当CNC光学制造技术的领先制造商需要超准确和稳定的定位时,新系统测量保形光学器件,转向Abtech Making Inc.,定制的超精密空气轴承和运动系统专家。为了满足定位分辨率的更严格的客户规范,Abtech发现了雷尼绍的高分辨率线性和旋转光学编码器中的解决方案。Abtech创建了一个五轴光学测量平台,其中三个线性空气轴承,其两个旋转空气轴承,以及雷尼绍的超高精度Signum(TM)串联线性和旋转编码器。

图1.具有三个线性和两个具有编码器反馈的旋转轴的五轴系统提供了用于高级自动测量和生产临界镜片光学器件的过程反馈的超准确定位。

“这是我们与客户的一个联合开发项目,”ABTech总裁肯•阿伯特(Ken Abbott)表示。“他们开发了概念、控制器和软件,而ABTech设计和建造了机械系统——多轴空气轴承平台。”

在操作中,将透镜放置在高精度的B轴旋转台上,用于通过水平安装在旋转C轴空气轴承上的非接触式共聚焦成像探针进行测量。共聚焦成像执行镜头几何和表面的微地形映射。

该系统要求共聚焦探针将正常(垂直)定位到要测量的每个表面点。由Abtech创建的平台通过最多五个轴的协调动作实现了严格的重新定位。下一代CNC光学检测系统需要三个线性轴的位置分辨率为5 nm。旋转运动的分辨率为C轴的0.009 Arcsec / Count,B轴为0.018个Arcsec /计数。完全可编程的32位基于Windows的测量软件驱动非联系探头以自动收集微地形数据。

Abbott说:“整体体积系统的精度由客户绘制和校正,因此位置重复性和热稳定性是我们在该应用中最重要的要求。”ABTech对单个轴位置精度的要求是:

  • 线性 - ±1μm在8英寸的完全行程中。
  • 旋转 - ±1 ARC-SEC总误差在360度移动

为实现这种准确性,Abbott转向雷尼绍的Tim Goggin,谁。建议先进的Signum旋转和线性系统 - 高性能双读头DSI旋转编码器和Relm高精度线性编码器。这些Signum(TM)编码器提供比±1μm,±30nm循环误差±30nm循环误差更好的精度,降至5nm / 0.005 arcsec。Goggin表示,动态信号控制使20μm的比例位置编码器能够提供“细间距”性能,而无需玻璃编码器的脆弱性和光学清洁度约束。编码器在制造环境中提供具有高耐冲击,振动和温度(至85°C)的制造环境的出色可靠性。

RELM线性编码器系统具有稳定不变的规模。这种镍/铁合金具有极低的膨胀系数(≈0.6 μm/m/°C, 0°C至30°C)。“这是一个计量系统,我们最关心的是热稳定性,”艾伯特说。“大多数机器是由不锈钢、花岗岩和陶瓷制作的,以减少热生长。因瓦标准非常适合这种应用。”

他说,他说,价格,易用性和物理尺寸是在选择位置编码器中的关键因素,“编码器需要很小,”Abbott强调。20μm的Invar规模满足这些需求,横截面小于仅1.5 mm×15mm(0.059英寸×0.591英寸)的玻璃鳞片,以及更容易的处理和安装,没有破损风险。

尺度包含雷尼绍的内部(TM)光学参考标记,在整个速度和温度范围内提供双向可重复的基准点,而不会增加整体系统宽度。双光学限制也可用作位置标记,以指示行程的结束。

图2.雷尼绍的Signum DSI / REXM旋转环编码器可以分辨率为B轴旋转台的0.018 arcsec /计数。

对于旋转位置精度,Abtech选择了DSI(双座)界面)和REXM旋转编码器系统,雷诺锯的最高精度Signum(TM)旋转编码器。能够完全安装精度优于±1弧形,DSI配置结合了两个纠错的Signum(TM)SR读取头,具有超高精度Rexm环/级,并提供了客户可选的ProPoz(TM)参考(索引)位置,完全不受轴承漂泊或功率循环的影响。

“位于180°的反对中,两个读数头抵消奇怪的错误谐波,包括偏心率,并补偿轴承漫步的效果”,“Goggin解释说。“通过将来自两个Signum(TM)读取头的增量信号组合并使用雷尼绍的专利参考标记处理,DSI出现在控制器中作为单个非常高的精度编码器。”

精度方程中的另一个元素,REXM环,具有较厚的横截面,以最大限度地减少除偏心外的所有安装误差,这是由DSi修正的。一旦界面消除了偏心的影响,唯一重要的误差剩下的是微小的偶谐波变形在安装,分度和循环误差(细分误差- SDE)。根据Goggin的研究,它们非常小,分别低至±0.5弧秒和±0.03弧秒。“当REXM环与DSi一起使用时,可以实现优于±1弧秒的安装精度,”他说。“事实上,DSi/REXM旋转编码器的总安装精度低于±0.25弧秒,这取决于环的大小。”

一件式REXM不锈钢环的直径从52毫米到417毫米(2.047英寸)。至16.417英寸),刻度刻度直接标记在外外围。积分环/刻度锁直接转子,消除反转误差,耦合损失,振荡,轴扭转和其他迟滞误差困扰封闭编码器。

要创建所需的参考位置,用户驱动轴到选择的角度,只需按下一个按钮。通过这种方式,Renishaw的propoZ(TM)技术使得校准参考过程更加容易、快捷和准确。选择的角度然后存储在DSi的存储器中,其强大的算法自动补偿输出位置误差,从而确保完美的角度重复性,即使轴的旋转中心移动,而DSi关闭。

线性和旋转编码器共享SiGNUM(TM)编码器设计特点,包括坚固的IP64密封读头,卓越的可靠性动态信号处理,和超低循环误差(<±30 nm)。专利的Renishaw光学扫描和平均来自许多尺度周期的贡献,并有效过滤非周期性特征,如灰尘,污垢和其他污染。非接触式读头位于刻度上方,从而消除了摩擦、滞后和磨损。

Renishaw的紧凑型读数设计符合Abtech的紧张尺寸约束。虽然五轴平台在53英寸上很大。宽,38英寸。深66英寸。雅培压力,各个轴充满电动机,编码器和空气轴承表面。“雷米锯封装的小尺寸使我们能够最大限度地提高空气轴承垫的尺寸,这对于实现高刚度和准确性至关重要。”

线性和旋转编码器共享相同的小型化读头,仅14.8mmH × 36mmL × 16.5mmW (0.583 in.)。×1.417英寸。而RELM尺度只有15mm宽(0.591in.), REXM尺度只有10mm (0.494 in.)。

强大的基于PC的Signum(TM)软件通过实时诊断提供全面的校准和设置优化。Signum(TM)SI接口通过USB连接器连接到PC。始终可以使用Signum(TM)SI接口的分析,提供有关系统配置的信息,例如分辨率,时钟频率,错误和警告输出。

该软件简化了编码器安装,并提供了一种创新指示器,可实现读数头俯仰角的微调,这对于小直径环上的读数头设置有用。读数头和接口上的集成LED提供快速,可视反馈,以帮助优化设置和实时系统诊断。

本文是由Howard Salt,Encoder业务经理,Renishaw Inc.,Hoffman Estates,IL所撰写的。有关更多信息,请联系盐先生847.286.9953或此电子邮件地址已受到保护,不受垃圾邮件机器人的攻击。您需要启用JavaScript来查看它。或者访问http://info.hotims.com/22908-326。


运动控制技术杂志

本文首先出现在2009年2月份问题上运动控制技术杂志。

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