1. ¿Qué es una regla de rejilla?
Una regla de rejilla, entendida simplemente, es una regla. Por ejemplo, ¿ha utilizado alguna vez un pie de rey o una cinta métrica? Hay escalas en la regla. Estas escalas sirven como punto de referencia. Sólo necesita comparar el objeto a medir con la escala del pie de rey para medir la longitud. ., tamaño, profundidad y otra información. De manera similar, hay "escalas" en la regla de rejilla. Esta escala se llama rejilla y está grabada en la regla mediante fotolitografía. Sin embargo, no lee la información a través del ojo humano, sino a través de un cabezal de lectura correspondiente. Obtenga información de ubicación.
El principio real es mucho más complicado: una rejilla es una serie de franjas y hendiduras hechas en una regla de cinta de vidrio o acero. El ancho de una franja y una hendidura se llama paso de rejilla. Un paso de rejilla común es de 20 um.
Cada vez que el cabezal de lectura escanea un tono de rejilla, genera un ciclo de señal de onda sinusoidal. Esta señal luego se subdivide mediante un circuito electrónico (ya sea integrado en el cabezal de lectura o en una caja de subdivisión externa), como 5, 10, 50 , subdivisión 100 veces. , por lo que se puede lograr una resolución muy alta.
Por ejemplo, si un paso de rejilla de 20 um se subdivide 50 veces, el período es 0,4 um, que es la resolución mencionada por el fabricante .
2. Cómo el cabezal de lectura escanea la trama para leer datos
Como se muestra en la siguiente figura, el cabezal de lectura tiene una rejilla indicadora (retícula de escaneo) con el mismo paso de rejilla que el cuerpo de la escala, y el propio cabezal de lectura tiene una fuente de luz LED. Cuando el cabezal de lectura se mueve en relación con la escala de rejilla ( Escala), la luz LED pasa a través de la lente de enfoque. Luego (lente del condensador), la luz se ilumina en la regla de la rejilla, y luego la luz pasa a través de la rendija de la rejilla y se difracta al fotodetector (fotocélulas) del cabezal de lectura. produciendo así franjas de interferencia sinusoidales de luz y oscuridad alternadas en el plano del detector.
Luego, el detector convierte estas franjas en señales eléctricas sinusoidales, que son amplificadas y moldeadas por el circuito para obtener dos señales sinusoidales o de onda cuadrada A y B con una diferencia de fase de 90 grados.
El número de ciclos de una onda sinusoidal o cuadrada es proporcional a la distancia recorrida. Cuando la regla se mueve hacia adelante, la señal A adelanta a la señal B 90 grados. Cuando la regla se mueve en dirección inversa, la señal A se retrasa 90 grados con respecto a la señal B.
Si se convierte en una señal de onda cuadrada y se subdivide 4 veces, habrá 4 flancos ascendentes en un ciclo. La resolución en este momento solo corresponde a un flanco ascendente, que es 1/4 de ciclo (pulso).
Cabe señalar que en realidad el fotodetector y el LED están en el mismo lado de la balanza y están integrados en el cabezal lector. Cuando la luz irradia la regla de rejilla, parte de la luz se reflejará y luego pasará a través de la lente de enfoque y se irradiará nuevamente al fotodetector para formar una señal eléctrica.
3. ¿Por qué elegir utilizar una regla de rejilla?
Generalmente, los calibradores solo pueden ser leídos por el ojo humano, cómo se transmiten los datos que se leen al eje de movimiento de la máquina, sin mencionar cómo se proporciona retroalimentación y corrección cuando la posición no es correcta. Incluso si utiliza un calibrador que pueda generar lecturas, la precisión no es tan alta como la de una regla de rejilla.
¿Qué tan precisa puede ser una regla de rejilla general?
Están disponibles ±15μm, ±5μm, ±3μm, ±1μm.
Cabe señalar que la precisión mencionada aquí se refiere al error de fabricación de la regla de rejilla, que se refiere al error real posible por 1 m. Si la distancia es pequeña, el error será menor, como ±0,275 μm/10 mm, ± 0.750μm/50mm, es decir, los posibles errores causados por movimientos de 10mm y 50mm son ±0.275μm y ±0.750μm respectivamente, esta es la precisión de fabricación de la propia rejilla y también es una referencia importante para seleccionar una regla de rejilla. .
Por ejemplo, a menudo esperamos que la precisión de posicionamiento de un eje sea ±3um/100mm o ±5um/100mm, luego, al elegir una regla de rejilla, en primer lugar, su precisión debe ser mayor que este requisito, como ±0,5um/ 100 mm o ±1 um/100 mm.
Además, aquí ±1um/100mm no se puede deducir de ±10um/1000mm, porque aquí no existe una relación lineal y, a menudo, la propia regla de rejilla tendrá uno o dos errores de recorrido corto marcados. Por ejemplo, si la precisión es de ±10 um/m, el error dentro de 100 mm normalmente será inferior a ±1 um.
Por supuesto, cuando el cabezal de lectura subdivide la señal, también introducirá errores, llamados errores diferenciales, pero este error es muy pequeño. Por ejemplo, una regla de rejilla tiene un paso de rejilla de 20 um, una resolución de 0,1 um y un error de período (error de subdivisión electrónica SDE) de ±0,15 um. Se refiere a una rejilla con un paso de rejilla de 20 um. Después de una subdivisión de 200 veces, la resolución es 20/200 = 0,1 um. Dentro de este paso de rejilla de 20 um, el error causado por el procesamiento de la señal del sistema es de ±0,15 um.
¿Qué otros factores están relacionados con la precisión de la medición de la regla de rejilla?
Generalmente está relacionado con la precisión del riel guía, la rigidez estructural y la distancia entre la regla de la rejilla y el punto final. Para los sistemas sensibles a la temperatura, también tiene mucho que ver con la temperatura ambiente y la fuente de calor cerca del regla de rejilla.
Por lo general, el riel guía tiene errores de rectitud y paralelismo, y el cabezal de lectura solo puede leer información sobre la posición de la regla de rejilla. La posición que nos importa generalmente no es la posición de la regla de rejilla, sino la posición del punto funcional en la estructura, es decir, hay error de Abbe.
La rigidez estructural y la distancia entre la escala y el punto final afectarán el error de Abbe.
El aumento y descenso de temperatura provocará la expansión térmica de la regla de rejilla y también introducirá errores. Debido a que la referencia cambia, el cabezal de lectura lo interpretará como un ligero movimiento de la regla de rejilla.
El paso de rejilla de la regla de rejilla es tan pequeño, ¿cómo se graban las escalas? ¿Qué materiales se utilizan generalmente para las reglas de rejilla?
Como se mencionó anteriormente, las rejillas generalmente se graban sobre un sustrato de vidrio o tira de acero. El vidrio se usa generalmente para reglas de carrera corta, mientras que las reglas de longitud grande, como 10 metros y 30 metros, usan tiras de acero como sustrato.
En cuanto a cómo se graba la brea de la rejilla, como se mencionó anteriormente, se graba utilizando el principio de fotolitografía.
¿Qué es la fotolitografía?
Por ejemplo, si observa una placa de circuito integrado, ¿no tiene líneas metálicas?
La línea no se dibuja, sino que se aplica una capa de cobre sobre el tablero de silicona y luego se aplica una capa de cera encima. Luego se utiliza un cuchillo para "tallar" la cera de la pieza sin cables y luego se tira. la placa en la solución corrosiva, en el interior se corroerán las áreas no cubiertas por cera, luego la sacas y la placa de circuito integrado está lista.
Lo mismo ocurre al hacer una regla de rejilla, pero el paso de rejilla en la regla de rejilla es muy, muy pequeño y el espacio es del nivel de micras. No existe ningún cuchillo físico que pueda tallarlo. En este momento, utilizamos "fotolitografía".
Debido a que la luz se puede dividir muy finamente, la fotolitografía consiste en colocar una capa de película fotosensible sobre la superficie del material a grabar y luego iluminarla con luz. Dondequiera que incida la luz, la película fotosensible se "quemará" y luego esta vez Se utiliza un "trozo de papel" con líneas grabadas para bloquear la luz, dejando así la zona donde se debe retener la rejilla, luego se arroja al líquido correspondiente y se remoja, y la regla de rejilla está lista. .
¿Cuál es la diferencia entre un codificador incremental y un codificador absoluto? ¿Para qué ocasiones se utilizan?
Las rejillas incrementales constan de rejillas periódicas. La lectura de la información de posición requiere un punto de referencia, y la posición de la plataforma móvil se calcula comparándola con el punto de referencia.
Dado que para determinar el valor de posición se debe utilizar un punto de referencia absoluto, en la rejilla incremental también están grabados uno o más puntos de referencia. El valor de posición determinado por el punto de referencia puede tener una precisión de un período de señal, que es la resolución. En la mayoría de los casos se utiliza este tipo de escala porque es más económica que las escalas absolutas.
Para las rejillas absolutas, la información de posición absoluta proviene del disco de códigos de rejilla, que consta de una serie de códigos absolutos grabados en la regla. Por lo tanto, cuando se enciende el codificador, el valor de posición se puede obtener inmediatamente y los circuitos de señal posteriores pueden leerlo en cualquier momento sin mover el eje para realizar la operación de retorno al punto de referencia cero.
Debido a que el homing lleva tiempo, si la máquina tiene múltiples ejes, el ciclo de homing puede volverse complejo y llevar mucho tiempo. En este caso, resulta ventajoso utilizar una escala absoluta.
Además, desde la perspectiva de la velocidad y la precisión, la velocidad máxima de escaneo de la rejilla incremental depende de la frecuencia de entrada máxima (MHz) del dispositivo electrónico receptor y de la resolución requerida. Sin embargo, dado que la frecuencia máxima de la electrónica receptora es fija, aumentar la resolución dará como resultado una disminución correspondiente en la velocidad máxima y viceversa.
Los codificadores absolutos, por el contrario, no se ven afectados por esta situación y garantizan un funcionamiento de alta velocidad y alta resolución. Esto se debe a que la ubicación se determina en función de la demanda y mediante comunicación serie. La aplicación más típica de las rejillas absolutas son las máquinas de colocación en la industria de la tecnología de montaje superficial (SMT), donde mejorar la velocidad y la precisión del posicionamiento al mismo tiempo es un objetivo eterno.
4. Selección de regla de rejilla
La primera es la precisión.
Segundo, resolución.
Tercero, itinerario.
Cuarto, la velocidad máxima de detección.
Quinto, la interfaz eléctrica y la longitud del cable.
Sexto, método de instalación y espacio de instalación.
Séptimo, rendimiento antivibración.
Octavo, precio . Los encóderes absolutos suelen ser un 20% más caros.
En términos generales, la precisión y la resolución son los factores principales a la hora de elegir una regla de rejilla.
¿Cómo seleccionar una regla de rejilla en función de la precisión del posicionamiento o de los requisitos de precisión del posicionamiento repetido?
Por ejemplo, para hacer una plataforma móvil con una carrera de 100 mm y una precisión de posicionamiento del sistema de ±0,01 mm (±10 um), podemos elegir una regla de rejilla con una carrera de 120 mm, una precisión de ±0,5 um/1 m y una resolución de 0,02/10=0,002 mm.
De esta manera, hay un margen de 20 mm para el recorrido, que se puede utilizar para proteger el hardware, y la precisión de la regla de rejilla en sí es de ±0,5 um.
En cuanto a la resolución, la razón por la que se elige la resolución como 1/10 de la precisión de posicionamiento es porque hay un error de control, que suele ser ±10cnt. El 1cnt mencionado aquí se refiere a la resolución basada en la resolución de la propia regla de rejilla. La resolución después del procesamiento de subdivisión suele ser de 4x u 8x.
Por ejemplo, con una subdivisión de 4 veces, la resolución de la regla de rejilla anterior con una resolución de 0,002 mm alcanzará 0,002 mm/4=0,5 um. ±10cnt también es ±5um, dejando el doble de margen. La consideración principal es que el sistema también tiene errores mecánicos, como el sistema de transmisión, rigidez estructural, etc. Estos factores también consumirán parte de la precisión. Por supuesto, estas son las categorías de errores geométricos. La curva de error se puede obtener mediante medición y compensarse parcialmente, sin embargo, todavía hay algunos errores dinámicos que no se pueden compensar.
Además, muchas veces no nos importa la precisión absoluta del posicionamiento, sino solo la precisión del posicionamiento repetido. En términos generales, la precisión de posicionamiento repetido del sistema es de 1/2 a 1/3 de la precisión de posicionamiento y no excederá un orden de magnitud como máximo, es decir, 1/10. Por ejemplo, en este ejemplo, en términos generales, la precisión de posicionamiento repetible está entre ±0,01 mm/2～±0,01 mm/10 = ±0,005 mm～±0,001 mm.
Por supuesto, hay otro punto: la precisión de posicionamiento repetido del sistema generalmente está entre la resolución y la precisión de posicionamiento.
¿Qué es lo más importante a lo que hay que prestar atención al instalar una regla de rejilla?
En primer lugar, es necesario reservar espacio para el ajuste, porque muchas veces no hay suficiente espacio para ajustar el cabezal de lectura, lo que hace que la depuración lleve demasiado tiempo y el mantenimiento sea problemático. Se deben realizar ajustes precisos después de la instalación y la calidad del ajuste se puede juzgar según el color de la luz indicadora.
Además, la superficie de montaje de la escala de rejilla general debe mantener un cierto paralelismo con la superficie del riel guía, como 0,1 mm. Este requisito suele ser el doble que el requisito de paralelismo de giro de la instalación, como el requisito de paralelismo de giro de 0,2 mm.