Doğrusal kodlayıcılar, mekanik bağlantıların aşağısındaki hataları düzelterek doğruluğu artırır.

Doğrusal kodlayıcılar eksen konumunu ara mekanik elemanlar olmadan takip eder. Kodlayıcılar, mekanik bağlantılardan (dönerden doğrusala mekanik cihazlar gibi) kaynaklanan transfer hatalarını bile ölçer; bu da kontrollerin makineden kaynaklanan hataları düzeltmesine yardımcı olur. Böylece bu geri bildirim, kontrollerin konum kontrol döngülerindeki tüm mekaniği hesaba katmasını sağlar.

Kodlayıcılarda fotoelektrik tarama nasıl çalışır?

Birçok hassas doğrusal kodlayıcı, optik veya fotoelektrik taramayla çalışır. Kısacası, bir okuma kafası yalnızca birkaç mikrometre genişliğindeki periyodik derecelendirmeleri takip eder ve küçük sinyal periyotlarıyla sinyallerin çıktısını verir. Ölçüm standardı genellikle cam veya (büyük ölçüm uzunlukları için) taşıyıcı alt tabaka üzerinde periyodik derecelendirme işaretleri taşıyan çeliktir. Temassız bir konum izleme modudur.

4 ila 40 μm arasındaki artımlı ızgara periyotlarıyla kullanılan PRC (mutlak) kodlu görüntü taramalı doğrusal kodlayıcılar, ışık sinyali üretimiyle çalışır. İki ızgara (ölçek ve tarama ağı üzerinde) birbirine göre hareket eder. Tarama retikülünün malzemesi şeffaftır ancak ölçeğin malzemesi şeffaf veya yansıtıcı olabilir. İkisi birbirinin yanından geçtiğinde, gelen ışık modülasyona uğrar. Izgaralardaki boşluklar hizalanırsa ışık geçer. Bir ızgaranın çizgileri diğerinin boşluklarıyla çakışırsa ışığı engeller. Fotovoltaik hücreler, ışık yoğunluğundaki değişiklikleri sinüzoidal formda elektrik sinyallerine dönüştürür.

8 μm ve daha küçük ızgara periyoduna sahip derecelendirmeler için başka bir seçenek de girişimsel taramadır. Bu doğrusal kodlayıcı çalışma modu, kırınım ve ışık girişiminden yararlanır. Yansıtıcı bir yüzey üzerinde 0,2 μm yüksekliğinde çizgilerle tamamlanan basamaklı bir ızgara, ölçüm standardı olarak hizmet eder. Bunun önünde bir tarama ağı var; ölçeğinkiyle eşleşen bir noktaya sahip şeffaf bir ızgara. Bir ışık dalgası retikülden geçtiğinde, kabaca eşit yoğunlukta -1, 0 ve 1 dereceli üç kısmi dalgaya kırılır. Ölçek, dalgaları kırınıma uğratarak ışık yoğunluğunun kırınım dereceleri 1 ve -1'de yoğunlaşmasını sağlar. Bu dalgalar, retikülün faz ızgarasında tekrar buluşur ve burada bir kez daha kırılır ve girişim yapar. Bu, tarama retikülünü farklı açılarda terk eden üç dalga oluşturur. Fotovoltaik hücreler daha sonra alternatif ışık yoğunluğunu elektrik sinyali çıkışına dönüştürür.

Girişimsel taramada, retikül ve ölçek arasındaki göreceli hareket, kırılan dalga cephelerinin bir faz kaymasına uğramasına neden olur. Izgara bir periyot hareket ettiğinde, birinci dereceden dalga cephesi bir dalga boyunu pozitif yönde hareket ettirir ve kırınım derecesi -1'in dalga boyu negatif yönde bir dalga boyu hareket eder. Izgaradan çıkarken iki dalga birbirine müdahale eder, bu nedenle birbirlerine göre iki dalga boyu kadar kayarlar (yalnızca bir ızgara periyodundaki bir hareketten iki sinyal periyodu için).

İki kodlayıcı tarama varyasyonu

Bazı doğrusal kodlayıcılar mutlak ölçümler yapar, böylece makine açıkken konum değeri her zaman kullanılabilir ve elektronik cihazlar buna her zaman başvurabilir. Eksenleri bir referansa taşımaya gerek yoktur. Ölçek derecelendirmesi bir seri mutlak kod yapısına sahiptir ve eşzamanlı olarak isteğe bağlı bir artımlı sinyal üretirken konum değeri için ayrı bir artımlı iz enterpolasyonu yapılır.

Buna karşılık, artımlı ölçümle çalışan doğrusal kodlayıcılar, periyodik ızgaralı derecelendirmeleri kullanır ve kodlayıcılar, konumu elde etmek için bazı başlangıç ​​noktalarından bireysel artışları (ölçüm adımları) sayar. Bu kurulum, konumları belirlemek için mutlak bir referans kullandığından, bu kurulumlar için ölçek bantları, referans işaretli ikinci bir iz ile birlikte gelir.

Referans işareti tarafından belirlenen mutlak ölçek konumu tam olarak bir sinyal periyoduyla kapatılır. Dolayısıyla okuma kafası, mutlak bir referans oluşturmak veya son seçilen veriyi bulmak için (bazen uzun stroklu referans çalıştırmaları gerektirir) bir referans işaretini bulmalı ve taramalıdır.

Doğrusal kodlayıcı yinelemeleri

Doğrusal kodlayıcı entegrasyonundaki zorluklardan biri, cihazların doğrudan hareket ekseninde çalışması ve dolayısıyla makine ortamına açık olmasıdır. Bu nedenle bazı doğrusal kodlayıcılar mühürlenmiştir. Alüminyum muhafaza teraziyi, tarama taşıyıcısını ve kılavuz yolunu talaşlardan, tozdan ve sıvılardan korur ve aşağı doğru yönlendirilmiş elastik dudaklar muhafazayı kapatır. Burada tarama taşıyıcısı düşük sürtünmeli bir kılavuz üzerinde terazi boyunca hareket eder. Bir bağlantı, tarama taşıyıcısını montaj bloğuna bağlar ve terazi ile makine kılavuzları arasındaki yanlış hizalamayı telafi eder. Çoğu durumda, ölçek ile montaj bloğu arasında ±0,2 ila ±0,3 mm'lik yanal ve eksenel sapmalara izin verilir.

Konuya ilişkin örnek: Takım tezgahı uygulaması

Üretkenlik ve doğruluk, sayısız uygulama için çok önemlidir, ancak değişen çalışma koşulları çoğu zaman bu tasarım hedeflerini zorlaştırır. Takım tezgahlarını düşünün. Parçaların imalatı giderek daha küçük parti boyutlarına doğru ilerledi, bu nedenle kurulumların çeşitli yükler ve stroklar altında doğruluğu koruması gerekiyor. Belki de en zorlu olanı, kaba işleme işlemleri için maksimum kesme kapasitesine ve ardından sonraki ince işleme işlemleri için maksimum hassasiyete ihtiyaç duyan havacılık parçalarının işlenmesidir.

Daha spesifik olarak, frezeleme kalitesindeki kalıplar, bitirme sonrasında hızlı malzeme kaldırma ve yüksek yüzey kalitesi gerektirir. Aynı zamanda, yalnızca yüksek kontur besleme hızları, makinelerin kabul edilebilir işleme süreleri içinde yollar arasındaki minimum mesafelerle parça üretmesine olanak tanır. Ancak özellikle küçük üretim partilerinde termal olarak stabil koşulları korumak neredeyse imkansızdır. Bunun nedeni delme, kaba işleme ve ince talaş işleme operasyonları arasındaki değişikliklerin takım tezgahı sıcaklıklarındaki dalgalanmalara katkıda bulunmasıdır.

Dahası, iş parçası doğruluğu, üretim siparişlerini kârlı hale getirmenin anahtarıdır. Kaba işleme operasyonları sırasında frezeleme oranları %80 veya daha iyisine çıkar; %10'un altındaki değerler ince talaş işleme için yaygındır.

Sorun, gittikçe artan ivmelenmelerin ve ilerleme hızlarının, özellikle döner motorla çalıştırılan bilyalı vidalar kullanan makinelerin doğrusal besleme tahriklerinin alt bileşenlerinde ısınmaya neden olmasıdır. Dolayısıyla burada, termal davranışa yönelik takım tezgahı düzeltmelerini stabilize etmek için konum ölçümü çok önemlidir.

Termal kararsızlık sorunlarını gidermenin yolları

Aktif soğutma, simetrik makine yapıları ve sıcaklık ölçümleri ve düzeltmeleri, termal olarak tetiklenen doğruluk değişikliklerini ele almanın halihazırda yaygın yollarıdır. Yine başka bir yaklaşım, özellikle yaygın bir termal sürüklenme modunu (geri dönen vidalı milleri içeren döner motorla çalıştırılan besleme eksenleri) düzeltmektir. Burada bilyalı vida boyunca sıcaklıklar, ilerleme hızları ve hareket eden kuvvetlerle hızla değişebilir. Uzunlukta ortaya çıkan değişiklikler (tipik olarak 20 dakika içinde 100 μm/m) önemli iş parçası kusurlarına neden olabilir. Buradaki iki seçenek, sayısal olarak kontrol edilen besleme eksenini bilyalı vida aracılığıyla döner kodlayıcıyla veya doğrusal kodlayıcıyla ölçmektir.

Önceki kurulum, besleme vidası adımından kızak konumunu belirlemek için bir döner kodlayıcı kullanır. Bu nedenle sürücünün büyük kuvvetleri aktarması ve ölçüm sisteminde bir bağlantı görevi görmesi, son derece doğru değerler sağlaması ve vida adımını güvenilir bir şekilde yeniden üretmesi gerekir. Ancak konum kontrol döngüsü yalnızca döner kodlayıcı davranışını hesaba katar. Aşınma veya sıcaklığa bağlı olarak sürüş mekaniğinde meydana gelen değişiklikleri telafi edemediğinden bu aslında yarı kapalı döngü işlemidir. Sürücü konumlandırma hataları kaçınılmaz hale gelir ve iş parçası kalitesini düşürür.

Buna karşılık, doğrusal bir kodlayıcı, kaydırma konumunu ölçer ve konum kontrol döngüsünde tam besleme mekaniğini içerir (gerçekten kapalı döngü çalışması için). Makinenin aktarma elemanlarındaki boşluk ve hataların konum ölçüm doğruluğu üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Dolayısıyla doğruluk neredeyse yalnızca doğrusal kodlayıcının hassasiyetine ve kurulumuna bağlıdır. Burada bir yan not: Doğrudan kodlayıcı ölçümü aynı zamanda döner eksen hareketinin ölçümlerini de iyileştirebilir. Geleneksel kurulumlar, motordaki döner kodlayıcıya bağlanan hız azaltma mekanizmalarını kullanır, ancak yüksek doğruluklu açılı kodlayıcılar daha iyi doğruluk ve tekrarlanabilirlik sağlar.

Bilyalı vida tasarımının ısıyı giderme yolları

Bilyalı vida ısısını ele almaya yönelik diğer üç yaklaşımın da kendi sınırlamaları vardır.

1. Bazı bilyalı vidalar, soğutma sıvısı sirkülasyonu için içi boş göbeklerle dahili ısınmayı (ve çevredeki makine parçalarının ısınmasını) önler. Ancak bunlar bile termal genleşme sergiler ve yalnızca 1 K'lik bir sıcaklık artışı, 10 μm/m'ye kadar konumlandırma hatalarına neden olur. Bu önemli çünkü yaygın soğutma sistemleri sıcaklık değişimlerini 1 K'nin altında tutamaz.

2. Bazen mühendisler kontrollerde bilyalı vidanın termal genleşmesini modellerler. Ancak çalışma sırasında sıcaklık profilinin ölçülmesi zor olduğundan ve bilyalı somunun aşınmasından, ilerleme hızından, kesme kuvvetlerinden, kullanılan çapraz aralıktan ve diğer faktörlerden etkilendiğinden, bu yöntem önemli artık hatalara (50 μm/m'ye kadar) neden olabilir. .

3. Bazı vidalı millerin her iki ucunda da tahrik mekaniğinin sağlamlığını artırmak için sabit yataklar bulunur. Ancak ekstra sert yataklar bile yerel ısı oluşumundan kaynaklanan genleşmeyi engelleyemez. Ortaya çıkan kuvvetler dikkate değerdir ve en sert rulman konfigürasyonlarını bile deforme eder, hatta bazen makine geometrisinde yapısal bozulmalara neden olur. Mekanik gerilim aynı zamanda tahrikin sürtünme davranışını da değiştirerek makinenin kontur doğruluğunu azaltır. Dahası, yarı kapalı döngü çalışması, aşınma veya elastik tahrik mekaniği deformasyonundan kaynaklanan rulman ön yükü değişikliklerinin etkilerini telafi edemez.