En los sistemas de medición de precisión modernos, como las máquinas de medición por vídeo (VMM), los sistemas de medición óptica y los equipos de inspección dimensional de alta precisión, el sistema de retroalimentación de los ejes X/Y desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la exactitud y la repetibilidad de la medición.
Las dos soluciones de retroalimentación de posición más utilizadas en la industria son la escala óptica de vidrio y la escala magnética de metal. Cada una tiene principios de funcionamiento diferentes y está diseñada para distintos entornos de aplicación.
1. Principio de funcionamiento de la escala óptica de vidrio
Una escala óptica de vidrio consta de un sustrato de vidrio de baja dilatación térmica, rejillas de precisión y un cabezal de lectura óptico. Su principio de funcionamiento se basa en el efecto de franjas de Moiré y la conversión fotoeléctrica.
Cuando el cabezal de lectura emite luz sobre la rejilla, dos patrones periódicos se superponen y generan señales alternas de luz y oscuridad. A medida que la plataforma se mueve, el sensor convierte estas señales en datos de desplazamiento.
En los sistemas VMM y de medición de precisión, las escalas de vidrio proporcionan:
Alta precisión de posicionamiento repetible, adecuada para mediciones a nivel micrométrico.
Gran capacidad de interpolación para una mayor resolución.
Estructura sin contacto para una estabilidad a largo plazo.
Por lo tanto, las escalas ópticas de vidrio se utilizan ampliamente en sistemas VMM de grado metrológico, plataformas de inspección y equipos de medición de laboratorio.
Sin embargo, requieren un entorno limpio y estable, ya que el polvo, el aceite y los golpes mecánicos pueden afectar su rendimiento óptico.
2. Principio de funcionamiento de la escala magnética metálica
Una escala metálica, también conocida como sistema de escala magnética, utiliza un sustrato metálico con codificación magnética. La detección de la posición se logra mediante la variación del campo magnético.
Durante el movimiento, el cabezal de lectura detecta cambios en las señales magnéticas y los convierte en datos de posición.
Las características clave incluyen:
Fuerte resistencia al aceite, al polvo y a la contaminación industrial.
Alta durabilidad mecánica bajo vibraciones e impactos.
Instalación más sencilla con mayor tolerancia en la alineación.
Las escalas metálicas se utilizan habitualmente en máquinas CNC, equipos de automatización y sistemas de control de movimiento industrial.
Sin embargo, en aplicaciones VMM de alta precisión, su resolución y estabilidad a largo plazo generalmente no son preferibles en comparación con las escalas ópticas.
3 diferencias a nivel de sistema
Las escalas de vidrio y metal no son tecnologías que compitan entre sí, sino soluciones diseñadas para diferentes requisitos de ingeniería.
Escala óptica de vidrio: Enfoque en alta precisión y consistencia de medición.
Escala magnética metálica: Enfoque en la fiabilidad industrial y la adaptabilidad ambiental.
Una está optimizada para una precisión de grado metrológico, mientras que la otra está diseñada para una robustez industrial.
4. Selección en sistemas VMM
En los sistemas VMM, el sistema de retroalimentación de movimiento trabaja conjuntamente con el sistema de imágenes ópticas para formar un bucle de medición cerrado.
Para aplicaciones de inspección, metrología y control de calidad de alta precisión, se suelen utilizar escalas ópticas de vidrio para garantizar un posicionamiento estable y repetible de la plataforma.
En entornos de producción o condiciones industriales adversas, las básculas magnéticas metálicas pueden seleccionarse en función de los requisitos ambientales, como el polvo, la vibración y la variación de la temperatura.
5 factores que afectan la precisión de la medición
La precisión de la medición no está determinada únicamente por la escala. Es el resultado de múltiples factores del sistema, entre los que se incluyen:
Rigidez mecánica de la etapa XY
Expansión térmica y deriva de temperatura
Distorsión de la lente óptica y estabilidad de la iluminación
Algoritmos de detección de bordes subpíxel
Por lo tanto, la escala es solo un componente crítico en el sistema de medición general.
6. Conclusión
Las escalas ópticas de vidrio y las escalas magnéticas de metal cumplen funciones diferentes en los sistemas de medición de precisión.
Las escalas de vidrio son las preferidas en máquinas de medición volumétrica (VMM) y equipos de metrología donde se requiere alta repetibilidad y estabilidad. Las escalas metálicas son más adecuadas para la automatización industrial y las máquinas herramienta, donde la resistencia ambiental es fundamental.
La selección adecuada depende de los requisitos de la aplicación, no de una comparación directa de las especificaciones.