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激光尺 — 实现超精确运动控制的关键

Aerotech是一家致力于运动控制科技研发的公司,它向雷尼绍寻求一款应用于医疗平台的多功能高精度激光尺。

Aerotech于1970年在宾夕法尼亚州匹兹堡成立,以其高精度的系统、平台及定位工作台而著称,旨在为全球工业、政府、科学和研究领域的客户开发精密运动控制解决方案。Aerotech服务的客户群体以追求“更好、更强、更快”为目标,不断突破精密测量的界限。Aerotech的业务涉及运动控制产品的全面开发,对这类产品而言,导致测量不确定度的变量乃至激光尺都是影响运动控制的关键因素。Aerotech与雷尼绍的合作源远流长,它向雷尼绍寻求一款尺寸更小、测量精度更高的紧凑型高精度激光尺。研究表明,RLE激光尺可以缩短与测量点之间的距离,极大降低了对精密机器测量不确定度的影响。

XY平台上的RLE系统

图片由Aerotech提供


背景

Aerotech是目前唯一一家业务遍布全球的私营机电一体化工程设计公司。公司设计的平台广泛用于各种高性能应用,包括工业机器人、光导纤维和光子、影像仪系统、机床、半导体设备、装配、医疗组件激光加工、微加工和电子元器件制造。Aerotech的座右铭是致力于运动科学,而客户就是这一理念的试金石。“我们的客户对精度要求很高,并给我们提出了一些非常严苛的工艺标准,”Aerotech业务拓展经理William Land说。“当然,我们沿用业内标准,但也经常遇到客户向我们提出他们的特殊要求。满足这些个性化需求才有可能在当今市场占据一席之地。”

每个项目都是独一无二的

Aerotech的大部分业务是定制设计精度与效率并重的运动系统。例如,该公司的平台用于测量最终在高价值生产过程中用作标准件的部件,因此必须尽可能降低测量不确定度。

精密测量会受到一些因素的影响,包括环境变化、热膨胀、光学元件的质量、以及反馈回路中的噪音。尽管如此,对测量不确定度影响很大的一个因素 — 阿贝 (Abbe) 偏置 — 却可以使用合适的激光尺进行“规避”。正如Land所解释的那样,Abbe偏置由测量反馈设备(在本案例中是激光尺)与测量点之间的距离来确定。

传感器距离关注点越远,测量不确定度越大。一些平台制造商在考虑到尺寸和设计的限制后,通过埋入方式将(激光)光栅尺安装在平台下部。

这就增加了平台上的测量点与关注点之间的距离。埋入平台下部的(激光)光栅尺不会检测平台上其他装置的倾侧、摇摆以及运动轴的滚摆、俯仰或扭摆状况,进而导致测量不确定度。虽然可将某些超紧凑型光栅尺放置在离测量点更近的位置,但其测量精度会受到限制。

RLE紧凑型激光头

“为了完全避免这种情况,我们使用了RLE20激光尺。RLE20激光尺表现出色,减小了偏置,使测量点尽可能靠近刀具点或关注点,”Land说。“雷尼绍激光尺的测量轴与摄像机轴在测量点会发生名义相交。激光器测量位置与部件被测位置之间的偏置实际为零。RLE紧凑型激光头设计灵活,稳定性非常好。”

借助雷尼绍激光尺,我们能够超越客户提出的标准,我们竭力为客户提供一流的体验;而我们之所以能够不断获得成功,部分归因于雷尼绍带来的技术进步。

Aerotech(美国)

小巧、简单、精确

雷尼绍激光尺结构简单、精度高,具有许多应用优点,例如可以直接集成到装配生产线中。Aerotech使用的RLE20-DX-DG激光尺具有较高的数字分辨率,是一款最大分辨率可设定为10 nm的双光程零差激光尺。采用激光干涉测量技术,波长成为表示测量距离的基本单位。因此,波长稳定性与测量重复性直接相关。雷尼绍使用的激光管均以通过国家物理实验室 (NPL) 认证的激光管作为参照,以确保符合波长稳定性标准。

Land指出,Aerotech的技术人员甚至可以携带这些激光尺到现场应用。“雷尼绍激光尺安装和使用简便,我们可以携带这些设备到客户现场,对机器进行重新校准。此外,由于发射头和总体系统尺寸较小,我们通常会将这些设备装入便携箱,带到工厂进行内部校准作业,”Land说道。

RLE安装和准直

使用优质组件打造高品质产品

许多行业的客户需要使用精确运动控制来定位和测试干涉仪、自准直仪、影像仪系统和天线等设备中的传感器。这些高精度应用不断突破精密测量的界限,客户也依赖Aerotech提供测量技术。

另一方面,Aerotech积极寻求合作伙伴,以向客户传授工艺知识、加强自身能力并为这些严苛应用提供高性能自动化控制解决方案。“借助雷尼绍激光尺,我们能够超越客户提出的标准,”Land说。“我们的理念是制造卓越的运动控制系统,而这一理念正好反映在我们严谨的工艺过程设计、制造及组件购买方面。我们竭力为客户提供一流的体验;而我们之所以能够不断获得成功,部分归因于雷尼绍带来的技术进步。”


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