins de 1 K.

2. Parfois, les ingénieurs modélisent l'expansion thermique de la vis de bille dans les commandes. Mais parce que le profil de température est difficile à mesurer pendant le fonctionnement et est influencé par l'usure de l'écrou de boule de recirculation, du taux d'alimentation, des forces de coupe, de la plage de traversée utilisée et d'autres facteurs, cette méthode peut provoquer des erreurs résiduelles considérables (à 50 μm / m).

3. Certains vis à billes obtiennent des roulements fixes aux deux extrémités pour augmenter la rigidité des mécanismes d'entraînement. Mais même les roulements rigides supplémentaires ne peuvent pas empêcher l'expansion de la génération de chaleur locale. Les forces qui en résultent sont considérables et déforment même les configurations de roulement les plus rigides, ce qui provoque même des distorsions structurelles en géométrie machine. La tension mécanique modifie également le comportement de frottement du lecteur, dégradant la précision de contour de la machine. De plus, le fonctionnement de la boucle semi-fermée ne peut pas compenser les effets des changements de précharge de roulement dus à l'usure ou à la déformation de mécanique élastique.