В современных системах точных измерений, таких как видеоизмерительные машины (VMM), оптические измерительные системы и высокоточное оборудование для контроля размеров, система обратной связи по осям X/Y играет решающую роль в определении точности и повторяемости измерений.
В промышленности наиболее распространены два решения для обратной связи по положению: стеклянные оптические весы и металлические магнитные весы. Каждый из них имеет свой принцип работы и предназначен для различных условий применения.
1. Принцип работы стеклянной оптической шкалы
Стеклянная оптическая шкала состоит из подложки из стекла с низким коэффициентом теплового расширения, прецизионных дифракционных решеток и оптической считывающей головки. Принцип ее работы основан на эффекте муаровых полос и фотоэлектрическом преобразовании.
Когда считывающая головка излучает свет на решетку, два периодических рисунка перекрываются и генерируют чередующиеся сигналы света и темноты. По мере перемещения платформы эти сигналы преобразуются датчиком в данные о перемещении.
В системах вертикально-измерительных машин и прецизионных измерительных системах стеклянные шкалы обеспечивают:
Высокая точность позиционирования, позволяющая проводить измерения на микронном уровне.
Высокая интерполяционная способность для более высокого разрешения
Бесконтактная конструкция для долговременной стабильности
Поэтому стеклянные оптические шкалы широко используются в системах визуального измерения с помощью мультиметра метрологического класса, контрольно-измерительных платформах и лабораторном измерительном оборудовании.
Однако для их работы необходима чистая и стабильная среда, поскольку пыль, масло и механические удары могут повлиять на оптические характеристики.
2. Принцип работы металлической магнитной шкалы
Металлические весы, также известные как магнитные весы, используют металлическую подложку с магнитным кодированием. Определение положения осуществляется за счет изменения магнитного поля.
Во время движения считывающая головка обнаруживает изменения магнитных сигналов и преобразует их в данные о положении.
Ключевые характеристики включают:
Высокая устойчивость к маслам, пыли и промышленным загрязнениям.
Высокая механическая прочность при вибрации и ударах.
Упрощенная установка с более высокой точностью выравнивания.
Металлические шкалы широко используются в станках с ЧПУ, автоматизированном оборудовании и системах управления движением в промышленности.
Однако в высокоточных приложениях VMM их разрешение и долговременная стабильность, как правило, не являются предпочтительными по сравнению с оптическими шкалами.
3. Различия на системном уровне
Стеклянные и металлические весы — это не конкурирующие технологии, а решения, разработанные для различных инженерных задач.
Стеклянная оптическая шкала: акцент на высокую точность и стабильность измерений.
Металломагнитная шкала: акцент на промышленную надежность, адаптацию к условиям окружающей среды.
Один оптимизирован для обеспечения точности метрологического уровня, а другой разработан для обеспечения надежности в промышленном применении.
4. Выбор в системах VMM
В системах VMM система обратной связи по движению работает совместно с оптической системой визуализации, образуя замкнутый контур измерения.
Для высокоточной инспекции, метрологии и контроля качества обычно используются стеклянные оптические шкалы, обеспечивающие стабильное и воспроизводимое позиционирование предметного столика.
В производственных условиях или в суровых промышленных условиях выбор металлических магнитных весов может зависеть от требований окружающей среды, таких как пыль, вибрация и перепады температуры.
5 факторов, влияющих на точность измерений
Точность измерений определяется не только шкалой. Она является результатом множества системных факторов, включая:
Механическая жесткость XY-платформы
Тепловое расширение и температурный дрейф
Искажения оптической линзы и стабильность освещения
Алгоритмы обнаружения границ на субпиксельном уровне
Таким образом, шкала является лишь одним из важнейших компонентов в общей системе измерений.
6. Заключение
Стеклянные оптические шкалы и металлические магнитные шкалы выполняют разные функции в системах точных измерений.
Стеклянные шкалы предпочтительны в измерительных приборах вертикального типа и метрологическом оборудовании, где требуется высокая повторяемость и стабильность. Металлические шкалы больше подходят для промышленной автоматизации и станков, где критически важна устойчивость к воздействию окружающей среды.
Правильный выбор зависит от требований к применению, а не от прямого сравнения технических характеристик.