Os codificadores lineares aumentam a precisão, corrigindo erros a jusante de ligações mecânicas.

Os codificadores lineares rastreiam a posição do eixo sem elementos mecânicos intermediários. Os codificadores até medem erros de transferência de ligações mecânicas (como dispositivos mecânicos rotativos para lineares), o que ajuda a controles corretos para erros originários da máquina. Assim, esse feedback permite que os controles sejam responsáveis ​​por todas as mecânicas nos loops de controle de posição.

Como a varredura fotoelétrica funciona em codificadores

Muitos codificadores lineares de precisão funcionam por varredura óptica ou fotoelétrica. Em suma, uma leitura rastreia graduação periódica com apenas alguns micrômetros de largura e sinais de saída com pequenos períodos de sinal. O padrão de medição geralmente é de vidro ou (para grandes comprimentos de medição) graduações periódicas de rolamentos de aço - marcas no substrato da transportadora. É um modo de rastreamento de posição sem contato.

Utilizado com períodos incrementais de grade entre 4 e 40 μM, os codificadores lineares de varredura de imagem de código PRC (absoluto) trabalham com geração de sinal de luz. Duas grades (na escala e no retículo da varredura) se movem em relação um ao outro. O material do retículo de varredura é transparente, mas o material da escala pode ser transparente ou reflexivo. Quando os dois se passam, a luz incidente modula. Se as lacunas nas grades se alinharem, a luz passa. Se as linhas de uma grade coincidem com as lacunas da outra, ela bloqueia a luz. As células fotovoltaicas convertem as variações na intensidade da luz em sinais elétricos com uma forma sinusoidal.

Outra opção para graduação com períodos de grade de 8 μm e menor é a varredura interferencial. Esse modo de operação linear-codificador alavanca a difração e a interferência da luz. Uma grade de etapa serve como padrão de medição, completo com linhas 0,2 μm de altura em uma superfície refletora. Na frente disso, há um retículo de varredura - uma grade transparente com um período que corresponde ao da escala. Quando uma onda de luz passa pelo retículo, ele difrata em três ondas parciais com -1, 0 e 1 ordens de intensidade aproximadamente igual. A escala difraca as ondas, de modo que a intensidade luminosa se concentra nas ordens de difração 1 e -1. Essas ondas se reúnem novamente na grade da fase do retículo, onde difratam mais uma vez e interferem. Isso faz três ondas que deixam o retículo de varredura em diferentes ângulos. As células fotovoltaicas convertem a intensidade da luz alternada em saída elétrica-sinal.

Na varredura interferencial, o movimento relativo entre o retículo e a escala faz com que as frentes de onda difratadas sejam submetidas a uma mudança de fase. Quando a grade se move em um período, a frente da onda da primeira ordem se move um comprimento de onda na direção positiva, e o comprimento de onda da ordem de difração -1 se move um comprimento de onda no negativo. As duas ondas interferem entre si ao sair da grade, então mude em relação um ao outro por dois comprimentos de onda (por dois períodos de sinal de um movimento de apenas um período de grade).

Duas variações de varredura de codificadores

Alguns codificadores lineares fazem medições absolutas; portanto, o valor da posição está sempre disponível quando a máquina está ligada e a eletrônica pode fazer referência a qualquer momento. Não há necessidade de mover eixos para uma referência. A graduação em escala possui uma estrutura de código absoluta serial e uma faixa incremental separada é interpolada para o valor da posição enquanto gera simultaneamente um sinal incremental opcional.

Por outro lado, os codificadores lineares que trabalham com as graduações de uso incremental de uso com grade periódica e os codificadores contam incrementos individuais (medições de etapas) de alguma origem para obter posição. Como essa configuração usa uma referência absoluta para verificar posições, as fitas de escala para essas configurações vêm com uma segunda faixa com uma marca de referência.

A posição de escala absoluta estabelecida pela marca de referência é fechada com exatamente um período de sinal. Portanto, a cabeça de leitura deve localizar e digitalizar uma marca de referência para estabelecer uma referência absoluta ou encontrar o último dado selecionado (que às vezes requer execuções de referência de longo prazo).

Iterações do codificador linear

Um desafio na integração linear do codificador é que os dispositivos operam diretamente no eixo do movimento; portanto, são expostos ao ambiente da máquina. Por esse motivo, alguns codificadores lineares são selados. Uma caixa de alumínio protege a escala, a carruagem de varredura e sua guia de batatas fritas, poeira e fluidos e lábios elásticos orientados para descendentes selaram o alojamento. Aqui, o carro de varredura viaja ao longo da escala em um guia de baixo atrito. Um acoplamento conecta o carro de varredura ao bloco de montagem e compensa o desalinhamento entre a escala e as guias de máquina. Na maioria dos casos, compensações laterais e axiais de ± 0,2 a ± 0,3 mm entre a escala e o bloco de montagem são permitidas.

Caso em ponto: aplicação de ferramentas de máquina

A produtividade e a precisão são fundamentais para inúmeras aplicações, mas a alteração das condições operacionais geralmente torna os objetivos de design desafiadoras. Considere máquinas -ferramentas. A fabricação de peças se moveu para tamanhos de lote cada vez mais pequenos; portanto, as configurações devem manter a precisão sob várias cargas e golpes. Talvez o mais exigente seja a usinagem de peças aeroespaciais, que precisa de capacidade de corte máxima para processos de desbaste e, em seguida, a precisão máxima para os processos de acabamento subsequentes.

Mais especificamente, os moldes de qualidade de moagem precisam de remoção rápida de material e alta qualidade da superfície após o acabamento. Ao mesmo tempo, apenas as taxas de alimentação de contorno rápido permitem que as peças de saída de máquinas com distâncias mínimas entre os caminhos dentro dos tempos de usinagem aceitáveis. Mas, especialmente com pequenos lotes de produção, é quase impossível manter condições termicamente estáveis. Isso ocorre porque as mudanças entre as operações de perfuração, desbaste e acabamento contribuem para flutuações em temperaturas de ferramentas da máquina.

Além disso, a precisão da peça de trabalho é essencial para tornar lucrativo as ordens de produção. Durante as operações de desbaste, as taxas de moagem aumentam para 80% ou melhor; Valores abaixo de 10% são comuns para acabamento.

O problema é que acelerações cada vez mais altas e taxas de alimentação causam aquecimento nos subcomponentes das unidades de alimentação linear das máquinas, particularmente aquelas que usam parafusos de bola acionados por motores rotativos. Então, aqui, a medição da posição é essencial para estabilizar as correções da máquina-ferramenta para o comportamento térmico.

Maneiras de abordar problemas de instabilidade térmica

Resfriamento ativo, estruturas de máquinas simétricas e medições e correções de temperatura já são maneiras comuns de lidar com as alterações de precisão induzidas termicamente. Outra abordagem é corrigir um modo particularmente comum de desvio térmico-o de eixos de alimentação acionados por motores rotativos que incorporam parafusos de recirculação. Aqui, as temperaturas ao longo do parafuso de bola podem mudar rapidamente com as taxas de alimentação e forças móveis. As alterações resultantes no comprimento (normalmente 100 μm/m em 20 minutos) podem causar falhas significativas na peça de trabalho. Duas opções aqui são medir o eixo de alimentação controlado numericamente através do parafuso de esfera com um codificador rotativo ou através de um codificador linear.

A configuração anterior usa um codificador rotativo para determinar a posição do slide a partir do pitch de parafuso de alimentação. Portanto, a unidade deve transferir forças grandes e atuar como uma ligação no sistema de medição - fornecendo valores altamente precisos e reproduzir de forma confiável o passo do parafuso. Mas o loop de controle de posição é responsável apenas pelo comportamento do codificador rotativo. Como não pode compensar as alterações na mecânica de direção devido ao desgaste ou temperatura, essa é na verdade a operação de loop semi-fechado. Os erros de posicionamento da unidade tornam -se inevitáveis ​​e degradam a qualidade da peça de trabalho.

Por outro lado, um codificador linear mede a posição de slides e inclui mecânica completa de alimentação no loop de controle da posição (para operação de malha realmente fechada). O jogo e as imprecisões nos elementos de transferência da máquina não influenciam a precisão da medição da posição. Portanto, a precisão depende quase apenas da precisão e instalação do codificador linear. NOTA DE UMA LATERAIS AQUI: A medição direta do codificador também pode melhorar as medidas do movimento do eixo rotativo. As configurações tradicionais usam mecanismos de redução de velocidade que se conectam a um codificador rotativo no motor, mas os codificadores de ângulo de alta precisão oferecem melhor precisão e reprodutibilidade.

Maneiras pelas quais o correio de bola aborda o calor

Três outras abordagens para lidar com o calor da bola têm suas próprias limitações.

1. Alguns parafusos de bola impedem o aquecimento interno (e o aquecimento das peças da máquina circundante) com núcleos ocos para circulação de líquido de arrefecimento. Mas mesmo estes exibem expansão térmica e um aumento de temperatura de apenas 1 K causa erros de posicionamento a 10 μm/m. Isso é significativo porque os sistemas de refrigeração comuns não podem conter variações de temperatura para menos de 1 K.

2. Às vezes, os engenheiros modelam a expansão térmica do parafuso de esfera nos controles. Mas como o perfil de temperatura é difícil de medir durante a operação e é influenciado pelo desgaste da porca de recirculação, taxa de alimentação, forças de corte, faixa de travessia usada e outros fatores, esse método pode causar erros residuais consideráveis ​​(a 50 μm/m) .

3. Alguns parafusos de bola recebem rolamentos fixos nas duas extremidades para aumentar a rigidez da mecânica de acionamento. Mas mesmo rolamentos rígidos extras não podem impedir a expansão da geração local de calor. As forças resultantes são consideráveis ​​e deformam até as configurações mais rígidas do rolamento - às vezes, causando distorções estruturais na geometria da máquina. A tensão mecânica também altera o comportamento de atrito da unidade, degradando a precisão do contorno da máquina. Além disso, a operação de loop semi-fechado não pode compensar os efeitos das alterações de preenchimento de rolamentos devido ao desgaste ou deformação elástica de unidade-mecânica.