Nei moderni sistemi di misurazione di precisione, come le macchine di misura video (VMM), i sistemi di misura ottica e le apparecchiature di ispezione dimensionale ad alta precisione, il sistema di feedback degli assi X/Y svolge un ruolo fondamentale nel determinare l'accuratezza e la ripetibilità della misurazione.
Le due soluzioni di feedback di posizione più comunemente utilizzate nell'industria sono la scala ottica in vetro e la scala magnetica in metallo. Ciascuna ha principi di funzionamento diversi ed è progettata per ambienti applicativi differenti.
1. Principio di funzionamento della scala ottica in vetro
Una scala ottica in vetro è costituita da un substrato di vetro a bassa dilatazione termica, reticoli di precisione e una testa di lettura ottica. Il suo principio di funzionamento si basa sull'effetto Moiré e sulla conversione fotoelettrica.
Quando la testina di lettura emette luce sul reticolo, due pattern periodici si sovrappongono generando segnali alternati di luce e buio. Man mano che il campione si muove, questi segnali vengono convertiti in dati di spostamento dal sensore.
Nei sistemi VMM e di misurazione di precisione, le scale in vetro offrono:
Elevata precisione di posizionamento ripetibile, adatta per misurazioni a livello di micron.
Elevata capacità di interpolazione per una risoluzione più elevata
Struttura senza contatto per una stabilità a lungo termine
Pertanto, le scale ottiche in vetro sono ampiamente utilizzate nei sistemi VMM di livello metrologico, nelle piattaforme di ispezione e nelle apparecchiature di misurazione da laboratorio.
Tuttavia, necessitano di un ambiente pulito e stabile, poiché polvere, olio e urti meccanici possono compromettere le prestazioni ottiche.
2 Principio di funzionamento della bilancia magnetica metallica
Una bilancia metallica, nota anche come bilancia magnetica, utilizza un substrato metallico con codifica magnetica. Il rilevamento della posizione avviene tramite la variazione del campo magnetico.
Durante il movimento, la testina di lettura rileva le variazioni dei segnali magnetici e le converte in dati di posizione.
Le caratteristiche principali includono:
Elevata resistenza a olio, polvere e contaminanti industriali.
Elevata resistenza meccanica a vibrazioni e urti.
Installazione più semplice con maggiore tolleranza di allineamento
Le scaglie metalliche sono comunemente utilizzate nelle macchine a controllo numerico (CNC), nelle apparecchiature di automazione e nei sistemi di controllo del movimento industriale.
Tuttavia, nelle applicazioni VMM ad alta precisione, la loro risoluzione e stabilità a lungo termine non sono generalmente preferite rispetto alle scale ottiche.
3 differenze a livello di sistema
Le bilance in vetro e in metallo non sono tecnologie concorrenti, bensì soluzioni progettate per soddisfare diverse esigenze ingegneristiche.
Scala ottica in vetro: attenzione all'alta precisione e alla coerenza delle misurazioni.
Bilancia magnetica metallica: focus su affidabilità industriale e adattabilità ambientale
Uno è ottimizzato per la precisione metrologica, mentre l'altro è progettato per la robustezza in ambito industriale.
4. Selezione nei sistemi VMM
Nei sistemi VMM, il sistema di feedback del movimento lavora in sinergia con il sistema di imaging ottico per formare un circuito di misurazione chiuso.
Per applicazioni di ispezione, metrologia e controllo qualità ad alta precisione, si utilizzano in genere scale ottiche in vetro per garantire un posizionamento stabile e ripetibile del campione.
Negli ambienti di produzione o in condizioni industriali difficili, le bilance magnetiche metalliche possono essere selezionate in base a requisiti ambientali quali polvere, vibrazioni e variazioni di temperatura.
5 fattori che influenzano la precisione delle misurazioni
La precisione della misurazione non è determinata unicamente dalla bilancia. È il risultato di molteplici fattori di sistema, tra cui:
Rigidità meccanica della piattaforma XY
espansione termica e deriva di temperatura
Distorsione della lente ottica e stabilità dell'illuminazione
Algoritmi di rilevamento dei bordi a livello sub-pixel
Pertanto, la scala rappresenta solo una componente fondamentale dell'intero sistema di misurazione.
6 Conclusion
Nei sistemi di misurazione di precisione, le scale ottiche in vetro e le scale magnetiche in metallo svolgono ruoli diversi.
Le scale in vetro sono preferite nelle macchine di misura a coordinate (VMM) e negli strumenti di metrologia, dove sono richieste elevata ripetibilità e stabilità. Le scale in metallo sono più adatte all'automazione industriale e alle macchine utensili, dove la robustezza ambientale è fondamentale.
La scelta corretta dipende dai requisiti dell'applicazione, non da un confronto diretto delle specifiche.