रैखिक एनकोडर यांत्रिक लिंकेज के दौरान त्रुटियों को ठीक करके सटीकता को बढ़ाते हैं।

रैखिक एनकोडर बिना किसी मध्यवर्ती यांत्रिक तत्व के अक्ष की स्थिति का पता लगाते हैं। ये एनकोडर यांत्रिक लिंकेज (जैसे रोटरी-से-रैखिक यांत्रिक उपकरण) से होने वाली स्थानांतरण त्रुटियों को भी मापते हैं, जिससे नियंत्रणकर्ताओं को मशीन से उत्पन्न होने वाली त्रुटियों को ठीक करने में मदद मिलती है। इस प्रकार, यह फीडबैक नियंत्रणकर्ताओं को स्थिति-नियंत्रण लूपों में सभी यांत्रिकी को ध्यान में रखने में मदद करता है।

एनकोडर में फोटोइलेक्ट्रिक स्कैनिंग कैसे काम करती है

कई सटीक रैखिक एनकोडर ऑप्टिकल या फोटोइलेक्ट्रिक स्कैनिंग द्वारा काम करते हैं। संक्षेप में, एक रीड हेड कुछ माइक्रोमीटर चौड़े आवधिक अंशांकनों को ट्रैक करता है और छोटे सिग्नल अवधियों वाले सिग्नल आउटपुट करता है। मापन मानक आमतौर पर कांच या (बड़ी माप लंबाई के लिए) स्टील होता है जिसमें आवधिक अंशांकन होते हैं—वाहक सब्सट्रेट पर चिह्न। यह स्थिति ट्रैकिंग का एक संपर्क-रहित तरीका है।

4 और 40 माइक्रोन के बीच वृद्धिशील ग्रेटिंग अवधियों के साथ प्रयुक्त, PRC (निरपेक्ष) कोड इमेज-स्कैनिंग रैखिक एनकोडर प्रकाश-संकेत उत्पादन के साथ कार्य करते हैं। दो ग्रेटिंग (स्केल और स्कैनिंग रेटिकल पर) एक दूसरे के सापेक्ष गति करते हैं। स्कैनिंग रेटिकल का पदार्थ पारदर्शी होता है, लेकिन स्केल का पदार्थ पारदर्शी या परावर्तक हो सकता है। जब दोनों एक-दूसरे के पास से गुजरते हैं, तो आपतित प्रकाश मॉड्यूलेट होता है। यदि ग्रेटिंग में अंतराल संरेखित होते हैं, तो प्रकाश प्रवाहित होता है। यदि एक ग्रेटिंग की रेखाएँ दूसरी ग्रेटिंग के अंतरालों से मिलती हैं, तो यह प्रकाश को अवरुद्ध कर देती है। फोटोवोल्टिक सेल प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन को साइनसॉइडल रूप वाले विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं।

8 μm और उससे कम ग्रेटिंग अवधि वाले अंशांकनों के लिए एक अन्य विकल्प इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग है। संचालन का यह रैखिक-एनकोडर मोड विवर्तन और प्रकाश व्यतिकरण का लाभ उठाता है। एक स्टेप ग्रेटिंग मापन मानक के रूप में कार्य करता है, जो एक परावर्तक सतह पर 0.2 μm ऊँची रेखाओं से युक्त होता है। उसके सामने एक स्कैनिंग रेटिकल होता है—एक पारदर्शी ग्रेटिंग जिसकी अवधि स्केल के आवर्तकाल से मेल खाती है। जब कोई प्रकाश तरंग रेटिकल से होकर गुजरती है, तो वह लगभग समान तीव्रता के -1, 0, और 1 क्रमों वाली तीन आंशिक तरंगों में विवर्तित हो जाती है। स्केल तरंगों को विवर्तित करता है जिससे दीप्त तीव्रता विवर्तन क्रम 1 और -1 में केंद्रित हो जाती है। ये तरंगें रेटिकल की फेज ग्रेटिंग पर फिर से मिलती हैं जहाँ वे एक बार फिर विवर्तित होकर व्यतिकरण करती हैं। इससे तीन तरंगें बनती हैं जो स्कैनिंग रेटिकल से अलग-अलग कोणों पर निकलती हैं। फिर फोटोवोल्टिक सेल प्रत्यावर्ती प्रकाश तीव्रता को विद्युत-संकेत आउटपुट में परिवर्तित करते हैं।

इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग में, रेटिकल और स्केल के बीच सापेक्ष गति के कारण विवर्तित तरंगाग्रों में कला-परिवर्तन होता है। जब ग्रेटिंग एक आवर्त गति करती है, तो प्रथम कोटि का तरंगाग्र धनात्मक दिशा में एक तरंगदैर्घ्य गति करता है, और विवर्तन कोटि -1 का तरंगदैर्घ्य ऋणात्मक दिशा में एक तरंगदैर्घ्य गति करता है। ग्रेटिंग से बाहर निकलते समय दोनों तरंगें एक-दूसरे के साथ व्यतिकरण करती हैं, इसलिए एक-दूसरे के सापेक्ष दो तरंगदैर्घ्य गति करती हैं (केवल एक ग्रेटिंग आवर्त गति से दो सिग्नल आवर्तों के लिए)।

दो एनकोडर-स्कैनिंग विविधताएँ

कुछ रैखिक एनकोडर निरपेक्ष मापन करते हैं, इसलिए मशीन चालू रहने पर स्थिति मान हमेशा उपलब्ध रहता है, और इलेक्ट्रॉनिक्स इसे किसी भी समय संदर्भित कर सकते हैं। अक्षों को संदर्भ में ले जाने की कोई आवश्यकता नहीं है। स्केल अंशांकन में एक क्रमिक निरपेक्ष कोड संरचना होती है और स्थिति मान के लिए एक अलग वृद्धिशील ट्रैक प्रक्षेपित किया जाता है, जबकि साथ ही एक वैकल्पिक वृद्धिशील संकेत भी उत्पन्न होता है।

इसके विपरीत, वृद्धिशील मापन पर काम करने वाले रैखिक एनकोडर, आवधिक ग्रेटिंग के साथ अंशांकन का उपयोग करते हैं, और एनकोडर स्थिति प्राप्त करने के लिए किसी मूल बिंदु से अलग-अलग वृद्धि (मापन चरण) की गणना करते हैं। चूँकि यह सेटअप स्थिति निर्धारित करने के लिए एक निरपेक्ष संदर्भ का उपयोग करता है, इसलिए इन सेटअपों के लिए स्केल टेप एक संदर्भ चिह्न वाले दूसरे ट्रैक के साथ आते हैं।

संदर्भ चिह्न द्वारा स्थापित निरपेक्ष स्केल स्थिति ठीक एक सिग्नल अवधि द्वारा नियंत्रित होती है। इसलिए, रीड हेड को एक निरपेक्ष संदर्भ स्थापित करने या अंतिम चयनित डेटाम (जिसके लिए कभी-कभी लंबे स्ट्रोक संदर्भ रन की आवश्यकता होती है) को खोजने के लिए एक संदर्भ चिह्न का पता लगाना और उसे स्कैन करना होगा।

रैखिक एनकोडर पुनरावृत्तियों

रैखिक एनकोडर एकीकरण में एक चुनौती यह है कि उपकरण गति अक्ष पर ही कार्य करते हैं, इसलिए मशीन के वातावरण के संपर्क में रहते हैं। इसी कारण, कुछ रैखिक एनकोडर सीलबंद होते हैं। एक एल्युमीनियम आवरण स्केल, स्कैनिंग कैरिज और उसके गाइडवे को चिप्स, धूल और तरल पदार्थों से बचाता है, और नीचे की ओर स्थित लचीले होंठ आवरण को सील कर देते हैं। यहाँ, स्कैनिंग कैरिज एक कम घर्षण वाले गाइड पर स्केल के साथ-साथ चलता है। एक युग्मन स्कैनिंग कैरिज को माउंटिंग ब्लॉक से जोड़ता है और स्केल और मशीन गाइडवे के बीच बेमेल संरेखण की भरपाई करता है। अधिकांश मामलों में, स्केल और माउंटिंग ब्लॉक के बीच ±0.2 से ±0.3 मिमी का पार्श्व और अक्षीय ऑफसेट स्वीकार्य है।

उदाहरणार्थ: मशीन-टूल अनुप्रयोग

उत्पादकता और सटीकता असंख्य अनुप्रयोगों के लिए सर्वोपरि हैं, लेकिन बदलती परिचालन परिस्थितियाँ अक्सर इन डिज़ाइन उद्देश्यों को चुनौतीपूर्ण बना देती हैं। मशीन टूल्स पर विचार करें। पुर्जों का निर्माण अब छोटे बैच आकारों में होता जा रहा है, इसलिए विभिन्न भार और स्ट्रोक के तहत सेटअप को सटीकता बनाए रखनी होगी। शायद सबसे ज़्यादा मांग एयरोस्पेस पुर्जों की मशीनिंग की है, जिसमें रफिंग प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम कटिंग क्षमता और फिर बाद की फिनिशिंग प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम परिशुद्धता की आवश्यकता होती है।

अधिक विशेष रूप से, मिलिंग गुणवत्ता वाले सांचों के लिए सामग्री को तेज़ी से हटाना और फ़िनिशिंग के बाद उच्च सतह गुणवत्ता की आवश्यकता होती है। साथ ही, केवल तेज़ कंटूरिंग फ़ीड दरें ही मशीनों को स्वीकार्य मशीनिंग समय के भीतर पथों के बीच न्यूनतम दूरी के साथ पुर्जे बनाने में सक्षम बनाती हैं। लेकिन विशेष रूप से छोटे उत्पादन बैचों के साथ, तापीय रूप से स्थिर स्थितियाँ बनाए रखना लगभग असंभव है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ड्रिलिंग, रफ़िंग और फ़िनिशिंग कार्यों के बीच परिवर्तन मशीन-टूल के तापमान में उतार-चढ़ाव का कारण बनते हैं।

इसके अलावा, उत्पादन ऑर्डर को लाभदायक बनाने के लिए वर्कपीस की सटीकता महत्वपूर्ण है। रफिंग ऑपरेशन के दौरान, मिलिंग दर 80% या उससे भी बेहतर हो जाती है; फ़िनिशिंग के लिए 10% से कम मान सामान्य हैं।

समस्या यह है कि लगातार बढ़ते त्वरण और फ़ीड दरों के कारण मशीनों के रैखिक फ़ीड ड्राइव के उप-घटकों में, विशेष रूप से रोटरी-मोटर-चालित बॉलस्क्रू का उपयोग करने वाली मशीनों में, गर्मी पैदा होती है। इसलिए, यहाँ, तापीय व्यवहार के लिए मशीन-टूल सुधारों को स्थिर करने के लिए स्थिति माप आवश्यक है।

तापीय अस्थिरता के मुद्दों को हल करने के तरीके

सक्रिय शीतलन, सममित मशीन संरचनाएँ, और तापमान मापन एवं सुधार, तापीय रूप से प्रेरित सटीकता परिवर्तनों को संबोधित करने के पहले से ही सामान्य तरीके हैं। एक अन्य उपाय तापीय विचलन के एक विशेष रूप से सामान्य तरीके को ठीक करना है—वह है रोटरी-मोटर-चालित फीड अक्षों का जिसमें पुनःपरिसंचारी बॉलस्क्रू शामिल होते हैं। यहाँ, बॉलस्क्रू के साथ तापमान फीड दरों और गतिमान बलों के साथ तेज़ी से बदल सकता है। लंबाई में परिणामी परिवर्तन (आमतौर पर 20 मिनट के भीतर 100 μm/m) वर्कपीस में महत्वपूर्ण दोष पैदा कर सकते हैं। यहाँ दो विकल्प हैं: बॉलस्क्रू के माध्यम से संख्यात्मक रूप से नियंत्रित फीड अक्ष को रोटरी एनकोडर या रैखिक एनकोडर के माध्यम से मापना।

पूर्व सेटअप फीड-स्क्रू पिच से स्लाइड की स्थिति निर्धारित करने के लिए एक रोटरी एनकोडर का उपयोग करता है। इसलिए, ड्राइव को बड़े बलों को स्थानांतरित करना होगा और माप प्रणाली में एक लिंकेज के रूप में कार्य करना होगा—अत्यधिक सटीक मान प्रदान करना और स्क्रू पिच को विश्वसनीय रूप से पुन: उत्पन्न करना होगा। लेकिन स्थिति-नियंत्रण लूप केवल रोटरी-एनकोडर व्यवहार को ध्यान में रखता है। चूँकि यह घिसाव या तापमान के कारण ड्राइविंग यांत्रिकी में होने वाले परिवर्तनों की भरपाई नहीं कर सकता, यह वास्तव में अर्ध-बंद-लूप संचालन है। ड्राइव पोजिशनिंग त्रुटियाँ अपरिहार्य हो जाती हैं और वर्कपीस की गुणवत्ता को कम करती हैं।

इसके विपरीत, एक रैखिक एनकोडर स्लाइड स्थिति को मापता है और स्थिति नियंत्रण लूप (वास्तव में बंद-लूप संचालन के लिए) में संपूर्ण फ़ीड यांत्रिकी को शामिल करता है। मशीन के स्थानांतरण तत्वों में गड़बड़ी और अशुद्धियों का स्थिति-मापन सटीकता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इसलिए, सटीकता लगभग पूरी तरह से रैखिक एनकोडर की सटीकता और स्थापना पर निर्भर करती है। यहाँ एक और बात: प्रत्यक्ष एनकोडर मापन घूर्णी-अक्ष गति के मापन को भी बेहतर बना सकता है। पारंपरिक सेटअप गति-घटाने वाले तंत्रों का उपयोग करते हैं जो मोटर पर एक घूर्णी एनकोडर से जुड़ते हैं, लेकिन उच्च-सटीकता वाले कोण एनकोडर बेहतर सटीकता और पुनरुत्पादन क्षमता प्रदान करते हैं।

बॉलस्क्रू डिज़ाइन गर्मी से निपटने के तरीके

बॉलस्क्रू हीट से निपटने के तीन अन्य तरीकों की अपनी सीमाएं हैं।

1. कुछ बॉलस्क्रू, शीतलक परिसंचरण के लिए खोखले कोर के साथ आंतरिक तापन (और आसपास के मशीन भागों के तापन) को रोकते हैं। लेकिन ये भी तापीय प्रसार प्रदर्शित करते हैं, और केवल 1 K के तापमान में वृद्धि से स्थिति निर्धारण त्रुटियाँ 10 μm/m तक हो जाती हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि सामान्य शीतलन प्रणालियाँ 1 K से कम तापमान परिवर्तन को सहन नहीं कर सकतीं।

2. कभी-कभी इंजीनियर नियंत्रणों में बॉलस्क्रू के तापीय प्रसार का मॉडल बनाते हैं। लेकिन चूँकि संचालन के दौरान तापमान प्रोफ़ाइल को मापना मुश्किल होता है और यह रीसर्क्युलेटिंग बॉल नट के घिसाव, फीड दर, काटने वाले बल, प्रयुक्त ट्रैवर्स रेंज और अन्य कारकों से प्रभावित होता है, इसलिए इस विधि से काफी अवशिष्ट त्रुटियाँ (50 μm/m तक) हो सकती हैं।

3. कुछ बॉलस्क्रू में ड्राइव मैकेनिक्स की कठोरता बढ़ाने के लिए दोनों सिरों पर स्थिर बेयरिंग लगे होते हैं। लेकिन अत्यधिक कठोर बेयरिंग भी स्थानीय ताप उत्पादन से होने वाले विस्तार को नहीं रोक सकते। परिणामी बल बहुत अधिक होते हैं, और सबसे कठोर बेयरिंग विन्यासों को भी विकृत कर देते हैं—कभी-कभी मशीन ज्यामिति में संरचनात्मक विकृतियाँ भी पैदा कर देते हैं। यांत्रिक तनाव ड्राइव के घर्षण व्यवहार को भी बदल देता है, जिससे मशीन की समोच्च सटीकता कम हो जाती है। इसके अलावा, अर्ध-बंद-लूप संचालन घिसाव या प्रत्यास्थ ड्राइव-मैकेनिक विरूपण के कारण बेयरिंग-प्रीलोड परिवर्तनों के प्रभावों की भरपाई नहीं कर सकता।