Линейные кодеры повышают точность, исправляя ошибки вниз по течению от механических связей.

Линейные энкодеры отслеживают положение оси без промежуточных механических элементов. Кодеры даже измеряют ошибки передачи из механических связей (таких как вращающиеся к линейной механической устройствам), что помогает управлять правильным для ошибок, происходящих из машины. Таким образом, эта обратная связь позволяет элементам управления объяснять все механики в петлях управления положениями.

Как работает фотоэлектрическое сканирование в кодерах

Многие точные линейные энкодеры работают с помощью оптического или фотоэлектрического сканирования. Короче говоря, считывающая головка отслеживает периодические градации шириной всего несколько микрометров и выводит сигналы с небольшими сигнальными периодами. Стандартом измерения обычно является стеклянное или (для больших измерений) периодические выравнивания стального подшипника - предложения на подложке для носителей. Это беззаботный режим отслеживания позиций.

Используется с инкрементными периодами решетки от 4 до 40 мкм, CRC (абсолютный) кодовой, сканирующий линейные энкодеры, работают с генерацией светового сигнала. Два решетки (на масштабе и сканирование сетки) движутся относительно друг друга. Материал сканирующей сетки прозрачен, но материал шкалы может быть прозрачным или отражающим. Когда они проходят друг друга, падающий свет модулирует. Если пробелы в решетках выровняются, свет проходит. Если линии одной решетки совпадают с зазорами другого, она блокирует свет. Фотоэлектрические клетки преобразуют изменения интенсивности света в электрические сигналы с синусоидальной формой.

Другим вариантом для выпускников с периодами решетки 8 мкм и меньшим количеством мешающего сканирования. Этот линейный режим работы использует дифракционные и световые помехи. Пошаговая решетка служит стандартом измерения, в комплекте с линиями высотой 0,2 мкм на отражающей поверхности. Перед этим находится сканирующая сетка - транспортная решетка с периодом, который соответствует периоду шкалы. Когда световая волна проходит через сетку, он расставается на три частичные волны с -1, 0 и 1 порядком примерно одинаковой интенсивности. Масштабные дифрагируют волны настолько светящейся интенсивности концентрируются в дифракционных порядках 1 и -1. Эти волны снова встречаются на фазовой решетке сетки, где они еще раз дифракции и мешают. Это делает три волны, которые оставляют сканирующую сетку под разными углами. Фотоэлектрические ячейки затем преобразуют чередующуюся интенсивность света в выход электрического сигнала.

В интерференциальном сканировании относительное движение между сеткой и шкалой заставляет дифрагированные волновые фронты подвергаются сдвигу фазы. Когда решетка перемещается на один период, фронт волны первого порядка перемещает одну длину волны в положительном направлении, а длина волны порядка дифракции -1 перемещает одну длину волны в отрицательном. Две волны мешают друг другу при выходе из решетки, поэтому сдвиньтесь относительно друг друга на две длины волн (для двух сигнальных периодов от перемещения всего одного периода решетки).

Два вариации сканирования энкодера

Некоторые линейные кодеры проводят абсолютные измерения, поэтому значение позиции всегда доступно, когда машина включена, а электроника может ссылаться на это в любое время. Нет необходимости перемещать оси в ссылку. Масштабной выпуск имеет последовательную абсолютную структуру кода, и отдельная инкрементная трека интерполируется для значения позиции, одновременно генерируя необязательный инкрементный сигнал.

Напротив, линейные энкодеры, работающие от инкрементного измерения, используют градуирования с периодической решеткой, а энкодеры считают индивидуальные приращения (измерение этапов) от некоторого происхождения, чтобы получить положение. Поскольку эта настройка использует абсолютную ссылку на выявленные позиции, масштабные ленты для этих настройки поставляются со второй дорожкой со ссылкой.

Положение абсолютного масштаба, установленное эталонной меткой, закрывается с ровно одним сигнальным периодом. Таким образом, головка чтения должна найти и сканировать эталонную отметку, чтобы установить абсолютную ссылку или найти последнюю выбранную датума (который иногда требует длинных эталонных прогонов).

Линейные итерации энкодера

Одной из проблем в линейной интеграции энкодера является то, что устройства работают прямо на оси движения, поэтому подвергаются воздействию машины. По этой причине некоторые линейные энкодеры запечатаны. Алюминиевый корпус защищает масштаб, сканирующую карету и его направляющую от чипсов, пыли и жидкости, а также эластичные губы, ориентированные на нисходя, запечатывают корпус. Здесь сканирующая карета путешествует по шкале в руководстве с низким содержанием фарцирования. Связь соединяет сканирующую экипаж с монтажным блоком и компенсирует смещение между шкалами и машинными направлениями. В большинстве случаев боковые и осевые смещения от ± от 0,2 до ± 0,3 мм между масштабным и монтажным блоком допустимы.

Показательный пример: применение машинного инструмента

Производительность и точность имеют первостепенное значение для множества приложений, но изменение условий работы часто делает эти цели проектирования сложными. Рассмотрим машины. Производство деталей перешло к все более небольшим размерам партии, поэтому настройки должны поддерживать точность при различных нагрузках и инсультах. Возможно, наиболее требовательной является обработка аэрокосмических частей, которая требует максимальной резки для резания для обработки обработки, а затем максимальная точность для последующих процессов отделки.

Более конкретно, плесень для фрезерования требует быстрого удаления материала и высокого качества поверхности после отделки. В то же время, только быстрые скорости подачи контуров позволяют машинах выходить из минимальных расстояний между путями в приемлемое время обработки. Но особенно с небольшими производственными партиями, практически невозможно поддерживать термически стабильные условия. Это связано с тем, что изменения между буровыми операциями, черновой и отделкой способствуют колебаниям в машинных температурах.

Более того, точность заготовки является ключом к тому, чтобы сделать заказы на производство прибыльными. Во время операций на грубых уровнях ставки фрезерования увеличиваются до 80% или лучше; Значения ниже 10% являются общими для отделки.

Проблема заключается в том, что все более высокие ускорения и скорость подачи вызывают нагрев в подкомпонентах линейных приводов кормления машин, особенно те, которые используют шариковые винограды с вращающимися моторами. Таким образом, измерение положения необходимо для стабилизации поправки машинного инструмента для теплового поведения.

Способы решения проблем с термической нестабильностью

Активное охлаждение, симметричные машины и измерения температуры и поправки уже являются общими способами устранения термически индуцированных изменений точности. Еще один подход заключается в том, чтобы исправить особенно распространенный способ теплового дрейфа-то, что у вращающихся моторных оси, включающих рециркуляционные шариковые вины. Здесь температура вдоль шарикового вида может быстро измениться с скоростями корма и движущимися силами. Полученные изменения в длине (обычно 100 мкм/м в течение 20 минут) могут вызвать значительные недостатки заготовки. Два варианта здесь состоит в том, чтобы измерить численно контролируемую ось подачи через шариковое вино с вращающимся кодером или через линейный энкодер.

В первой установке используется вращающийся энкодер для определения положения слайда из шага с подсветкой. Таким образом, привод должен переносить большие силы и действовать как связь в измерительной системе - обеспечивая высокие точные значения и надежно воспроизводят винтный шаг. Но петля управления положением учитывает только поведение вращения. Поскольку он не может компенсировать изменения в механике вождения из-за износа или температуры, это фактически является полузакрытой работой. Ошибки позиционирования привода становятся неизбежными и разрушают качество заготовки.

Напротив, линейный энкодер измеряет положение слайда и включает в себя полную механику подачи в петле управления положением (для поистине операции с замкнутым контуром). Игра и неточности в элементах передачи машины не влияют на точность измерения положения. Таким образом, точность зависит от точности и установки линейного энкодера. Одно из примечания здесь: Прямое измерение энкодера также может улучшить измерения движения по ось вращения вращения. Традиционные установки используют механизмы скоростного снижения, которые соединяются с вращающимся энкодером на двигателе, но энкодеры с высокой точностью угла обеспечивают лучшую точность и воспроизводимость.

Способы, которые дизайн шарика обращается за тепло

Три других подхода для решения тепла с шариком имеют свои ограничения.

1. Некоторые шариковые вины предотвращают внутреннее нагревание (и нагрев деталей окружающих машин) с полыми ядрами для циркуляции охлаждающей жидкости. Но даже они демонстрируют тепловое расширение, а повышение температуры на 1 К вызывает ошибки позиционирования до 10 мкм/м. Это важно, потому что общие системы охлаждения не могут содержать изменения температуры до менее 1 К.

2. Иногда инженеры моделируют тепловое расширение шарикового винта в элементах управления. Но поскольку температурный профиль трудно измерить во время работы и зависит от износа рециркуляционного шарикового гайки, скорости подачи, сил резки, используемого диапазона траверсов и других факторов, этот метод может вызвать значительные остаточные ошибки (до 50 мкм/м).

3. Некоторые шариковые виды получают фиксированные подшипники на обоих концах, чтобы повысить жесткость механики привода. Но даже дополнительные жесткие подшипники не могут предотвратить расширение от местного тепла. Полученные силы значительны и деформируются даже самые жесткие конфигурации подшипника - иногда даже вызывая структурные искажения в геометрии машины. Механическое натяжение также меняет поведение трения привода, разжигая точность контурирования машины. Более того, операция полузакрытой петли не может компенсировать эффекты изменений в предложении подшипника из-за износа или упругого привода-механической деформации.