消除大型絲桿的熱脹冷縮誤差

在很多高精密度自動(dòng)化制造機(jī)臺(tái)中都大量使用滾珠絲桿配合線性導(dǎo)軌使用的移動(dòng)載臺(tái)或機(jī)構(gòu)（如圖1所示），而大型滾珠絲桿存在的熱脹冷縮的物理性質(zhì)（有可能達(dá)到200um以上的誤差），對(duì)于類似TFT-LCD產(chǎn)業(yè)，以及精密半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)是不能接受的，特別是在以影像系統(tǒng)自動(dòng)定位的機(jī)臺(tái)由冷機(jī)到熱機(jī)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由熱脹冷縮現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差所造成的錯(cuò)位，偏移等將嚴(yán)重影響產(chǎn)品精度與品質(zhì)。 圖1 大型滾珠絲桿 如何消除自動(dòng)化機(jī)臺(tái)中由于熱脹冷縮現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差呢？本人以之前完成的一個(gè)成功改善案介紹一種可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。在此解決方案的原理是利用KEYENCE LB-70系列激光位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)滾珠絲桿的熱脹冷縮膨脹變化量，將補(bǔ)償值反饋給PLC，通過(guò)補(bǔ)償計(jì)算將這一變化量計(jì)算在內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)滾珠絲桿的零誤差（不對(duì)產(chǎn)品精度有影響）。 一， 滾珠絲桿熱脹冷縮量分析： 對(duì)于一般較大型滾珠絲桿都有考慮絲桿的熱脹冷縮問(wèn)題，例如THK, CKD等系列絲桿，一般采用一端固定（連接馬達(dá)一端），另一端可以進(jìn)行伸縮的固定方式。因此載物臺(tái)在絲桿靠近馬達(dá)的近端與遠(yuǎn)端所受的影響也就不一樣，在近端累積的變化量較小，對(duì)產(chǎn)品的精度影響也較小；而在遠(yuǎn)端由于幾乎累積了整個(gè)絲桿的膨脹變化量，故對(duì)產(chǎn)品精度的影響很大（如圖2所示）。 圖2 滾珠絲桿示意圖 二， KEYENCE LB-70系列激光位移傳感器介紹： KEYENCE LB-70系列激光位移傳感器具有2um的高解析度，0.15ms的快速反應(yīng)時(shí)間，精確到0 v的設(shè)定，以及可以進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)量。如下圖3，為激光控制器和LB-11 laser head的外形圖； 圖3 LB-70控制器及感測(cè)頭 下圖4，LB-11 laser head的零點(diǎn)調(diào)整范圍和線性調(diào)整范圍。其他具體說(shuō)明及設(shè)定操作方法可見(jiàn)KEYENCE 傳感器操作手冊(cè)。 圖4 LB-11零點(diǎn)調(diào)整范圍和線性調(diào)整范圍 檢測(cè)原理：設(shè)定0 V電位后，通過(guò)從感測(cè)頭發(fā)出的激光檢測(cè)目標(biāo)物距離的變化轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出，然后在PLC模組中增加一塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，從而將實(shí)時(shí)電壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)榫嚯x變化。 三， 改善方案說(shuō)明： 將感測(cè)頭固定于機(jī)臺(tái)固定座上（馬達(dá)側(cè))，反光擋片作為目標(biāo)物固定于移動(dòng)載臺(tái)上監(jiān)測(cè)膨脹量變化； 圖5 感測(cè)頭安裝示意圖與實(shí)物圖 在L1（0mm圖6 補(bǔ)償量計(jì)算公式 將膨脹量S n通過(guò)PLC中的各種運(yùn)算關(guān)系計(jì)算到位移量中（進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算），即可將各種溫度及位置點(diǎn)的膨脹量對(duì)產(chǎn)品精度的影響消除掉。如下圖7，為顯示在人機(jī)界面上的實(shí)時(shí)檢測(cè)膨脹量值。 此方案已在TFT-LCD制造行業(yè)中得到成功實(shí)踐，效果很好！