Immaginate di sbloccare la precisione delle macchine utensili con una semplice superficie di vetro. Le righe a reticolo lineare fanno proprio questo, trasformando le linee sottili in misure estremamente precise. Questo articolo esplora il funzionamento di queste righe, dalla loro struttura alle applicazioni pratiche. Scoprirete come amplificano lo spostamento e migliorano la precisione in varie lavorazioni. Alla fine capirete perché questi strumenti sono essenziali per la produzione moderna e come possono migliorare la precisione e l'efficienza dei vostri progetti.
Nel mondo della meccanica di precisione, il raggiungimento del massimo livello di accuratezza è fondamentale. Le righe reticolari, spesso definite gli eroi non celebrati della misurazione, svolgono un ruolo cruciale in questa ricerca della perfezione. Questi sofisticati dispositivi, tra cui righelli e righe lineari, sono indispensabili in diverse applicazioni, dalla lavorazione CNC alle operazioni di fresatura, rettifica e tornitura. Ma che cosa rende esattamente le righe reticolari così vitali e come si possono mantenere correttamente per garantire la precisione che promettono?
Questo articolo si addentra nell'affascinante regno delle righe reticolari, svelandone le complessità tecniche ed esplorandone le diverse applicazioni. Scoprirete come materiali diversi come l'acciaio, il vetro e la ceramica contribuiscono alla funzionalità di queste bilance e capirete le sfumature dei gradi di precisione che ne definiscono le prestazioni. Inoltre, vi forniremo consigli pratici sulla manutenzione e la cura delle vostre bilance a griglia per mantenerle in condizioni ottimali e garantire che continuino a fornire misure precise.
Che siate ingegneri che cercano di migliorare la precisione della vostra macchina CNC o tecnici in cerca di consigli per la manutenzione, questa guida completa vi fornirà le conoscenze necessarie. Scoprite con noi gli aspetti essenziali delle bilance a griglia, facendo luce su come migliorano la precisione in vari settori e aiutandovi a prendere decisioni informate per le vostre esigenze specifiche.
Le scale a reticolo funzionano in base ai principi dell'interferenza e della diffrazione ottica. Sono costituite da linee finemente spaziate, o reticoli, che interagiscono con la luce per creare schemi misurabili. Questi schemi vengono analizzati per determinare posizioni precise.
Quando la luce attraversa o si riflette sul reticolo, viene diffratta in diversi fasci, i cui angoli e intensità dipendono dalla distanza tra le linee del reticolo e dalla lunghezza d'onda della luce. Misurando lo spostamento di fase o il modello di interferenza di questi fasci, è possibile determinare con precisione la posizione della scala.
I componenti chiave includono il righello a griglia con linee finemente spaziate, un sensore del lettore che si muove lungo il righello, una sorgente luminosa come LED o laser per l'illuminazione e un'unità di elaborazione del segnale che converte i segnali del lettore in dati di posizione.
Le bilance a reticolo sono disponibili in vari tipi, tra cui le bilance a reticolo ottico, in vetro e in acciaio, ciascuna progettata per applicazioni specifiche.
Le righe ottiche utilizzano la luce per leggere il reticolo. Sono note per la loro elevata precisione e sono comunemente utilizzate in applicazioni che richiedono un'accuratezza di misura fine, come la lavorazione CNC e gli strumenti di laboratorio.
Le righe reticolari in vetro incorporano reticoli incisi o depositati su un substrato di vetro. Sono altamente stabili e garantiscono un'eccellente accuratezza, rendendole adatte ad applicazioni di alta precisione.
Le bilance a griglia in acciaio presentano griglie incise su un substrato di acciaio. Sono robuste e adatte ad ambienti industriali difficili.
Le scale a reticolo sono classificate in base ai gradi di precisione, che indicano la loro precisione e risoluzione.
Griglia - Molte piccole strisce (linee incise) di uguale distanza e di luminosità e oscurità alternate sono incise uniformemente su una superficie di vetro rivestita.
a - è la larghezza delle linee del reticolo (non trasparente)
b - è l'ampiezza dello spazio tra le linee del reticolo (trasparente)
a+b=W passo del reticolo (noto anche come costante del reticolo)
Di solito, a=b=W/2, ma può anche essere inciso come a:b=1,1:0,9.
I reticoli comunemente utilizzati sono incisi con 10, 25, 50, 100 o 250 linee per millimetro.
Frange Moire - Quando due reticoli a passo uguale (reticolo 1 e reticolo 2) vengono sovrapposti faccia a faccia, lasciando un piccolo spazio al centro, e si forma un piccolo angolo di reticolo θ tra le due linee di reticolo, appaiono strisce luminose e scure alternate nella direzione vicina alla linea di reticolo verticale.
Sulla linea d-d, le due linee del reticolo si sovrappongono e l'area trasparente è la più grande, formando la banda luminosa della striscia, costituita da una serie di rombi.
Sulla linea f-f, le due linee del reticolo sono sfalsate, formando la banda scura della striscia, costituita da alcune linee trasversali nere.
La misurazione dello spostamento delle frange di moiré presenta le seguenti tre caratteristiche:
(1) Effetto di amplificazione dello spostamento
Larghezza della striscia BH - quando il reticolo si sposta in avanti o indietro di un passo di reticolo, le frange Moire si spostano in avanti o indietro di una larghezza di striscia.
Il rapporto tra BH e θ:
Quando θ diminuisce, BH aumenta. Pertanto, W viene amplificato di 1/θ. Ad esempio, quando θ=0,1°, 1/θ=573, il che significa che BH è 573 volte il passo del reticolo W. Ciò significa che il reticolo ha un effetto di amplificazione dello spostamento, aumentando così la sensibilità della misura.
(2) Direzione del movimento delle frange moire
Quando il reticolo 1 si sposta a destra lungo la linea di taglio in direzione verticale, le frange Moiré si muovono verso l'alto lungo le linee di griglia del reticolo 2. Quando invece il Reticolo 1 si muove verso sinistra, le frange Moiré si muovono verso il basso lungo le linee di griglia del Reticolo 2. Pertanto, la direzione del movimento del Reticolo 1 può essere identificata come la direzione del movimento delle frange Moiré →.
(3) L'effetto medio dell'errore
Le frange di Moiré sono formate da un gran numero di linee incise su un reticolo e hanno un effetto controattivo sull'errore di incisione delle linee. Questo effetto può ridurre significativamente l'influenza degli errori di breve durata.
Testina di lettura a griglia: Utilizza il principio dei reticoli per convertire la grandezza in ingresso (spostamento) in un segnale elettrico corrispondente.
Componenti: Reticolo, reticolo indicatore, sistema di percorsi ottici, elementi fotoelettrici, ecc.
Display digitale a griglia: Per individuare la direzione dello spostamento, aumentare la precisione della misura e consentire la visualizzazione digitale, il segnale di uscita del lettore di reticoli deve essere convertito in un segnale digitale.
Componenti: Circuito di amplificazione di forma, circuito di suddivisione, circuito di discriminazione direzionale e circuito di visualizzazione digitale, ecc.
Il righello a reticolo è costituito da un corpo scala fisso e da una testa di lettura mobile.
Il corpo fisso della bilancia è un involucro di alluminio progettato per proteggere il righello, l'unità di scansione e le guide all'interno da danni causati da schegge, polvere o spruzzi d'acqua.
La testina di lettura mobile è composta da un'unità di scansione, un connettore di precisione e un blocco di installazione. Il connettore di precisione collega l'unità di scansione al blocco di installazione, che compensa i piccoli errori meccanici delle guide.
Il righello a griglia lineare viene utilizzato per misurare la posizione del movimento dell'asse lineare. Poiché misura direttamente la posizione meccanica, può riflettere con precisione la posizione effettiva della macchina utensile.
Utilizzando il righello a griglia lineare per misurare la posizione della slitta, l'anello di controllo della posizione include tutti i meccanismi di alimentazione. Questa è la modalità di controllo ad anello chiuso. L'errore di movimento meccanico viene rilevato dal righello a griglia lineare nella piastra di scorrimento e corretto dal circuito del sistema di controllo.
Pertanto, può eliminare i potenziali errori provenienti da più fonti:
Apparecchiature di lavorazione: torni, fresatrici, alesatrici, smerigliatrici, perforazione macchine, macchine per elettroerosione, taglio a filo, centri di lavoro, ecc.
Strumenti di misura: proiettori, strumenti di misurazione delle immagini, microscopi per utensili, ecc.
Può anche compensare gli errori di movimento dell'utensile su Macchina CNC strumenti
Dotato di PLC per la misurazione dello spostamento in vari meccanismi automatizzati.
Il principio di misura del righello a reticolo incrementale consiste nel modulare la luce attraverso due reticoli in movimento reciproco in frange di Moiré. Contando e suddividendo le frange Moiré, si ottiene la variazione di spostamento. La posizione assoluta viene determinata impostando uno o più punti di riferimento sul reticolo graduato.
Caratteristiche:
Il righello a griglia presenta vantaggi quali la semplicità della struttura, la lunga durata meccanica, l'elevata affidabilità, la forte capacità anti-interferenza, la lunga distanza di trasmissione, l'elevata precisione e il basso costo.
Tuttavia, i sensori a reticolo incrementale presentano anche delle lacune. I righelli incrementali possono fornire solo la posizione relativa della rotazione dell'albero.
Il punto di riferimento deve essere impostato ogni volta che l'alimentazione viene spenta o riavviata e c'è un errore di suddivisione nel metodo di elaborazione del segnale.
Il principio di misura del righello a reticolo assoluto consiste nel codificare direttamente i dati di posizione assoluta sotto forma di codici sul reticolo, facendo sfarfallare le linee del reticolo a diverse larghezze e spaziature.
L'apparecchiatura elettronica successiva può ottenere informazioni sulla posizione mentre il righello a griglia è alimentato.
Vantaggi:
Le informazioni sulla posizione corrente possono essere ottenute direttamente dopo l'accensione senza la necessità di un'operazione di "azzeramento", semplificando la progettazione del sistema di controllo. Il calcolo della posizione assoluta viene completato nella testina di lettura senza la necessità di circuiti di suddivisione successivi. L'uso della tecnologia di comunicazione seriale bidirezionale garantisce una comunicazione affidabile.
La posizione assoluta del righello del reticolo viene determinata mediante marcatori di riferimento (posizioni zero).
Per ridurre la distanza da percorrere per tornare alla posizione di zero, Heidenhain ha progettato marcatori di riferimento con codice di distanza all'interno della lunghezza di misura.
La posizione assoluta del righello del reticolo può essere determinata ogni volta che vengono superati due marcatori di riferimento (con una distanza determinata da algoritmi matematici).
Gli encoder con punti di riferimento codificati in base alla distanza hanno la lettera "C" dopo il numero di modello (ad esempio, LS 487C).
Punto di riferimento unico
Punti di riferimento equidistanti.
Punto di riferimento codificato per la distanza/tipo C.
| Ciclo del segnale | numero di incremento nominale | distanza massima di spostamento | |
| LF | 4μm | 5000 | 20 mm |
| LS | 20μm | 1000 | 20 mm |
| LB | 40μm | 2000 | 80 mm |
Scala lineare assoluta non referenziata
Segnale assoluto: Endat, Fanuc seriale, Siemens, Mitsubishi, Panasonic, ecc.
Segnale incrementale: Segnale sinusoidale (segnale 1-Vpp), segnale onda quadra (segnale TTL).
1. Passo della griglia:
La scala lineare emette segnali elettrici e il passo del reticolo si riferisce alle linee fisiche del reticolo sulla scala lineare. Ogni volta che la scala lineare si sposta di una distanza pari al passo del reticolo, il segnale elettrico in uscita cambia di un ciclo.
Esempio: Se il passo del reticolo è di 20um, se la riga lineare si sposta di 20um, la riga lineare emetterà un'onda sinusoidale con uno sfasamento di 360° e una differenza di fase di 90°.
2. Ciclo del segnale:
Con lo sviluppo della tecnologia di misura, è ora possibile utilizzare circuiti di moltiplicazione della frequenza sulla testina di lettura della scala lineare per moltiplicare l'onda sinusoidale generata da ciascun segnale della linea del reticolo.
Pertanto, il ciclo di uscita del segnale della riga lineare può essere raffinato. Il segnale, dopo essere stato moltiplicato dalla testina di lettura, è molto più denso del segnale originale del reticolo e la lunghezza del segnale densificato è chiamata ciclo del segnale.
Se la testina di lettura non è in grado di moltiplicare la frequenza, il passo del reticolo equivale al ciclo del segnale.
3. Moltiplicazione della frequenza:
La moltiplicazione della frequenza può essere intesa come un addensamento del segnale originale. La moltiplicazione della frequenza può accorciare il periodo di un'onda sinusoidale, ridurre la distanza misurata corrispondente a ciascun periodo e migliorare la precisione di misura.
I metodi comuni di moltiplicazione della frequenza includono: moltiplicazione della frequenza della testa di lettura, strumenti di post-moltiplicazione (forniti dai produttori di bilance lineari, simili a preamplificatori, utilizzati per l'amplificazione del segnale e la moltiplicazione della frequenza), moltiplicazione della frequenza di Sistemi CNC, ecc.
4. Fase di misurazione:
Per misurare la posizione si utilizzano segnali sinusoidali che sono stati moltiplicati in frequenza. A causa delle limitazioni del processo di produzione, del livello di errore e della capacità di elaborazione del circuito di registrazione della posizione della riga lineare, è impossibile moltiplicare all'infinito il segnale del passo del reticolo originale.
Per questo motivo, i produttori di righe lineari hanno un passo di misura consigliato per ogni tipo di riga lineare. Questo valore si riferisce alla distanza minima misurata che la riga lineare può tollerare. All'interno di questo intervallo di passi di misura, è possibile ottenere la precisione di misura nominale della riga lineare.
Rispetto ai sistemi CNC, questo passo di misura è solitamente l'unità di istruzione minima del sistema. Allo stesso modo, questa specifica tecnica specifica anche la precisione di misura (risoluzione) della riga lineare.
5. Risoluzione:
L'accuratezza di misura si riferisce alla variazione minima di lunghezza che la riga lineare può leggere e produrre, ad esempio 5um, 1um, 0,5um, 0,1um.
6. Precisione di misurazione:
L'accuratezza della misura si riferisce alla precisione dei dati del segnale emessi dalla scala lineare rispetto alla lunghezza reale misurata.
Errore di posizione nell'intero campo di misura: Se il valore massimo dell'errore di posizione stabilito sulla base del valore medio all'interno di un intervallo di misura di 1 m rientra in ±a, il livello di precisione è ±a um.
Nelle scale lineari chiuse, questo dato riflette l'accuratezza della scala lineare, compresa la testina di lettura, ovvero l'accuratezza del sistema. (Heidenhain: ±0,1, ±0,2, ±0,5, ±1, ±2, ±3, ±5, ±10, ±15um)
Errore di posizione in un singolo ciclo del segnale:
La deviazione di posizione all'interno di un singolo ciclo del segnale è determinata dalla qualità del reticolo, dalla qualità della scansione e dal ciclo del segnale della riga lineare. L'errore di posizione all'interno di un singolo ciclo del segnale è solitamente compreso tra ±2% e ±0,5% del ciclo del segnale.
Più piccolo è il ciclo del segnale, minore è l'errore all'interno di un singolo ciclo del segnale. Ciò è molto importante per la precisione di posizionamento durante il movimento lento e il movimento degli assi e per il controllo della velocità durante il movimento degli assi, che determina la qualità della superficie e la qualità dei pezzi lavorati.
| Il ciclo del segnale di scansione | L'errore massimo di interpolazione all'interno di un singolo ciclo del segnale | |
| F L | 4μm | 0,08 μm |
| LC181 | 16μm | 0,3μm |
| LC481 | 20 μm | 0,4μm |
| LS | 20 μm | 04 μm |
| LB | 40 μm | 0,8μm |
Quando si sceglie una riga lineare per applicazioni di misura di precisione, è necessario valutare attentamente diversi fattori critici per garantire prestazioni ottimali e compatibilità con i requisiti specifici:
Lunghezza di misura: Determinare il campo di misura richiesto, tenendo conto sia della distanza massima percorribile che di eventuali esigenze di espansione futura.
Interfaccia del segnale: Scegliere tra varie opzioni di uscita, tra cui:
Passo del reticolo: Selezionare il periodo del reticolo appropriato in base alla risoluzione e alla precisione richieste. I passi più piccoli offrono generalmente una maggiore precisione, ma possono presentare limitazioni nella misurazione della lunghezza.
Velocità di misura: Considerare la velocità massima di traslazione dell'applicazione per garantire che la riga possa tracciare con precisione le variazioni di posizione alla velocità richiesta.
Livello di precisione e risoluzione: Determinare il livello di precisione necessario per l'applicazione, considerando sia l'accuratezza intrinseca della bilancia che le sue capacità di risoluzione.
Spazio per la posizione di installazione: Valutare lo spazio di montaggio disponibile e le condizioni ambientali per scegliere una bilancia con dimensioni e gradi di protezione adeguati.
Metodo di definizione dei punti di riferimento: Scegliere tra scale incrementali con indici di riferimento o scale assolute, a seconda delle esigenze di homing e di riferimento.
Inoltre, al momento della scelta finale, occorre considerare fattori quali la resistenza ambientale (temperatura, vibrazioni, contaminazione), l'interfacciamento con il sistema di controllo e l'affidabilità a lungo termine.
Di seguito sono riportate le risposte ad alcune domande frequenti:
La riga a reticolo è uno strumento di misura di precisione utilizzato per determinare la posizione o la distanza con elevata accuratezza. Il suo funzionamento si basa sul principio della diffrazione o sul rilevamento di transizioni periodiche. Nelle righe ottiche a reticolo, una sorgente di luce proietta su un reticolo - una struttura periodica di linee o scanalature - creando uno schema di aree chiare e scure. Quando la bilancia si muove, i sensori rilevano queste transizioni e le convertono in segnali elettronici, che vengono poi contati per determinare la posizione esatta rispetto a un punto di riferimento. Questo metodo consente di ottenere misure altamente precise e ripetibili, essenziali in applicazioni come la lavorazione CNC, la fresatura, la rettifica e le operazioni al tornio.
Le righe a reticolo migliorano la precisione nella lavorazione CNC grazie a diversi meccanismi chiave. Forniscono misure ad alta risoluzione, spesso a livello di micron o submicron, consentendo il rilevamento accurato di piccole variazioni di spostamento dell'utensile o del pezzo. L'alta risoluzione garantisce che la lavorazione soddisfi i più severi requisiti di accuratezza. Inoltre, le righe a reticolo offrono un monitoraggio e un feedback in tempo reale dello stato di spostamento o di movimento, consentendo al sistema CNC di rilevare e correggere tempestivamente eventuali deviazioni. Questo feedback in tempo reale forma un sistema di controllo ad anello chiuso con il controllore CNC, che confronta continuamente i dati di posizione effettivi con i valori impostati ed effettua le regolazioni necessarie per mantenere la precisione. Le tecnologie ottiche avanzate utilizzate nelle moderne bilance a reticolo migliorano la potenza del segnale e la resistenza alle interferenze, garantendo un funzionamento affidabile anche in ambienti difficili. Il design robusto di queste bilance, che include caratteristiche come i cuscinetti di alta qualità e la resistenza all'acqua e alla polvere IP54, contribuisce ulteriormente alla loro durata e affidabilità, riducendo i costi di manutenzione e i tempi di fermo. Nel complesso, queste funzionalità migliorano la precisione e l'efficienza delle operazioni di lavorazione CNC.
I gradi di precisione più comuni delle righe reticolari sono 5 micron, 3 micron e 2 micron. Il grado di precisione di 5 micron è spesso preferito nei centri di lavorazione CNC per il suo equilibrio tra precisione e costo. Queste righe sono essenziali per le misurazioni di alta precisione in varie applicazioni come i macchinari CNC, i sistemi di automazione e la metrologia. La risoluzione delle righe reticolari può variare, con risoluzioni comuni che includono 10 μm, 5 μm, 1 μm e 0,5 μm, rendendole adatte a un'ampia gamma di attività di precisione.
Le righe a reticolo sono tipicamente utilizzate in una serie di applicazioni industriali e di misura di precisione, grazie alla loro elevata accuratezza e affidabilità. I settori chiave in cui le righe a reticolo sono comunemente impiegate includono i macchinari CNC e l'automazione, dove forniscono dati precisi sulla posizione per un movimento accurato e coerente dei componenti della macchina. Vengono utilizzate anche in metrologia per misure di alta precisione, per calibrare e verificare la precisione di altri strumenti di misura. Nelle misure industriali, le righe reticolari sono fondamentali per le misure lineari e angolari negli ambienti di produzione, controllo qualità e ricerca. Inoltre, sono essenziali nella meccanica di precisione per ottenere un posizionamento e un movimento precisi nella produzione di pezzi di precisione, nella robotica e in altre tecnologie di produzione avanzate.
Per la manutenzione e la pulizia di una bilancia a griglia, seguire le seguenti linee guida per garantire precisione e durata:
Attenendosi a queste pratiche di manutenzione e pulizia, è possibile garantire che le bilance a griglia rimangano precise e funzionali per lunghi periodi.
Le differenze tra i vari tipi di righe reticolari - d'acciaio, di vetro e ottiche - risiedono principalmente nei materiali, nelle applicazioni, nei requisiti di precisione e nelle esigenze di manutenzione.
Le scale in grigliato d'acciaio sono tipicamente utilizzate in ambito industriale per compiti quali pavimentazioni, gradini di scale e scarichi. Sono note per la loro durata e capacità di sostenere il carico. Le griglie in acciaio richiedono una manutenzione relativamente bassa, ma devono essere pulite e ispezionate periodicamente per verificarne l'integrità strutturale.
Le righe reticolari in vetro, spesso utilizzate negli strumenti di misura di precisione, offrono elevata accuratezza e stabilità. Sono meno suscettibili all'espansione termica rispetto alle bilance in metallo, il che le rende adatte ad ambienti in cui le variazioni di temperatura possono influenzare le misurazioni. La manutenzione prevede una pulizia accurata per evitare graffi e altri danni.
Le righe ottiche a reticolo, utilizzate in applicazioni come la spettroscopia e la tecnologia laser, sono fondamentali per l'analisi spettrale ad alta risoluzione. Queste righe possono essere riflettenti o trasmissive e richiedono una produzione estremamente precisa per mantenere le loro proprietà ottiche. Sono sensibili a fattori ambientali come la temperatura e l'umidità e devono essere maneggiate e conservate con cura per evitare danni.
In sintesi, le righe a reticolo in acciaio sono robuste e utilizzate nelle applicazioni industriali, le righe a reticolo in vetro offrono un'elevata stabilità e precisione per gli strumenti di misura, mentre le righe a reticolo ottico offrono una precisione eccezionale per le applicazioni ottiche, ma richiedono una manutenzione meticolosa.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
IT 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR