تعمل أجهزة التشفير الخطية على تعزيز الدقة عن طريق تصحيح الأخطاء في اتجاه الروابط الميكانيكية.

تقوم أجهزة التشفير الخطية بتتبع موضع المحور بدون عناصر ميكانيكية وسيطة. تقوم أجهزة التشفير أيضًا بقياس أخطاء النقل من الروابط الميكانيكية (مثل الأجهزة الميكانيكية الدوارة إلى الخطية)، مما يساعد عناصر التحكم على تصحيح الأخطاء الناشئة من الجهاز. وبالتالي، تتيح هذه التغذية الراجعة لعناصر التحكم مراعاة جميع الآليات الموجودة في حلقات التحكم في الموضع.

كيف يعمل المسح الكهروضوئي في أجهزة التشفير

تعمل العديد من أجهزة التشفير الخطية الدقيقة عن طريق المسح الضوئي أو الكهروضوئي. باختصار، يتتبع رأس القراءة التدرجات الدورية التي يبلغ عرضها بضعة ميكرومترات فقط ويخرج الإشارات بفترات إشارة صغيرة. معيار القياس هو عادة الزجاج أو (لأطوال القياس الكبيرة) الفولاذ الذي يحمل علامات التخرج الدورية على الركيزة الحاملة. إنه وضع خالٍ من الاتصال لتتبع الموقع.

تُستخدم مع فترات شبك تزايدية تتراوح بين 4 و40 ميكرومتر، وتعمل أجهزة التشفير الخطية لمسح الصور البرمجية لرمز PRC (المطلق) مع توليد الإشارات الضوئية. تتحرك شبكتان (على نطاق وشبكية المسح) بالنسبة لبعضهما البعض. مادة شبكية المسح شفافة، لكن مادة المقياس يمكن أن تكون شفافة أو عاكسة. عندما يمر الاثنان ببعضهما البعض، يتغير الضوء الساقط. إذا تمت محاذاة الفجوات الموجودة في الشبكات، يمر الضوء من خلالها. إذا تطابقت خطوط إحدى الشبكات مع فجوات الشبكة الأخرى، فإنها تحجب الضوء. تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل الاختلافات في شدة الضوء إلى إشارات كهربائية ذات شكل جيبي.

هناك خيار آخر للتخرج بفترات شبك تبلغ 8 ميكرومتر وأصغر وهو المسح التداخلي. يعمل وضع التشفير الخطي هذا على زيادة الحيود وتداخل الضوء. تعمل الشبكة المتدرجة كمعيار قياس، مكتملة بخطوط يبلغ ارتفاعها 0.2 ميكرومتر على سطح عاكس. أمام ذلك توجد شبكة مسح شبكية - شبكة شفافة بفترة تتطابق مع فترة المقياس. عندما تمر موجة ضوئية عبر الشبكة، فإنها تنحرف إلى ثلاث موجات جزئية بأوامر -1 و0 و1 ذات شدة متساوية تقريبًا. يعمل المقياس على حيود الموجات بحيث تتركز شدة الإضاءة في أوامر الحيود 1 و -1. تلتقي هذه الموجات مرة أخرى عند مرحلة الشبكة حيث تحيد مرة أخرى وتتداخل. يؤدي هذا إلى إنشاء ثلاث موجات تترك شبكية المسح بزوايا مختلفة. تقوم الخلايا الكهروضوئية بعد ذلك بتحويل شدة الضوء المتناوبة إلى مخرج إشارة كهربائية.

في المسح التداخلي، تؤدي الحركة النسبية بين الشبكة والمقياس إلى خضوع مقدمات الموجة المنحرفة لتحول الطور. عندما يتحرك المحزوز بدورة واحدة، تتحرك مقدمة الموجة من الرتبة الأولى طولًا موجيًا واحدًا في الاتجاه الموجب، ويتحرك الطول الموجي من رتبة الحيود -1 طولًا موجيًا واحدًا في الاتجاه السالب. تتداخل الموجتان مع بعضهما البعض عند الخروج من الشبكة، لذا فإن التحول بالنسبة لبعضهما البعض بمقدار طولين موجيين (لمدة فترتي إشارة من حركة لفترة شبكية واحدة فقط).

نوعان مختلفان من مسح التشفير

تقوم بعض أجهزة التشفير الخطية بإجراء قياسات مطلقة، وبالتالي فإن قيمة الموضع تكون متاحة دائمًا عندما يكون الجهاز قيد التشغيل، ويمكن للإلكترونيات الرجوع إليها في أي وقت. ليست هناك حاجة لنقل المحاور إلى مرجع. يحتوي تدرج المقياس على بنية كود تسلسلية مطلقة ويتم استيفاء مسار تزايدي منفصل لقيمة الموضع أثناء إنشاء إشارة تزايدية اختيارية بشكل متزامن.

في المقابل، تستخدم المشفرات الخطية التي تعمل على القياس التزايدي التخرج مع الشبكة الدورية، وتقوم المشفرات بحساب الزيادات الفردية (خطوات القياس) من بعض الأصل للحصول على الموضع. نظرًا لأن هذا الإعداد يستخدم مرجعًا مطلقًا للتأكد من المواضع، فإن أشرطة القياس لهذه الإعدادات تأتي مع مسار ثانٍ بعلامة مرجعية.

يتم تحديد موضع المقياس المطلق الذي تحدده العلامة المرجعية بفترة إشارة واحدة بالضبط. لذلك يجب على رأس القراءة تحديد موقع العلامة المرجعية ومسحها ضوئيًا لإنشاء مرجع مطلق أو للعثور على آخر مرجع مرجعي محدد (والذي يتطلب أحيانًا تشغيل مرجعي طويل المدى).

تكرارات التشفير الخطي

أحد التحديات في تكامل التشفير الخطي هو أن الأجهزة تعمل مباشرة على محور الحركة، وبالتالي تتعرض لبيئة الآلة. لهذا السبب، يتم إغلاق بعض أجهزة التشفير الخطية. يحمي الغلاف المصنوع من الألومنيوم الميزان، ويحمي حامل المسح الضوئي ومسار التوجيه الخاص به من الرقائق والغبار والسوائل، كما تعمل الشفاه المرنة الموجهة نحو الأسفل على إغلاق الهيكل. هنا، تنتقل عربة المسح على طول الميزان على دليل منخفض الاحتكاك. تقوم أداة التوصيل بتوصيل عربة المسح بكتلة التثبيت وتعوض المحاذاة غير الصحيحة بين المقياس والأدلة الإرشادية للماكينة. في معظم الحالات، يُسمح بإزاحات جانبية ومحورية تتراوح من ±0.2 إلى ±0.3 مم بين المقياس وكتلة التثبيت.

مثال على ذلك: تطبيق الآلة والأداة

تعد الإنتاجية والدقة أمرًا بالغ الأهمية لعدد لا يحصى من التطبيقات، ولكن ظروف التشغيل المتغيرة غالبًا ما تجعل أهداف التصميم هذه صعبة. النظر في الأدوات الآلية. لقد انتقل تصنيع الأجزاء إلى أحجام دفعات صغيرة بشكل متزايد، لذلك يجب أن تحافظ الإعدادات على الدقة في ظل الأحمال والأشواط المختلفة. ولعل الأمر الأكثر تطلبًا هو تصنيع أجزاء الفضاء الجوي، والذي يحتاج إلى أقصى قدرة قطع لعمليات التخشين ومن ثم أقصى قدر من الدقة لعمليات التشطيب اللاحقة.

وبشكل أكثر تحديدًا، تحتاج قوالب الطحن ذات الجودة العالية إلى إزالة سريعة للمواد وجودة سطح عالية بعد الانتهاء. وفي الوقت نفسه، فإن معدلات التغذية الكنتورية السريعة فقط هي التي تسمح للآلات بإخراج أجزاء ذات مسافات دنيا بين المسارات خلال أوقات المعالجة المقبولة. ولكن خاصة مع دفعات الإنتاج الصغيرة، يكاد يكون من المستحيل الحفاظ على ظروف مستقرة حرارياً. وذلك لأن التغييرات بين عمليات الحفر والتخشين والتشطيب تساهم في التقلبات في درجات حرارة الأدوات الآلية.

علاوة على ذلك، تعد دقة قطع العمل أمرًا أساسيًا لجعل أوامر الإنتاج مربحة. أثناء عمليات التخشين، تزيد معدلات الطحن إلى 80% أو أفضل؛ القيم الأقل من 10% شائعة للتشطيب.

تكمن المشكلة في أن التسارعات ومعدلات التغذية المرتفعة بشكل متزايد تسبب تسخينًا في المكونات الفرعية لمحركات التغذية الخطية للآلات، وخاصة تلك التي تستخدم براغي كروية تُدار بمحرك دوار. لذا، يعد قياس الموضع أمرًا ضروريًا لتحقيق الاستقرار في تصحيحات الأدوات الآلية للسلوك الحراري.

طرق معالجة مشاكل عدم الاستقرار الحراري

يعد التبريد النشط، وهياكل الماكينة المتناظرة، وقياسات وتصحيحات درجة الحرارة من الطرق الشائعة بالفعل لمعالجة تغيرات الدقة المستحثة حرارياً. هناك طريقة أخرى تتمثل في تصحيح نمط شائع بشكل خاص من الانجراف الحراري، وهو نمط محاور التغذية التي يحركها محرك دوار والتي تشتمل على براغي كروية مُعاد تدويرها. هنا، درجات الحرارة على طول الكرة اللولبية يمكن أن تتغير بسرعة مع معدلات التغذية والقوى المتحركة. يمكن أن تؤدي التغييرات الناتجة في الطول (عادةً 100 ميكرومتر/م خلال 20 دقيقة) إلى حدوث عيوب كبيرة في قطعة العمل. هناك خياران هنا هما قياس محور التغذية الذي يتم التحكم فيه رقميًا من خلال اللولب الكروي باستخدام جهاز تشفير دوار أو من خلال جهاز تشفير خطي.

يستخدم الإعداد السابق جهاز تشفير دوار لتحديد موضع الشريحة من خطوة لولب التغذية. لذلك، يجب أن ينقل المحرك قوى كبيرة ويعمل كحلقة وصل في نظام القياس - مما يوفر قيمًا دقيقة للغاية ويعيد إنتاج درجة ميل المسمار بشكل موثوق. لكن حلقة التحكم في الموضع لا تمثل سوى سلوك المشفر الدوار. نظرًا لأنه لا يمكن تعويض التغييرات في ميكانيكية القيادة بسبب التآكل أو درجة الحرارة، فهذه في الواقع عملية شبه مغلقة. تصبح أخطاء تحديد موضع محرك الأقراص أمرًا لا مفر منه وتؤدي إلى تدهور جودة قطعة العمل.

في المقابل، يقيس المشفر الخطي موضع الشريحة ويتضمن آليات تغذية كاملة في حلقة التحكم في الموضع (من أجل تشغيل حلقة مغلقة حقًا). ليس للتلاعب وعدم الدقة في عناصر النقل بالماكينة أي تأثير على دقة قياس الموضع. لذلك، تعتمد الدقة تقريبًا فقط على دقة وتركيب جهاز التشفير الخطي. ملاحظة جانبية واحدة هنا: يمكن للقياس المباشر للتشفير أيضًا تحسين قياسات حركة المحور الدوار. تستخدم الإعدادات التقليدية آليات تقليل السرعة التي تتصل بجهاز تشفير دوار على المحرك، لكن أجهزة تشفير الزاوية عالية الدقة توفر دقة وإمكانية تكرار نتائج أفضل.

الطرق التي يعالج بها تصميم الكرة اللولبية الحرارة

هناك ثلاث طرق أخرى لمعالجة حرارة اللولب الكروي لها حدودها الخاصة.

1. تمنع بعض الكرات اللولبية التسخين الداخلي (وتسخين أجزاء الماكينة المحيطة) مع قلوب مجوفة لتدوير سائل التبريد. ولكن حتى هذه تظهر تمددًا حراريًا، وزيادة درجة الحرارة بمقدار 1 كلفن فقط تسبب أخطاء في تحديد الموقع تصل إلى 10 ميكرومتر/م. وهذا أمر مهم لأن أنظمة التبريد الشائعة لا يمكنها الاحتفاظ بتغيرات درجات الحرارة إلى أقل من 1 كلفن.

2. في بعض الأحيان يقوم المهندسون بتصميم نموذج للتمدد الحراري للكرة اللولبية في عناصر التحكم. ولكن نظرًا لصعوبة قياس درجة الحرارة أثناء التشغيل وتأثرها بتآكل الصامولة الكروية المعاد تدويرها، ومعدل التغذية، وقوى القطع، ونطاق الاجتياز المستخدم، وعوامل أخرى، فإن هذه الطريقة يمكن أن تسبب أخطاء متبقية كبيرة (إلى 50 ميكرومتر/م) .

3. تحصل بعض الكرات اللولبية على محامل ثابتة عند كلا الطرفين لتعزيز صلابة ميكانيكا القيادة. ولكن حتى المحامل الصلبة الإضافية لا يمكنها منع التوسع الناتج عن توليد الحرارة المحلية. وتكون القوى الناتجة كبيرة، وتشوه حتى أكثر تكوينات المحامل صلابة، بل إنها تسبب أحيانًا تشوهات هيكلية في هندسة الماكينة. يؤدي التوتر الميكانيكي أيضًا إلى تغيير سلوك الاحتكاك لمحرك الأقراص، مما يقلل من دقة تحديد محيط الماكينة. علاوة على ذلك، لا يمكن لعملية التشغيل شبه المغلقة أن تعوض تأثيرات تغيرات التحميل المسبق بسبب التآكل أو التشوه الميكانيكي المرن.