高精度距离测量的廉价选择？

我为自己的车间建造了一种相当便宜（约100欧元）的3轴CNC铣刨机，用于以各种奇特的方式切割木材和铝。它适用于大多数东西，但对于需要高精度的东西，它总是会有些偏差。

例如，如果我将它切成2个相同的切口，一个接一个地切，则任何轴上的差异可以达到1mm。考虑到总工作面积为800x800x400mm以及我制作的东西的尺寸，对于木材来说还算不错，但对于必须装配在一起的铝制件来说，这是一个问题。

如果两次切割之间有大量的时间/工作，情况可能会更糟。我有相同的切口，相隔几天就分开了，因为大块零件的更换零件相差最大约2.5mm。

现在，我想我可以得到更好的导轨，更好的轴承，引擎，可以尝试使它更一致，但是我认为，通过在软件中进行校准和检查，可以最大地受益。

TLDR：那么人们如何使用0.1mm的精度来测量1000mm的距离呢？

我环顾了中国的网上商店，但发现的只是远距离的激光传感器，例如100m精度为±0.2m，而超声波接近传感器的距离较短，但精度却很差。

它们虽然很便宜（<10欧元），但给了我希望。我还具有对要测量的两个点（而不只是一个点）进行完全物理控制的优点。

我认为您应该深入了解导致错误的原因。您可能缺少步骤，或者机械设置过于灵活，或者螺母/轴承有反冲。如果不使用寻边器精确定位工具，则归位开关的重复性也可能较差。也许这是一种结合。

反弹和灵活性之类的东西很难用软件来补偿。例如，根据切割方向，您可能会以正确的位置开始使用该工具，但是一旦它咬入kerchunk中并且您已经将其自己拉入切割机中，就可以开始工作。或者您可能正在进行爬铣如果门架和滑轨太灵活，则刀具在所需路径之外的位置运行良好。

无论如何，玻璃秤是一种中等价格的方法，可以测量几微米至1um的分辨率。便宜的情况下，满量程的精度可能超过100m的10-15um。它们通常具有正交5V数字输出（增量），有些可能具有正交正弦信号。但是，到目前为止，每个轴的成本可能与您投入的成本差不多，并且无法保证您可以在零件精度上做得更好。此页面的照片

如果您中了彩票，可以考虑使用雷尼绍和海德汉编码器，它们的分辨率可以比光波长小几个数量级，并且可以绝对测量。

看一下拉线传感器或“溜溜球编码器”。

图1.拉线传感器。资料来源：环境工程。

我找不到带有内置显示器的图像，但是必须有人在制作它们。

如何磁线性编码器带？您经常可以在eBay上找到它和相关的传感器。磁带用相对的磁极磁铁以磁极之间的固定间隔编码。一个单独的磁头可感应磁极位置并在它们之间进行插值，以实现更高的精度。磁带上的标准磁极间距为1mm，可以在磁极之间进行10、25和50步的插值。控制电子设备测量传感器相对于磁带的运动。

我讨厌成为坏消息的承担者，但是您偶然发现了加工中的主要问题之一：可重复性。以经济有效的方式进行修复并不容易。

通常使用的是带有衍射光栅的光学编码器。 线性刻度尺安装在机器的一部分上，编码器读取头安装在另一部分上。通常使用激光在刻度尺上制作称为标记的微观切口。当读取头在两个刻度标记之间移动时，由于衍射，它会输出正弦波。标记通常在周围$20\mathrm{\mu m}$分开。这是他们的样子：

此外，您将遇到热膨胀问题。一米长的铝梁将通过$23\mathrm{\mu m}$每度开氏/摄氏度。如果将机器的各个部分牢固地固定在一起，则由于机器的不同部分的长度不同，并且扩展与长度成正比，因此梁会弯曲。这就是为什么您要使用比橡胶垫圈螺栓更大的孔，以便它们可以移动，如美国专利6,058,618中所示：

我试图简短，只指出主要问题。我避免了诸如轴承，校准，工具磨损等问题。希望这可以为您指明正确的方向。总而言之，要解决这些问题，您需要花费很多钱。仅编码器比您的CNC机器贵。

如果您寻找廉价的数字读出器（DRO），则会发现具有数据端口的读出器。它们不仅将通过端口提供数据，而且还将在LCD上提供将轴归零的选项：

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

它们一旦连接到您的机器就可以用作传感器，如果您阅读它们，您将获得控制系统的闭环反馈，该反馈应以远大于目标0.1mm的分辨率解决您的重复性错误。

通常使用指示条靠着参考条来测量这么大的距离（用于校准）。您可以以合理的价格获得精确到0.01mm的百分表，并且您应该能够以便宜的价格让某人将钢或SS棒或棒加工到1000mm（或者您可以支付2K +作为“真实”计量参考棒​​） 。请注意，在特定温度下，钢筋将仅为1000mm。

（将百分表安装到主轴上）

Google的“计量学”，您会发现很多有关技术和产品的资料。

您还可以在运动导轨上以特定的距离添加感应传感器，并在每次铣削物体时在校准过程中验证该距离。