אנקודרים ליניאריים משפרים את הדיוק על ידי תיקון שגיאות במורד הזרם של קישורים מכניים.

אנקודרים ליניאריים עוקבים אחר מיקום הציר ללא אלמנטים מכניים ביניים. האנקודרים אף מודדים שגיאות העברה מחיבורים מכניים (כגון התקנים מכניים סיבוביים-ליניאריים), מה שעוזר לבקרות לתקן שגיאות שמקורן במכונה. לפיכך, משוב זה מאפשר לבקרות להתחשב בכל המכניקה בלולאות בקרת המיקום.

כיצד סריקה פוטואלקטרית פועלת במקודדים

מקודדים ליניאריים מדויקים רבים פועלים באמצעות סריקה אופטית או פוטואלקטרית. בקיצור, ראש קריאה עוקב אחר מדרגות מחזוריות ברוחב של כמה מיקרומטרים בלבד ופולט אותות עם מחזורי אות קצרים. תקן המדידה הוא בדרך כלל זכוכית או (עבור אורכי מדידה גדולים) פלדה הנושאת מדרגות מחזוריות - סימנים על מצע הנשא. זהו מצב ללא מגע של מעקב מיקום.

מקודדים ליניאריים לסריקת תמונה באמצעות קוד PRC (מוחלט), המשמשים עם תקופות סריגה מצטברות בין 4 ל-40 מיקרומטר, פועלים עם יצירת אותות אור. שני סריגים (על הסקאלה ועל רשתית הסריקה) נעים זה יחסית לזה. החומר של רשתית הסריקה שקוף, אך החומר של הסקאלה יכול להיות שקוף או מחזיר אור. כאשר השניים עוברים זה את זה, האור הפוגע מווסת. אם הפערים בסריגים מתיישרים, האור עובר דרכם. אם הקווים של סריג אחד חופפים לפערים של השני, הוא חוסם את האור. תאים פוטו-וולטאיים ממירים את השינויים בעוצמת האור לאותות חשמליים בעלי צורה סינוסואידלית.

אפשרות נוספת לסריקות עם מחזורי סריג של 8 מיקרון ומטה היא סריקה הפרעות. מצב פעולה זה של מקודד ליניארי ממנף דיפרקציה והפרעות אור. סריג מדורג משמש כסטנדרט מדידה, הכולל קווים בגובה 0.2 מיקרון על משטח מחזיר אור. לפניו נמצא רשתית סורק - סריג שקוף עם מחזור התואם את זה של הסקאלה. כאשר גל אור עובר דרך הרשתית, הוא מתפרק לשלושה גלים חלקיים בסדרי דיפרקציה של 1-, 0- ו-1 בעלי עוצמה שווה בערך. הסקאלה מפזרת את הגלים כך שעוצמת האור מתרכזת בסדרי דיפרקציה של 1 ו-1-. גלים אלה נפגשים שוב בסריג הפאזה של הרשתית, שם הם מתפרקים שוב ומתערבים. זה יוצר שלושה גלים שעוזבים את רשתית הסריקה בזוויות שונות. תאים פוטו-וולטאיים ממירים לאחר מכן את עוצמת האור המתחלפת לפלט אות חשמלי.

בסריקה אינטרפרנציאלית, תנועה יחסית בין הרשתית לקנה המידה גורמת לחזיתות הגל המעוותות לעבור הזזת פאזה. כאשר הסריגה זזה במחזור אחד, חזית הגל מסדר ראשון זזה באורך גל אחד בכיוון החיובי, וחזית הגל מסדר עקיפה -1 זזה באורך גל אחד בכיוון השלילי. שני הגלים מפריעים זה לזה ביציאה מהסריגה, ולכן הם זזים זה מזה בשני אורכי גל (למשך שתי מחזורי אות מתנועה של מחזור סריגה אחד בלבד).

שתי וריאציות של סריקת מקודד

חלק מהמקודדים הליניאריים מבצעים מדידות מוחלטות, כך שערך המיקום זמין תמיד כאשר המכונה מופעלת, והאלקטרוניקה יכולה להפנות אותו בכל עת. אין צורך להזיז צירים להפניה. דרג הסקאלה כולל מבנה קוד מוחלט סדרתי ומסלול אינקרמנטלי נפרד עובר אינטרפולציה עבור ערך המיקום תוך יצירת אות אינקרמנטלי אופציונלי בו זמנית.

לעומת זאת, מקודדים ליניאריים הפועלים על סמך מדידה מצטברת משתמשים בדרגות עם סריג מחזורי, והמקודדים סופרים מדרגות בודדות (צעדי מדידה) מנקודת מוצא כלשהי כדי לקבל מיקום. מכיוון שמערך זה משתמש בייחוס מוחלט כדי לקבוע מיקומים, סרטי קנה מידה עבור מערכות אלו מגיעים עם מסלול שני עם סימן ייחוס.

מיקום קנה המידה המוחלט שנקבע על ידי סימן הייחוס מוגדר על ידי מחזור אות אחד בדיוק. לכן, ראש הקריאה חייב לאתר ולסרוק סימן ייחוס כדי לקבוע ייחוס מוחלט או כדי למצוא את הנתון האחרון שנבחר (מה שלפעמים דורש ריצות ייחוס ארוכות).

איטרציות של מקודד ליניארי

אתגר אחד באינטגרציה של אנקודרים ליניאריים הוא שההתקנים פועלים ממש בציר התנועה, ולכן חשופים לסביבת המכונה. מסיבה זו, חלק מהאנקודרים הלינאריים אטומים. מארז אלומיניום מגן על הסקאלה, גררת הסריקה ונתיב ההובלה שלה מפני שבבים, אבק ונוזלים, ושפתיים אלסטיות המכוונות כלפי מטה אוטמות את המארז. כאן, גררת הסריקה נעה לאורך הסקאלה על מדריך בעל חיכוך נמוך. צימוד מחבר את גררת הסריקה עם בלוק ההרכבה ומפצה על חוסר יישור בין הסקאלה לנתיב ההובלה של המכונה. ברוב המקרים, מותרים סטיות רוחביות וציריות של ±0.2 עד ±0.3 מ"מ בין הסקאלה לבלוק ההרכבה.

דוגמה לכך: יישום של כלי עבודה מכונה

פרודוקטיביות ודיוק הם בעלי חשיבות עליונה עבור יישומים רבים, אך תנאי הפעלה משתנים הופכים לעתים קרובות את יעדי התכנון הללו למאתגרים. קחו למשל את המכונות. ייצור החלקים עבר לגדלים קטנים יותר ויותר של אצווה, ולכן מערכים חייבים לשמור על דיוק תחת עומסים ומהלכים שונים. אולי התובעני ביותר הוא עיבוד שבבי של חלקי חלל, הדורש קיבולת חיתוך מקסימלית עבור תהליכי עיבוד גס ולאחר מכן דיוק מקסימלי עבור תהליכי גימור עוקבים.

באופן ספציפי יותר, תבניות באיכות כרסום דורשות הסרת חומר מהירה ואיכות פני שטח גבוהה לאחר הגימור. יחד עם זאת, רק קצבי הזנה מהירים של חיתוך קווי מתאר מאפשרים למכונות לייצר חלקים עם מרחקים מינימליים בין הנתיבים בזמני עיבוד מקובלים. אבל במיוחד עם אצוות ייצור קטנות, כמעט בלתי אפשרי לשמור על תנאים יציבים מבחינה תרמית. הסיבה לכך היא ששינויים בין פעולות קידוח, חיתוך גס וגימור תורמים לתנודות בטמפרטורות של כלי המכונה.

יתרה מכך, דיוק חומר העבודה הוא המפתח להפיכת הזמנות הייצור לרווחיות. במהלך פעולות החריץ הגולמי, קצב הטחינה עולה ל-80% או יותר; ערכים מתחת ל-10% נפוצים בגימור.

הבעיה היא שתאוצות וקצבי הזנה גבוהים יותר ויותר גורמים לחימום בתת-הרכיבים של הנעות ההזנה הליניאריות של המכונות, במיוחד אלו המשתמשות בברגי כדור המונעים על ידי מנוע סיבובי. לכן, כאן, מדידת מיקום חיונית לייצוב תיקוני כלי המכונה להתנהגות תרמית.

דרכים להתמודד עם בעיות של חוסר יציבות תרמית

קירור אקטיבי, מבני מכונה סימטריים, ומדידות ותיקוני טמפרטורה כבר הן דרכים נפוצות להתמודד עם שינויי דיוק המושרים תרמית. גישה נוספת היא לתקן מצב נפוץ במיוחד של סחיפה תרמית - זה של צירי הזנה המונעים על ידי מנוע סיבובי המשלבים בורגי כדורים מסתובבים. כאן, הטמפרטורות לאורך בורג הכדורים יכולות להשתנות במהירות עם קצב ההזנה וכוחות התנועה. שינויים כתוצאה מכך באורך (בדרך כלל 100 מיקרומטר/מטר תוך 20 דקות) יכולים לגרום לפגמים משמעותיים בחומר העבודה. שתי אפשרויות כאן הן למדוד את ציר ההזנה הנשלט מספרית דרך בורג הכדורים באמצעות מקודד סיבובי או באמצעות מקודד ליניארי.

ההגדרה הקודמת משתמשת במקודד סיבובי כדי לקבוע את מיקום המגלש מפסיעת בורג ההזנה. לכן, ההינע חייב להעביר כוחות גדולים ולפעול כקשר במערכת המדידה - לספק ערכים מדויקים ביותר ולשחזר באופן אמין את פסיעת הבורג. אבל לולאת בקרת המיקום מתחשבת רק בהתנהגות המקודד הסיבובי. מכיוון שהיא אינה יכולה לפצות על שינויים במכניקת ההנעה עקב בלאי או טמפרטורה, זוהי למעשה פעולה בלולאה סגורה למחצה. שגיאות מיקום ההינע הופכות לבלתי נמנעות ופוגעות באיכות חומר העבודה.

לעומת זאת, מקודד ליניארי מודד את מיקום המגלש וכולל מכניקת הזנה מלאה בלולאת בקרת המיקום (לפעולה בלולאה סגורה באמת). משחק ואי דיוקים באלמנטי ההעברה של המכונה אינם משפיעים על דיוק מדידת המיקום. לכן, הדיוק תלוי כמעט אך ורק בדיוק ובהתקנה של המקודד הליניארי. הערה צדדית אחת כאן: מדידה ישירה באמצעות מקודד יכולה גם לשפר את מדידות תנועת הציר הסיבובי. מערכות מסורתיות משתמשות במנגנוני הפחתת מהירות שמתחברים למקודד סיבובי במנוע, אך מקודדי זווית בעלי דיוק גבוה מספקים דיוק ושחזור טובים יותר.

דרכים בהן עיצוב בורג כדורים מתייחס לחום

לשלוש גישות נוספות להתמודדות עם חום בורג הכדורים יש מגבלות משלהן.

1. חלק מבורגי הכדור מונעים חימום פנימי (וחימום של חלקי המכונה הסובבים) עם ליבות חלולות למחזור נוזל קירור. אבל אפילו אלה מפגינים התפשטות תרמית, ועלייה בטמפרטורה של 1K בלבד גורמת לשגיאות מיקום של עד 10 מיקרומטר/מטר. זה משמעותי מכיוון שמערכות קירור נפוצות אינן יכולות להחזיק שינויי טמפרטורה של פחות מ-1K.

2. לפעמים מהנדסים ממדלים את ההתפשטות התרמית של בורג הכדור בבקרות. אך מכיוון שפרופיל הטמפרטורה קשה למדידה במהלך הפעולה ומושפע מבלאי של אום הכדור המסתובב, קצב ההזנה, כוחות החיתוך, טווח המעבר בו נעשה שימוש וגורמים אחרים, שיטה זו עלולה לגרום לשגיאות שיוריות ניכרות (עד 50 מיקרומטר/מטר).

3. לחלק מבורגי הכדור יש מיסבים קבועים בשני הקצוות כדי להגביר את קשיחות מכניקת ההינע. אבל אפילו מיסבים קשיחים במיוחד אינם יכולים למנוע התפשטות כתוצאה מיצירת חום מקומי. הכוחות הנובעים מכך הם ניכרים, ומעוותים אפילו את תצורות המיסבים הקשיחות ביותר - ולפעמים אף גורמים לעיוותים מבניים בגיאומטריית המכונה. מתח מכני משנה גם את התנהגות החיכוך של ההינע, ופוגע בדיוק עיצוב המכונה. יתרה מכך, פעולה בלולאה סגורה למחצה אינה יכולה לפצות על השפעות השינויים בעומס מקדים של המיסב עקב שחיקה או עיוות אלסטי של מכניקת ההינע.