Лінійні кодери підвищують точність, виправляючи помилки нижче за течією механічних зв'язків.

Лінійні кодери відстежують положення осі без проміжних механічних елементів. Кодери навіть вимірюють помилки передачі від механічних зв'язків (наприклад, обертових до лінійних механічних пристроїв), які допомагають контролювати правильні помилки, що походять від машини. Таким чином, цей зворотний зв'язок дозволяє керувати врахувати всю механіку в петлях контролю позиції.

Як працює фотоелектричне сканування в кодерах

Багато точних лінійних кодерів працюють шляхом оптичного або фотоелектричного сканування. Коротше кажучи, зчитувана головка відстежує періодичні випускання всього в ширину кілька мікрометрів і виводить сигнали з невеликими сигналами. Стандарт вимірювання зазвичай скляний або (для великих вимірювальних довжин) сталевий підшипник періодичні випускні - ознаки на підкладці носія. Це режим відстеження позиції без контакту.

Використовується з поступовими періодами решітки між 4 і 40 мкм, лінійні кодери, що склали код (абсолютне) коду, працюють із генерацією світлого сигналу. Два решітки (за шкалою та скануванням сітки) рухаються відносно один одного. Матеріал сканування сітки прозорий, але матеріал масштабу може бути прозорим або відбивним. Коли двоє проходять один одного, модулює інцидентне світло. Якщо прогалини в грантів вирівнюються, світло проходить через. Якщо лінії однієї решітки збігаються з зазорами іншого, вона блокує світло. Фотоелектричні клітини перетворюють зміни інтенсивності світла в електричні сигнали з синусоїдальною формою.

Іншим варіантом для випускних періодів решітки 8 мкм і меншим є інтерференційне сканування. Цей режим експлуатації лінійного ender використовує дифракцію та запаси світла. Крок -решітка служить стандартом вимірювання, у комплекті з висотою 0,2 мкм на відбитній поверхні. Перед цим - скануюча сітка - прозора решітка з періодом, який відповідає масштабі. Коли легка хвиля проходить через сітку, вона дифрактує на три часткові хвилі з -1, 0 та 1 порядками приблизно рівної інтенсивності. Шкала дифрактує хвилі настільки світлу інтенсивність концентрату в порядках дифракції 1 і -1. Ці хвилі знову зустрічаються на фазовій решітці сітки, де вони ще раз дифрактують і втручаються. Це робить три хвилі, які залишають скануючу сітку під різними кутами. Потім фотоелектричні клітини перетворюють змінюючу інтенсивність світла в електричний сигнал.

При інтерференціальному скануванні відносний рух між сіткою та масштабом спричиняє дифракційні хвильові фронти зазнає фазового зсуву. Коли решітка рухається на один період, хвильова фронт першого порядку рухається однією довжиною хвилі в позитивному напрямку, а довжина хвилі порядок дифракції -1 рухається однією довжиною хвилі в негативі. Дві хвилі перешкоджають один одному при виході з решітки, тому перемикаються відносно один одного на дві довжини хвилі (на два періоди сигналу від переміщення лише одного періоду решітки).

Два варіації сканування кодера

Деякі лінійні кодери роблять абсолютні вимірювання, тому значення позиції завжди доступне, коли машина увімкнена, а електроніка може посилатися на неї в будь -який час. Не потрібно переміщувати осі на довідку. Випускний масштаб має послідовну структуру абсолютного коду, а окрема додаткова доріжка інтерполюється для значення позиції, одночасно генеруючи додатковий додатковий сигнал.

На відміну від цього, лінійні кодери, що працюють з поступовим вимірювальним використанням, з періодичною решіткою, а кодери підраховують індивідуальні кроки (вимірювальні етапи) від певного походження для отримання положення. Оскільки ця установка використовує абсолютне посилання для встановлення позицій, масштабні стрічки для цих налаштувань оснащені другою доріжкою з еталонною позначкою.

Абсолютне положення масштабу, встановлене еталонною позначкою, обкладено рівно одним періодом сигналу. Таким чином, голова читання повинна знайти та сканувати довідковий знак, щоб встановити абсолютну довідку або знайти останню вибрану дату (яка іноді вимагає довготривалих довідкових запусків).

Ітерації лінійного кодера

Одним із викликів в інтеграції лінійного кодера є те, що пристрої працюють прямо на осі руху, тому піддаються машинному середовищу. З цієї причини деякі лінійні кодери запечатані. Алюмінієвий корпус захищає масштаб, сканування вагони та його путівника від стружок, пилу та рідин, а також орієнтованих на вниз еластичні губи ущільнюють корпус. Тут скануюча карета подорожує за шкалою на посібнику з низьким рівнем фрикції. Зв'язок з'єднує вагон з скануванням з монтажним блоком і компенсує нерівність між шкалою та машинами. У більшості випадків допустимі бічні та осьові зсуви ± 0,2 до ± 0,3 мм між шкалою та монтажним блоком.

Корпус у суті: Застосування машинобудування

Продуктивність та точність є першорядними для безлічі додатків, але зміна умов експлуатації часто робить ці цілі дизайну складними. Розглянемо верстат. Виробництво деталей переміщується на все більш невеликі розміри партії, тому налаштування повинні підтримувати точність під різними навантаженнями та інсультами. Мабуть, найвибагливішим є обробка аерокосмічних деталей, яка потребує максимальної ріжучої ємності для грубих процесів, а потім максимальна точність для подальших процесів обробки.

Більш конкретно, якість фрезерних форм потребує швидкого видалення матеріалу та високої якості поверхні після закінчення. У той же час, лише швидкість контурування подачі дозволяє машинам виводити деталі з мінімальними відстанями між шляхами прийнятних часів обробки. Але особливо з невеликими партіями виробництва, майже неможливо підтримувати термічно стабільні умови. Це тому, що зміни між бурінням, грубими та обробними операціями сприяють коливам температури машинобудування.

Більше того, точність заготовки є ключовою для отримання виробничих замовлень вигідними. Під час грубих операцій рівень фрезерування збільшується до 80% або краще; Значення нижче 10% поширені для обробки.

Проблема полягає в тому, що все більш високі прискорення та швидкість корму викликають нагрівання в підкомпонентів лінійних приводів машин, особливо тих, що використовують керовані поворотними рушіями. Отже, вимірювання положення є важливим для стабілізації виправлень машинного інструменту для теплової поведінки.

Способи вирішення проблем термічної нестабільності

Активне охолодження, симетричні машинні структури та вимірювання температури та виправлення вже є поширеними способами подолання термічно індукованих змін точності. Ще одним підходом є виправлення особливо поширеного режиму теплового дрейфу-що обертово-моторно-керовані подачі, що містять рециркуляційні кулі. Тут температура вздовж кульки може швидко змінюватися зі швидкістю подачі та переміщенням сил. В результаті зміни довжини (як правило, 100 мкм/м протягом 20 хвилин) можуть спричинити значні недоліки заготовки. Два варіанти тут - виміряти чисельно керовану вісь подачі через кулькову плиту за допомогою обертового кодера або через лінійний кодер.

Перша установка використовує обертовий кодер для визначення положення слайда з кроку подачі. Отже, привід повинен передавати великі сили і діяти як зв’язок у вимірювальній системі - забезпечити високоточні значення та надійно відтворювати гвинтовий крок. Але цикл контролю позиції лише стосується поведінки обертового такодерного. Оскільки він не може компенсувати зміни в механіці водіння через знос або температуру, це фактично напівзакрита цикл. Помилки позиціонування приводу стають неминучими та погіршують якість заготовки.

На відміну від цього, лінійний кодер вимірює положення ковзання і включає повну механіку подачі в цикл управління положеннями (для справді роботи із закритим циклом). Гра та неточності в елементах передачі машини не впливають на точність вимірювання позиції. Отже, точність майже залежить лише від точності та встановлення лінійного кодера. Одна сторона тут: Пряме вимірювання кодера також може покращити вимірювання руху обертової осі. Традиційні установки використовують механізми зменшення швидкості, які з'єднуються з обертовим кодером на двигуні, але кутові кодери високої точної точної відповідності забезпечують кращу точність та відтворюваність.

Способи, які дизайн Ballscrew звертається до тепла

Три інші підходи до боротьби з Ballscrew Heat мають власні обмеження.

1. Деякі кулі запобігають внутрішньому нагріву (і нагріву навколишніх деталей машин) з порожнистими ядрами для циркуляції теплоносія. Але навіть ці демонструють теплове розширення, і підвищення температури лише на 1 К викликає помилки позиціонування до 10 мкМ/м. Це важливо, оскільки звичайні системи охолодження не можуть утримувати коливання температури менше 1 К.

2. Іноді інженери моделюють теплове розширення кульки в елементах управління. Але оскільки профілю температури важко виміряти під час роботи і на нього впливає знос рециркулюючої кульової гайки, швидкості подачі, сили різання, застосовуваного діапазону та інших факторів, цей метод може спричинити значні залишкові помилки (до 50 мкм/м) .

3. Деякі кульові креві отримують фіксовані підшипники на обох кінцях, щоб підвищити жорсткість механіки приводу. Але навіть додаткові жорсткі підшипники не можуть запобігти розширенню від місцевого виробництва тепла. Отримані сили є значними, і деформують навіть найжорсткіші конфігурації підшипника - іноді навіть спричиняють структурні спотворення в геометрії машини. Механічне напруження також змінює поведінку тертя приводу, погіршуючи точність контурування машини. Більше того, операція з напівзакритою циклом не може компенсувати наслідки зміни підшипника через знос або еластичну деформацію приводу.