Opsi murah untuk pengukuran jarak presisi tinggi?

Saya membangun router CNC 3 sumbu yang agak murah (~ € 100) untuk bengkel saya untuk memotong kayu dan aluminium dengan segala macam cara mewah. Ini bekerja sangat baik untuk sebagian besar barang tetapi untuk hal-hal yang membutuhkan presisi tinggi, selalu sedikit tidak aktif.

Sebagai contoh, jika saya membuatnya melakukan 2 pemotongan identik, satu demi satu, perbedaan pada sumbu apa pun bisa hingga 1mm. Tidak terlalu buruk untuk kayu, mengingat total area kerja adalah 800x800x400mm dan ukuran barang yang saya buat tetapi merupakan masalah bagi potongan aluminium yang harus disatukan.

Ini bisa menjadi lebih buruk jika sejumlah besar waktu / pekerjaan berada di antara 2 pemotongan. Saya memiliki potongan identik yang dibuat terpisah beberapa hari untuk suku cadang yang berbeda hingga ~ 2.5mm pada potongan besar.

Sekarang saya pikir saya bisa mendapatkan rel yang lebih baik, bantalan yang lebih baik, mesin, apa pun untuk mencoba dan membuatnya lebih konsisten tetapi saya pikir keuntungan terbesar bisa didapat dengan memiliki kemampuan untuk mengkalibrasi dan memeriksanya dalam perangkat lunak.

TLDR: Jadi apa yang digunakan orang untuk mengukur jarak hingga 1000mm dengan katakanlah presisi 0,1mm?

Saya melihat sekeliling Cina tetapi semua yang saya temukan adalah sensor laser untuk jarak besar, seperti 100m dengan presisi + - 0,2 m dan sensor jarak ultrasonik untuk jarak yang lebih pendek tetapi presisi yang cukup mengerikan.

Mereka cukup murah (<€ 10) yang memberi saya harapan. Saya juga memiliki keuntungan karena memiliki kontrol fisik penuh atas kedua titik yang ingin saya ukur jarak antara bukan hanya satu.

Saya pikir Anda harus memahami apa yang menyebabkan kesalahan Anda. Entah Anda kehilangan langkah atau pengaturan mekanis Anda terlalu fleksibel atau memiliki serangan balik pada mur / bantalan. Switch beranda Anda mungkin juga memiliki pengulangan yang buruk jika Anda tidak menggunakan edge finder untuk menemukan alat dengan tepat. Atau mungkin kombinasi.

Hal-hal seperti serangan balik dan fleksibilitas sangat sulit untuk dikompensasi dengan perangkat lunak. Sebagai contoh, tergantung pada arah pemotongan Anda dapat memulai dengan alat di posisi yang tepat tetapi segera setelah menggigit dalam kerchunk dan Anda telah menggali pekerjaan saat pemotong menarik sendiri. Atau Anda mungkin melakukan pendakian panjat tebing dan pemotong berjalan dengan baik di luar jalur yang diinginkan jika gantry dan slide terlalu fleksibel.

Bagaimanapun, skala kaca adalah semacam cara harga menengah untuk mengukur beberapa mikron hingga resolusi 1um. Akurasi dalam skala penuh mungkin 10-15um lebih dari 1m untuk yang murah. Mereka biasanya memiliki output digital quadrature 5V (tambahan), beberapa mungkin memiliki sinyal sinusoidal quadrature. Tetapi setiap sumbu mungkin akan menelan biaya sebanyak yang Anda masukkan sejauh ini, dan tidak ada jaminan Anda akan dapat melakukan jauh lebih baik dalam akurasi bagian. Foto dari halaman ini

Jika Anda memenangkan lotre, Anda dapat mempertimbangkan Renishaw dan Heidenhain encoders, yang dapat mencapai resolusi resolusi kurang dari panjang gelombang cahaya dan melakukannya dengan pengukuran absolut.

Lihatlah sensor draw-wire atau "enkoder yo-yo".

Gambar 1. Sensor kabel gambar. Sumber: Teknik Lingkungan .

Saya tidak dapat menemukan gambar satu dengan tampilan bawaan tetapi seseorang pasti membuatnya.

Bagaimana dengan Magnetic Linear Encoder Tape ? Anda sering dapat menemukannya dan sensor yang terkait di eBay. Rekaman itu dikodekan dengan magnet kutub yang berlawanan pada jarak tetap antara kutub. Head magnet yang terpisah merasakan posisi kutub dan menyisipkan di antara mereka untuk presisi yang lebih tinggi. Jarak tiang standar pada pita adalah 1mm, dan interpolasi 10, 25, dan 50 langkah antara kutub tersedia. Elektronik kontrol mengukur pergerakan sensor relatif terhadap pita magnetik.

Saya benci menjadi pembawa berita buruk, tetapi Anda telah menemukan salah satu masalah utama dalam permesinan: pengulangan. Tidak mudah memperbaiki dengan biaya yang efektif.

Apa yang biasanya digunakan adalah encoders optik dengan grating difraksi. Skala linier dilampirkan ke satu bagian mesin dan kepala pembaca enkode dilampirkan ke yang lain. Laser biasanya digunakan untuk membuat sayatan mikroskopis, yang disebut tanda, ke dalam skala. Saat head baca bergerak di antara dua tanda skala, ia menghasilkan gelombang sinus karena difraksi. Tanda biasanya sekitar$20\mathrm{\mu m}$selain. Seperti inilah bentuknya:

Selanjutnya, Anda akan memiliki masalah ekspansi termal. Balok aluminium satu meter akan meluas$23\mathrm{\mu m}$per derajat Kelvin / Celsius. Jika bagian-bagian mesin Anda terpasang dengan aman bersama-sama, balok-baloknya akan melengkung, karena bagian-bagian berbeda dari mesin memiliki panjang yang berbeda dan ekspansi sebanding dengan panjangnya. Inilah sebabnya mengapa Anda menggunakan lubang yang lebih besar dari baut Anda dengan mesin cuci karet sehingga mereka dapat bergerak, seperti yang ditunjukkan dalam paten AS 6.058.618:

Saya sudah mencoba untuk singkat dan hanya menunjuk masalah utama. Saya telah menghindari hal-hal seperti bantalan, kalibrasi, pemakaian alat, dll. Semoga ini bisa mengarahkan Anda ke arah yang benar. Secara keseluruhan, untuk mengatasi masalah ini Anda harus menghabiskan banyak uang. Pembuat enkode saja lebih mahal daripada mesin CNC Anda.

Jika Anda mencari pembacaan digital murah (DRO) Anda akan menemukan orang yang memiliki port data. Mereka tidak hanya akan memberikan data melalui port, tetapi pada LCD dengan opsi untuk memusatkan sumbu:

https://www.amazon.com/gp/product/B01G5SUZEG/

Mereka dapat digunakan sebagai sensor setelah terpasang ke mesin Anda, dan jika Anda membacanya Anda akan mendapatkan umpan balik loop tertutup untuk sistem kontrol Anda yang harus menyelesaikan kesalahan pengulangan Anda dengan resolusi yang jauh lebih besar dari target Anda 0,1mm.

Jarak sebesar ini umumnya diukur (untuk kalibrasi) menggunakan indikator terhadap bilah referensi. Anda bisa mendapatkan dial indicator yang akurat hingga 0.01mm dengan harga yang masuk akal, dan Anda harus bisa membuat seseorang mengolah baja atau batang SS atau batang hingga 1000mm dengan cukup murah (atau Anda dapat membayar 2K + untuk bilah referensi metrologi "nyata") . Perhatikan bahwa bilah hanya akan berukuran 1000mm pada suhu tertentu.

(pasang indikator dial ke spindle)

Google "metrologi" dan Anda akan menemukan banyak materi tentang teknik dan produk.

Anda juga dapat menambahkan sensor induktif ke rel gerak pada jarak tertentu dan memverifikasi jarak sebagai bagian dari proses kalibrasi setiap kali Anda menggiling sesuatu.