Qu’est-ce qu’une balance linéaire ?
Les balances linéaires, également appelées codeurs linéaires, sont utilisées pour mesurer des positions et des distances linéaires avec une grande précision.
Les balances linéaires sont divisées en deux types selon la norme de la distance parcourue : le type absolu qui calcule la distance parcourue à partir de la position absolue, et le type incrémental. Ce dernier n’a pas de position absolue et calcule uniquement la distance parcourue.
Il existe également deux types de méthodes de détection : les détecteurs électromagnétiques, utilisant l’induction électromagnétique et les détecteurs optiques. Ces détecteurs lisent la lumière provenant d’une source lumineuse en la transmettant à travers une roue codeuse. Parmi ces deux méthodes, l’électromagnétique est légèrement plus utilisée.
Utilisations des balances linéaires
Les balances linéaires sont fréquemment utilisées dans les domaines des machines-outils et de la fabrication de semi-conducteurs. Au sein de ces derniers, des mesures de précision sont nécessaires. Par exemple, lorsqu’elles sont incorporées dans des pièces de machines-outils pour lire et contrôler la quantité de mouvement pendant le fonctionnement de la machine, ou lorsqu’elles sont incorporées dans des équipements d’inspection de composants de semi-conducteurs pour être utilisées dans les mesures.
Les balances linéaires électromagnétiques sont également utilisées dans des situations plus générales en raison de leur structure simple. Un exemple typique est le pied à coulisse numérique, un outil qui mesure la longueur de deux points et l’affiche numériquement.
Principe des balances linéaires
Les balances linéaires électromagnétiques utilisent le principe de l’induction électromagnétique en physique.
La balance principale et le détecteur contiennent chacun une bobine. Une variation de la distance entre les deux génère une force électromotrice qui dépend de la distance. Cette distance est mesurée indirectement en mesurant cette force électromotrice et en la convertissant en distance parcourue.
Elles ont une structure simple, sont résistantes à la saleté et à d’autres contaminants. Elles peuvent être utilisées dans de nombreux cas, mais ne conviennent pas aux environnements où des champs magnétiques sont générés.
Les balances linéaires optiques émettent de la lumière à partir d’un élément émetteur de lumière. Elles sont ensuite détectées par un élément récepteur de lumière installé sur le côté opposé, grâce à une échelle principale fixe et un réseau de réticules entre l’élément émetteur de lumière et l’élément récepteur de lumière. La règle principale et le réseau de réticules sont percés de fentes qui génèrent des franges d’interférence. Ces dernières sont converties en signaux électriques pour déterminer la position.
Comparées aux balances linéaires électromagnétiques, les balances linéaires optiques sont capables d’effectuer des mesures de haute précision et sont moins sensibles aux champs magnétiques. Cependant, elles ont tendance à être légèrement plus grandes et plus sensibles à l’irradiation lumineuse externe sur la surface.
Comment utiliser les balances linéaires
Ces dernières années, les semi-conducteurs ont connu des progrès rapides et l’industrie des semi-conducteurs s’est développée avec une intégration plus poussée, conformément à la loi de Moore. Ces progrès se sont répercutés sur divers appareils électroniques, devenant plus contrôlés électroniquement et plus précis. Avec l’augmentation de l’intégration et de la densité, il est également important d’accroître la précision de la détection de position dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs et dans les machines-outils. Tout cela dans le but de fabriquer des pièces mécaniques de haute précision.
Le contrôle précis de la position dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs et les machines-outils nécessite un actionneur pour déplacer un objet. Il nécessite également d’une méthode de détection afin de localiser la position précise de l’actionneur. Actuellement, les interféromètres laser et les codeurs sont utilisés pour la détection précise de la position.
Lors de la conception d’un actionneur, il est courant que celui-ci soit construit sur la base d’un mouvement linéaire dans les trois axes (axes X, Y et Z) et d’un mouvement spatial en combinant ces trois axes. Les balances linéaires sont donc utilisées pour la détection de position de précision linéaire. Les échelles et les détecteurs sont installés respectivement sur les parties mobiles et fixes afin de détecter précisément la distance.
Installation des balances linéaires
Elles peuvent mesurer des positions avec une grande précision dans les équipements de précision, mais elles sont aussi couramment utilisées avec des résolutions de l’ordre du micron ou inférieures au micron.
C’est pourquoi la méthode et la précision de montage sont importantes lors de la conception de la balance afin de maintenir sa précision. La précision de montage pour les performances des balances linéaires est décrite dans le manuel d’instructions de chaque produit et de chaque fabricant. Cette méthode de montage dépend de la structure de l’équipement dans lequel la balance linéaire est montée et doit être prise en compte par le concepteur.
Comme la précision de la balance linéaire elle-même est de l’ordre du micron, une précision de montage inférieure à 1 mm est requise. Elle est nécessaires dans plusieurs cas, pour la distance entre le capteur et la balance, le lacet, le roulis et le tangage, à titre d’exemple. Selon les exigences, il peut être primordial de concevoir et de fabriquer un gabarit de précision pour le montage ou d’ajuster manuellement l’échelle pendant le montage.