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车间计量绝对式长度计-约翰内斯•海德汉博士(中国)有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2008-10-30  浏览次数:76

  新选择
  生产环境对车间计量的工件位置测量系统有特殊要求。感应式测量系统原理有其固有弱点,例如温度敏感或非线性特性。德国Traunreut的海德汉公司新开发的长度计在保持增量式光学测量的优点外,还增加了提供绝对式位置值能力。它优于原有位置测量系统,是车间长度测量的新选择。
  产品以及其部件对品质、精度和功能的要求对其生产有巨大影响。为满足这些要求,同时也需确保生产的经济性,人们在生产过程监测方面投入了大量人力物力,希望精确测量公差和偏离其名义值的偏差并进行相应修正。
  大批量自动化生产中,用统计方法以及尽可能用机器和过程能力指标进行品质保证。如果这不可行或由于特定条件限制使这些方法不经济,就只能通过“检测”保证品质。无论那种情况,都意味着需要大量时间,时间开销与检测精度、零件装卸和检测点数量有关,因为测量过程必须谨慎地与生产线进行整合,以确保相互影响和相关性最小。机械生产中,这些任务通常由不同形式的位移传感器执行。有很多形式,例如:最简单情况是用电容性或电感性接近传感器检测零件组装中或组装后是否存在。如果要求更高,需要检测、测量和测试设备能复测工件尺寸、形状和位置公差,精度需达到数微米。这需要环境条件稳定或确定和对测量设备有特殊要求。
  生产型直线测量
  位移传感器的庞大市场中,数毫米行程的感应式传感器有数百万台装机量。一半是接近传感器。另一半是比例传感器,用于将测量值转换成相应输出信号。这其中的几乎所有标准设备都用全桥或半桥线性差动变压器(LVDT)。这种测量设备的电子电路全部在后续电子设备中,用于大幅减小测量设备尺寸。还有价格低和型号多样化的优点。但是,这种感应式测量基本原理决定了其固有弱点。测杆线圈系统只在软铁心中点的很小范围内为线性,因此可用的测量行程(与机械结构有关)只有数毫米。由于这个原因,LVDT通常只用于测量公差,这在其线性行程范围内。名义尺寸由测针的固定位置确定,因此限制了测量设备灵活性和如果需要测量不同尺寸还需要进行装卸和调整。LVDT测量原理的另一个明显弱点是车间环境通常不理想,可是它对温度敏感。即使不大的温度波动也将导致测量值明显偏移,因此需要重新校准。尽管有这些局限,但由于用户熟悉它,LVDT的优点足以使它在市场中占有一席之地。
  自动化系统数微米精度范围的测量中,除了接触式直线光栅尺外,还有多种非接触测量应用。通常是基于光闸(透射光或反射光)的光学设备。也有部分设备用空气的动态压力测量被测物体间距离。也有用集成在生产线中的视频系统。
  增量式光学长度计越来越多地用于取代LVDT。增量式光学长度计结构坚固,抗污染能力强,能适应实验室到生产过程的高标准测量任务要求。相比其它测量原理,基于玻璃基体的测量基准有多个突出优点:
  ?测量精度高和全行程线性好(可达100 mm)
  ?温度稳定性好和温度特性确定
  ?高分辨率的重复精度高
  ?单信号周期内误差小(=小行程误差)
  德国Traunreut的海德汉公司的Specto系列光学长度计已有多年应用历史。
  提供绝对测量值
  绝对式光栅尺的特点是位置与位置信息间关系确定。即使运动速度很高,也能始终提供可靠测量值。因此,截止频率和电气系统的最高速度限制这些指标都不重要。
  测量设备工作前必须先建立原点,就是说基于外部坐标系确定被测位置的测量值。通常用实物标准(在确定的位置处)确定这个原点:长度计接触被测物体表面,然后接触已知实物标准的表面。如果测量设备开机后不能确定自己位置,就需要这样确定原点,类似于增量式光栅尺没有回零时情况。如果是绝对式光栅尺,开机后测量设备能立即确定位置。单这一项优点就能大大方便检测设备的装卸和调试。
  Acanto长度计不仅有增量式光学测量设备的优点,还能提供绝对测量值(图1)。这样的设备提供了立即得到绝对位置的测量手段。如果再考虑环境条件因素,检测期间甚至都可能不需要重新校准。
  结构紧凑
  Acanto长度计为接触式测量,防护等级为IP65。测量长度有两种,12毫米和30毫米(图2)。可用于大量应用。为了简化安装和操作,有轴向和径向版,用插头连接电缆。测杆用压缩空气驱动,也有用弹簧驱动。测杆的陶瓷复合材料滑动导轨摩擦小,磨损小和使用寿命长(超过≥ 500万个往返行程)。长度计用装夹杆固定(8 mm直径)。位置用23 nm分辨率的玻璃光栅尺刻线确定。系统误差,也就是测量行程全长的线性误差为±2 μm。小行程误差(细分误差)为0.7 μm。这对只有几微米行程的重复测量很重要。温度漂移的典型值为1 μm/K。
  位置值通过EnDat 2.2串口传送。EnDat主单元负责EnDat光栅尺的通信。可以只传送位置值,也可以为上一级应用提供附加信息。EnDat主单元用微控制器(μC)或FPGA(现场可编程门阵列)或ASI进行集成。如果选择集成在FPGA或ASIC中,将能用纯串行进行高频传输。德国Jena的MAZeT已开始提供多个版本。EnDat接口除提供绝对位置信息外,还提供光栅尺诊断功能。通过有效值提供当前生成的测量值质量信息。保存在设备存储器中的数据可以读取,也支持警告和报警功能。因此可以方便地监测长度计工作情况,显著增加检测系统可靠性,特别是多轴应用时。

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