선형 인코더는 기계적 연결의 다운 스트림 오류를 수정하여 정확도를 높입니다.

선형 인코더는 중간 기계적 요소없이 축 위치를 추적합니다. 인코더는 기계적 연결 (예 : 로터리-층 기계 장치)의 전송 오류를 측정하여 기계에서 발생하는 오류를 제어하는 ​​데 도움이됩니다. 따라서이 피드백을 통해 제어는 위치 제어 루프의 모든 역학을 설명 할 수 있습니다.

인코더에서 광전 스캐닝이 작동하는 방법

많은 정밀 선형 인코더는 광학 또는 광전 스캐닝에 의해 작동합니다. 요컨대, 읽기 헤드는 몇 마이크로 미터 너비에 불과한주기적인 졸업을 추적하고 신호 기간이 작은 신호를 출력합니다. 측정 표준은 일반적으로 유리 또는 (큰 측정 길이의 경우) 강철 베어링주기 졸업 (캐리어 기판에 표시됩니다. 비밀번호가없는 위치 추적 모드입니다.

4에서 40 μm 사이의 증분 격자 기간과 함께 사용되는 PRC (절대) 코드 이미지 스캔 선형 인코더는 광 신호 생성과 함께 작동합니다. 두 개의 격자 (스케일 및 스캐닝 레티클)가 서로 관련하여 움직입니다. 스캐닝 레티클의 재료는 투명하지만 스케일의 재료는 투명하거나 반사 될 수 있습니다. 두 사람이 서로를 통과하면 입사광이 변조됩니다. 격자의 간격이 정렬되면 조명이 통과됩니다. 한 격자의 선이 다른 격자의 틈과 일치하면 빛을 차단합니다. 광전지 세포는 광 강도의 변화를 정현파 형태로 전기 신호로 변환합니다.

격자 기간이 8 μm 이상인 졸업의 또 다른 옵션은 간섭 스캔입니다. 이 선형 인코더 작동 모드는 회절 및 광 간섭을 활용합니다. 단계 격자는 측정 표준으로 사용되며 반사 표면에서 0.2 μm 높이의 선이 완비됩니다. 그 앞에는 스케일과 일치하는 기간에 따른 격렬한 격자 인 스캐닝 레티클이 있습니다. 광파가 레티클을 통과하면 -1, 0 및 1 개의 순서가 대략 같은 강도로 3 개의 부분파로 회절됩니다. 스케일은 파도를 회절하여 빛나는 강도가 회절 순서 1 및 -1에서 농축됩니다. 이 파도는 레티클의 위상 격자에서 다시 만나 다시 한 번 회사하고 방해합니다. 이것은 스캐닝 레티클을 다른 각도로 남겨 두는 세 개의 파도를 만듭니다. 그런 다음 광전지 세포는 교대 광도를 전기 신호 출력으로 변환합니다.

간섭 스캐닝에서, 레티클과 스케일 사이의 상대 운동은 회절 된 파면이 위상 이동을 겪게한다. 격자가 한 기간에 따라 움직일 때, 1 차의 파면은 하나의 파장을 양의 방향으로 움직이고 회절 차수 -1의 파장은 음성으로 하나의 파장을 움직입니다. 두 파도는 격자를 빠져 나갈 때 서로를 방해하므로 두 파장 (단지 한 단 한 번의 격자 기간의 움직임으로부터 두 개의 신호 기간 동안)으로 서로를 기준으로 이동하십시오.

두 가지 인코더 스캔 변형

일부 선형 인코더는 절대 측정을 수행하므로 기계가 켜져있을 때 항상 위치 값을 사용할 수 있으며 전자 제품은 언제든지 참조 할 수 있습니다. 축을 참조로 옮길 필요가 없습니다. 스케일 졸업은 연쇄 절대 코드 구조를 가지며 위치 값에 대해 별도의 증분 트랙이 보간되어 동시에 선택적 증분 신호를 생성합니다.

대조적으로, 점진적인 측정 용량으로 작동하는 선형 인코더는 주기적 격자를 사용하여 사용 졸업을하고 인코더는 일부 원점에서 위치를 얻기 위해 개별 증분 (측정 단계)을 계산합니다. 이 설정은 위치를 확인하기 위해 절대적인 참조를 사용하기 때문에 이러한 설정의 스케일 테이프에는 참조 마크가있는 두 번째 트랙이 제공됩니다.

기준 마크에 의해 설정된 절대 스케일 위치는 정확히 하나의 신호 기간으로 게재됩니다. 따라서 읽기 헤드는 기준 마크를 찾아서 스캔하여 절대적인 참조를 설정하거나 마지막으로 선택된 기준 (때로는 긴 스트로크 참조 실행이 필요함)을 찾아야합니다.

선형 인코더 반복

선형 인코더 통합의 한 가지 과제는 장치가 모션 축에서 바로 작동하므로 기계 환경에 노출된다는 것입니다. 이러한 이유로 일부 선형 인코더가 밀봉됩니다. 알루미늄 하우징은 칩, 먼지 및 유체, 하향 지향 탄성 입술로부터 규모, 캐리지 및 가이드 웨이를 보호합니다. 여기서 스캐닝 캐리지는 저속 가이드에서 스케일을 따라 이동합니다. 커플 링은 스캐닝 캐리지를 장착 블록과 연결하고 스케일과 기계 가이드 웨이 사이의 오정렬을 보상합니다. 대부분의 경우, 스케일과 장착 블록 사이의 측면 및 축 오프셋은 ± 0.2 내지 ± 0.3 mm입니다.

사례 : Machine-Tool 응용 프로그램

생산성과 정확성은 무수한 응용 분야에 가장 중요하지만 운영 조건을 변경하면 종종 그러한 설계 목표가 어려워집니다. 공작 기계를 고려하십시오. 부품 제조는 점점 더 작은 배치 크기로 이동 했으므로 설정은 다양한 하중과 스트로크에서 정확도를 유지해야합니다. 아마도 가장 까다로운 것은 항공 우주 부품의 가공이며, 이는 거친 공정을위한 최대 절단 용량과 후속 마감 공정의 최대 정밀도가 필요합니다.

보다 구체적으로, 밀링 품질 금형은 마무리 후 빠른 재료 제거와 높은 표면 품질이 필요합니다. 동시에, 빠른 윤곽선 공급 속도만으로 기계는 허용 가능한 가공 시간 내에서 경로 사이의 최소 거리를 가진 부품을 출력 할 수 있습니다. 그러나 특히 작은 생산 배치의 경우 열적으로 안정적인 조건을 유지하는 것은 거의 불가능합니다. 드릴링, 거칠기 및 마무리 작업 사이의 변화는 기계-툴 온도의 변동에 기여하기 때문입니다.

또한, 생산 주문의 수익성을 높이는 데는 공작물 정확도가 중요합니다. 거친 작업 중에 밀링 속도가 80% 이상 증가합니다. 10% 미만의 값은 마무리에 일반적입니다.

문제는 점점 높아지는 가속도와 사료 율이 기계의 선형 사료 드라이브의 하위 구성 요소, 특히 로터리 모터 구동 볼 스크류를 사용하는 것의 하위 구성 요소에서 가열을 일으킨다는 것입니다. 따라서 여기서는 열 거동에 대한 기계-툴 보정을 안정화시키기 위해서는 위치 측정이 필수적입니다.

열 불안정성 문제를 해결하는 방법

활성 냉각, 대칭 기계 구조 및 온도 측정 및 보정은 이미 열 유도 정확도 변화를 해결하는 일반적인 방법입니다. 또 다른 접근법은 재순환 된 볼 스크류를 포함하는 로터리 모터 구동 공급 축의 특히 일반적인 열 드리프트 모드를 수정하는 것입니다. 여기서 볼 스크류를 따라 온도는 사료 속도와 이동력으로 빠르게 변할 수 있습니다. 길이의 변화 (일반적으로 20 분 이내에 100 μm/m)의 결과는 상당한 공작물 결함을 유발할 수 있습니다. 여기서 두 가지 옵션은 로터리 인코더 또는 선형 인코더를 통해 볼 스류를 통해 수치 제어 공급 축을 측정하는 것입니다.

전자 설정은 로터리 인코더를 사용하여 피드 스크류 피치에서 슬라이드 위치를 결정합니다. 따라서 드라이브는 큰 힘을 전달하고 측정 시스템의 연결로 작용하여 매우 정확한 값을 제공하고 스크류 피치를 안정적으로 재현해야합니다. 그러나 위치 제어 루프는 로터리 인코더 동작만을 설명합니다. 마모 또는 온도로 인한 운전 역학의 변화를 보상 할 수 없기 때문에 실제로 반응 루프 작업입니다. 드라이브 포지셔닝 오류는 피할 수없고 공작물 품질을 저하시킵니다.

대조적으로, 선형 인코더는 슬라이드 위치를 측정하고 위치 제어 루프에 완전한 피드 메커니즘을 포함합니다 (진정으로 폐쇄 루프 작동 용). 기계의 전송 요소의 재생 및 부정확성은 위치 측정 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 따라서 정확도는 거의 전적으로 선형 인코더의 정밀도와 설치에 달려 있습니다. 한 가지 참고 사항은 다음과 같습니다. 직접 인코더 측정은 또한 회전 축 운동의 측정을 향상시킬 수 있습니다. 전통적인 설정은 모터의 로터리 인코더에 연결하는 속도 감소 메커니즘을 사용하지만 고 진수 각도 인코더는 더 나은 정확도와 재현성을 제공합니다.

볼 스크류 디자인이 열을 다루는 방법

Ballscrew 열을 해결하기위한 다른 세 가지 접근법은 자체 제한 사항이 있습니다.

1. 일부 볼 스크류는 냉각수 순환을 위해 중공 코어로 내부 가열 (및 주변 기계 부품의 가열)을 방지합니다. 그러나 이들조차도 열 팽창을 나타내며, 온도는 1k의 온도 증가로 인해 위치 오류가 10 μm/m로 발생합니다. 일반적인 냉각 시스템은 온도 변화를 1 K 미만으로 유지할 수 없기 때문에 중요합니다.

2. 때때로 엔지니어는 컨트롤에서 볼 스크류의 열 확장을 모델링합니다. 그러나 온도 프로파일은 작동 중에 측정하기가 어렵고 재순환 볼 너트, 공급 속도, 절단력, 사용 된 트래버스 범위 및 기타 요인의 마모에 의해 영향을 받기 때문에이 방법은 상당한 잔류 오차 (50 μm/m)를 유발할 수 있습니다. .

3. 일부 볼 스크류는 양쪽 끝에서 고정 베어링을 얻기 위해 드라이브 메커니즘의 강성을 높입니다. 그러나 추가적인 강성 베어링조차도 국소 열 발생으로 인한 확장을 방지 할 수 없습니다. 그 결과는 상당하고 가장 강력한 베어링 구성조차도 변형됩니다. 때로는 기계 지오메트리에서 구조적 왜곡을 유발합니다. 기계적 장력은 또한 드라이브의 마찰 거동을 변화시켜 기계의 윤곽 정확도를 저하시킵니다. 또한 반 부패 루프 작업은 마모 또는 탄성 구동 기계 변형으로 인한 베어링-프레임 변경의 영향을 보상 할 수 없습니다.