מקודדים ליניאריים מגבירים את הדיוק על ידי תיקון שגיאות במורד הזרם של קישורים מכניים.

מקודדים ליניאריים עוקבים אחר מיקום הציר ללא אלמנטים מכניים ביניים. המקודדים אפילו מודדים שגיאות העברה מקשרים מכניים (כגון התקנים מכניים סיבוביים ללינארים), מה שעוזר לבקרות לתקן שגיאות שמקורן במכונה. לפיכך, משוב זה מאפשר לפקדים להסביר את כל המכניקה בלולאות בקרת מיקום.

כיצד פועלת סריקה פוטו-אלקטרית במקודדים

הרבה מקודדים ליניאריים מדויקים פועלים על ידי סריקה אופטית או פוטו-אלקטרית. בקיצור, ראש קריאה עוקב אחר דרגות תקופתיות ברוחב של מיקרומטרים בודדים ומוציא אותות עם תקופות אות קטנות. תקן המדידה הוא בדרך כלל זכוכית או (עבור אורכי מדידה גדולים) פלדה הנושאת דרגות תקופתיות - סימנים על מצע הנשא. זהו מצב נטול מגע של מעקב אחר מיקום.

בשימוש עם תקופות סריג מצטברות בין 4 ל-40 מיקרומטר, מקודדים ליניאריים לסריקת תמונות בקוד PRC (אבסולוט) עובדים עם יצירת אותות אור. שני סורגים (על הסולם והסרגל הסורק) נעים זה ביחס לזה. החומר של הרשת הסורק שקוף, אך החומר של הסקאלה יכול להיות שקוף או רעיוני. כאשר השניים חולפים זה על פני זה, האור הנובע מתאפנן. אם הפערים בסורגים מתיישרים, האור עובר דרכם. אם הקווים של סורג אחד עולים בקנה אחד עם הפערים של השני, זה חוסם את האור. תאים פוטו-וולטאיים ממירים את השינויים בעוצמת האור לאותות חשמליים בעלי צורה סינוסואידית.

אפשרות נוספת לסיום לימודים עם תקופות גריסה של 8 מיקרומטר ומטה היא סריקה הפרעת. מצב פעולה זה של מקודד ליניארי ממנף עקיפה והפרעות אור. סורג מדרגות משמש כתקן המדידה, כולל קווים בגובה 0.2 מיקרומטר על משטח מחזיר אור. לפניו רשת סורק - סורג שקוף עם נקודה התואמת לזו של הסולם. כאשר גל אור עובר דרך הרשת, הוא מתעקם לשלושה גלים חלקיים בסדרי -1, 0 ו-1 בעוצמה שווה בערך. קנה המידה מפזר את הגלים כך שעוצמת האור מתרכזת בסדרי עקיפה 1 ו-1. גלים אלה נפגשים שוב בסורג הפאזה של הרשת, שם הם מתפצלים פעם נוספת ומפריעים. זה יוצר שלושה גלים שעוזבים את הרשת הסריקה בזוויות שונות. לאחר מכן, תאים פוטו-וולטאיים ממירים את עוצמת האור המתחלפת לפלט אות חשמלי.

בסריקה התערבותית, תנועה יחסית בין הרשתית לקנה המידה גורמת לחזיתות הגלים המפוזרות לעבור שינוי פאזה. כאשר הסורג זז בתקופה אחת, חזית הגל של הסדר הראשון נעה אורך גל אחד בכיוון החיובי, ואורך הגל של סדר עקיפה -1 נע אורך גל אחד לשלילה. שני הגלים מפריעים זה לזה ביציאה מהסורג, לכן זזים זה לזה בשני אורכי גל (לשתי תקופות אות מתנועה של תקופת סורג אחת בלבד).

שתי וריאציות של סריקת מקודד

חלק מהמקודדים ליניאריים מבצעים מדידות מוחלטות, כך שערך המיקום זמין תמיד כשהמכונה מופעלת, והאלקטרוניקה יכולה להתייחס אליו בכל עת. אין צורך להעביר צירים להפניה. לדרגת הסולם יש מבנה קוד אבסולוטי סדרתי ומסלול מצטבר נפרד עובר אינטרפולציה לערך המיקום תוך הפקת אות מצטבר אופציונלי.

לעומת זאת, מקודדים ליניאריים שעובדים על מדידה מצטברת משתמשים בהדרגות עם סורג מחזורי, והמקודדים סופרים מרווחים בודדים (צעדי מדידה) ממקור כלשהו כדי לקבל מיקום. מכיוון שהגדרה זו משתמשת בהתייחסות מוחלטת כדי לקבוע מיקומים, קלטות קנה מידה עבור הגדרות אלו מגיעות עם רצועה שנייה עם סימן התייחסות.

מיקום קנה המידה המוחלט שנקבע על ידי סימן ההתייחסות מסודר עם תקופת אות אחת בדיוק. אז ראש הקריאה חייב לאתר ולסרוק סימן ייחוס כדי לבסס התייחסות מוחלטת או כדי למצוא את הנתון האחרון שנבחר (שלעתים דורש ריצות התייחסות ארוכות).

איטרציות מקודד ליניארי

אתגר אחד באינטגרציה של מקודד ליניארי הוא שהמכשירים פועלים ממש בציר התנועה, ולכן הם חשופים לסביבת המכונה. מסיבה זו, כמה מקודדים ליניאריים אטומים. בית אלומיניום מגן על האבנית, עגלת הסריקה והמסלול שלה מפני שבבים, אבק ונוזלים, ושפתיים אלסטיות המוכוונות כלפי מטה אוטמות את המארז. כאן, עגלת הסריקה נוסעת לאורך הסקאלה על מדריך בעל חיכוך נמוך. צימוד מחבר את גררת הסריקה עם בלוק ההרכבה ומפצה על חוסר יישור בין קנה המידה לבין מדריכי המכונה. ברוב המקרים, קיזוזים לרוחב וצירי של ±0.2 עד ±0.3 מ"מ בין הסולם לבלוק ההרכבה מותרים.

מקרה לדוגמא: יישום מכונה

פרודוקטיביות ודיוק הם בעלי חשיבות עליונה לאינספור יישומים, אך תנאי הפעלה משתנים הופכים לעתים קרובות את יעדי התכנון הללו למאתגרים. שקול כלי מכונות. ייצור החלקים עבר לגדלי אצווה קטנים יותר ויותר, כך שההגדרות חייבות לשמור על דיוק בעומסים ובתנועות שונות. אולי התובעני ביותר הוא עיבוד של חלקי תעופה וחלל, אשר זקוק ליכולת חיתוך מקסימלית עבור תהליכי חיספוס ולאחר מכן דיוק מירבי עבור תהליכי הגימור הבאים.

ליתר דיוק, תבניות באיכות כרסום זקוקות להסרת חומרים מהירה ואיכות פני שטח גבוהה לאחר הגימור. יחד עם זאת, רק קצבי הזנה מהירים מאפשרים למכונות להפיק חלקים עם מרחקים מינימליים בין נתיבים בזמני עיבוד מקובלים. אבל במיוחד עם קבוצות ייצור קטנות, זה כמעט בלתי אפשרי לשמור על תנאים יציבים תרמית. הסיבה לכך היא ששינויים בין פעולות קידוח, חיספוס וגימור תורמים לתנודות בטמפרטורות של מכונות.

יתרה מכך, דיוק חלקי העבודה הוא המפתח להפיכת הזמנות ייצור לרווחיות. במהלך פעולות החיספוס, שיעורי הטחינה עולים ל-80% או טוב יותר; ערכים מתחת ל-10% נפוצים עבור גימור.

הבעיה היא שתאוצות וקצבי הזנה גבוהים יותר ויותר גורמים לחימום בתתי הרכיבים של כונני הזנה ליניאריים של מכונות, במיוחד אלה שמשתמשים בבורגים מונעי מנוע סיבובי. אז כאן, מדידת מיקום חיונית לייצוב תיקוני כלי מכונה להתנהגות תרמית.

דרכים לטפל בבעיות חוסר יציבות תרמית

קירור אקטיבי, מבני מכונות סימטריים ומדידות ותיקוני טמפרטורה הם כבר דרכים נפוצות לטפל בשינויי דיוק שנגרמו תרמית. גישה נוספת היא לתקן מצב נפוץ במיוחד של סחיפה תרמית - זה של צירי הזנה מונעי מנוע סיבוביים הכוללים ברגי כדור חוזרים. כאן, הטמפרטורות לאורך בורג הכדור יכולות להשתנות במהירות עם קצבי הזנה וכוחות נעים. כתוצאה מכך שינויים באורך (בדרך כלל 100 מיקרומטר/מ' בתוך 20 דקות) עלולים לגרום לפגמים משמעותיים בחומר. שתי אפשרויות כאן הן למדוד את ציר ההזנה הנשלט מספרית דרך בורג הכדור עם מקודד סיבובי או דרך מקודד ליניארי.

ההתקנה הקודמת משתמשת במקודד סיבובי כדי לקבוע את מיקום ההחלקה מגובה בורג ההזנה. לכן, הכונן חייב להעביר כוחות גדולים ולפעול כקשר במערכת המדידה - לספק ערכים מדויקים ביותר ולשחזר בצורה מהימנה את גובה הברגים. אבל לולאת בקרת המיקום אחראית רק להתנהגות מקודד סיבובי. מכיוון שהוא לא יכול לפצות על שינויים במכניקת הנהיגה עקב בלאי או טמפרטורה, זוהי למעשה פעולה בלולאה סגורה למחצה. שגיאות מיקום הכונן הופכות לבלתי נמנעות ופוגעות באיכות חלקי העבודה.

לעומת זאת, מקודד ליניארי מודד את מיקום השקף וכולל מכניקת הזנה מלאה בלולאת בקרת המיקום (לפעולה בלולאה סגורה באמת). למשחק ולאי דיוקים ברכיבי ההעברה של המכונה אין השפעה על דיוק מדידת המיקום. לכן, הדיוק תלוי כמעט אך ורק בדיוק ובהתקנה של המקודד הליניארי. הערת צד אחת כאן: מדידת מקודד ישירה יכולה גם לשפר מדידות של תנועת ציר סיבובי. הגדרות מסורתיות משתמשות במנגנוני הפחתת מהירות המתחברים למקודד סיבובי במנוע, אך מקודדים בעלי דיוק גבוה מספקים דיוק ושחזור טובים יותר.

דרכים שעיצוב בורג כדור מתייחס לחום

לשלוש גישות אחרות לטיפול בחום של בורג הכדור יש מגבלות משלהן.

1. כמה ברגים כדוריים מונעים חימום פנימי (וחימום של חלקי המכונה שמסביב) עם ליבות חלולות למחזור נוזל קירור. אבל אפילו אלה מפגינים התפשטות תרמית, ועליית טמפרטורה של 1 K בלבד גורמת לשגיאות מיקום ל-10 מיקרומטר/מ'. זה משמעותי מכיוון שמערכות קירור נפוצות אינן יכולות להחזיק שינויים בטמפרטורה לפחות מ-1 K.

2. לפעמים מהנדסים מדגמים הרחבה תרמית של בורג הכדור בפקדים. אך מכיוון שפרופיל הטמפרטורה קשה למדידה במהלך הפעולה והוא מושפע משחיקה של אום הכדור החוזר, קצב הזנה, כוחות חיתוך, טווח המעבר בשימוש וגורמים אחרים, שיטה זו עלולה לגרום לשגיאות שיוריות ניכרות (עד 50 מיקרומטר/מ') .

3. כמה ברגים כדוריים מקבלים מסבים קבועים בשני הקצוות כדי להגביר את הקשיחות של מכניקת ההנעה. אבל אפילו מיסבים קשיחים במיוחד אינם יכולים למנוע התרחבות מיצירת חום מקומי. הכוחות המתקבלים הם ניכרים, ומעוותים אפילו את תצורות המיסבים הקשיחים ביותר - לפעמים אף גורמים לעיוותים מבניים בגיאומטריית המכונה. מתח מכני משנה גם את התנהגות החיכוך של הכונן, ופוגע ברמת דיוק המתאר של המכונה. יתרה מכך, פעולת לולאה סגורה למחצה אינה יכולה לפצות על ההשפעות של שינויים בעומס מראש של מיסבים עקב בלאי או עיוות מכני אלסטי.