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

रैखिक एनकोडर मध्यवर्ती यांत्रिक तत्वों के बिना अक्ष की स्थिति को ट्रैक करते हैं। एनकोडर यांत्रिक लिंकेज (जैसे रोटरी-टू-लीनियर मैकेनिकल डिवाइस) से स्थानांतरण त्रुटियों को भी मापते हैं, जो मशीन से उत्पन्न त्रुटियों को ठीक करने में नियंत्रण में मदद करता है। इस प्रकार, यह फीडबैक नियंत्रण को स्थिति-नियंत्रण लूप में सभी यांत्रिकी के लिए जिम्मेदार बनाता 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 ग्रेजुएशन को ट्रैक करता है और छोटे सिग्नल अवधियों के साथ सिग्नल आउटपुट करता है। मापन मानक आमतौर पर ग्लास या (बड़ी माप लंबाई के लिए) स्टील होता है जिसमें आवधिक ग्रेजुएशन होते हैं - वाहक सब्सट्रेट पर निशान। यह स्थिति ट्रैकिंग का एक संपर्क-मुक्त तरीका है।

4 और 40 माइक्रोन के बीच वृद्धिशील झंझरी अवधि के साथ उपयोग किए जाने वाले, पीआरसी (निरपेक्ष) कोड छवि-स्कैनिंग रैखिक एनकोडर प्रकाश-संकेत उत्पादन के साथ काम करते हैं। दो झंझरी (स्केल और स्कैनिंग रेटिकल पर) एक दूसरे के सापेक्ष गति करते हैं। स्कैनिंग रेटिकल की सामग्री पारदर्शी होती है, लेकिन स्केल की सामग्री पारदर्शी या परावर्तक हो सकती है। जब दोनों एक दूसरे से गुजरते हैं, तो घटना प्रकाश मॉड्यूलेट होता है। यदि झंझरी में अंतराल संरेखित होते हैं, तो प्रकाश गुजरता है। यदि एक झंझरी की रेखाएँ दूसरे के अंतराल के साथ मेल खाती हैं, तो यह प्रकाश को अवरुद्ध करती है। फोटोवोल्टिक सेल प्रकाश की तीव्रता में भिन्नता को साइनसोइडल रूप के साथ विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं।

8 μm और उससे कम की ग्रेटिंग अवधि वाले ग्रेजुएशन के लिए दूसरा विकल्प इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग है। संचालन का यह रैखिक-एनकोडर मोड विवर्तन और प्रकाश हस्तक्षेप का लाभ उठाता है। एक स्टेप ग्रेटिंग माप मानक के रूप में कार्य करता है, जो एक परावर्तक सतह पर 0.2 μm ऊंची रेखाओं के साथ पूरा होता है। उसके सामने एक स्कैनिंग रेटिकल है - एक पारदर्शी ग्रेटिंग जिसकी अवधि स्केल से मेल खाती है। जब एक प्रकाश तरंग रेटिकल से गुजरती है, तो यह लगभग समान तीव्रता के -1, 0, और 1 क्रम वाली तीन आंशिक तरंगों में विवर्तित हो जाती है। स्केल तरंगों को विवर्तित करता है, इसलिए चमकदार तीव्रता विवर्तन क्रम 1 और -1 में केंद्रित होती है। ये तरंगें रेटिकल के चरण ग्रेटिंग पर फिर से मिलती हैं जहाँ वे एक बार फिर विवर्तित होती हैं और हस्तक्षेप करती हैं। इससे तीन तरंगें बनती हैं जो स्कैनिंग रेटिकल को अलग-अलग कोणों पर छोड़ती हैं। फोटोवोल्टिक सेल फिर वैकल्पिक प्रकाश तीव्रता को विद्युत-संकेत आउटपुट में परिवर्तित करते हैं।

इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग में, रेटिकल और स्केल के बीच सापेक्ष गति के कारण विवर्तित तरंग अग्रभाग एक चरण बदलाव से गुजरते हैं। जब ग्रेटिंग एक अवधि से आगे बढ़ती है, तो पहले क्रम का तरंग अग्रभाग सकारात्मक दिशा में एक तरंगदैर्ध्य से आगे बढ़ता है, और विवर्तन क्रम -1 की तरंगदैर्ध्य नकारात्मक दिशा में एक तरंगदैर्ध्य से आगे बढ़ती है। ग्रेटिंग से बाहर निकलते समय दोनों तरंगें एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं, इसलिए एक दूसरे के सापेक्ष दो तरंगदैर्ध्य से आगे बढ़ती हैं (केवल एक ग्रेटिंग अवधि की चाल से दो सिग्नल अवधियों के लिए)।

दो एनकोडर-स्कैनिंग विविधताएँ

कुछ रैखिक एनकोडर निरपेक्ष माप करते हैं, इसलिए मशीन चालू होने 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 ग्रेजुएशन में एक सीरियल निरपेक्ष कोड संरचना होती है और एक वैकल्पिक वृद्धिशील संकेत उत्पन्न करते समय स्थिति मान के लिए एक अलग वृद्धिशील ट्रैक को इंटरपोलेशन किया जाता है।

इसके विपरीत, वृद्धिशील मापन पर काम करने वाले रैखिक एनकोडर आवधिक ग्रेटिंग के साथ ग्रेजुएशन का उपयोग करते हैं, और एनकोडर स्थिति प्राप्त करने के लिए कुछ मूल से व्यक्तिगत वृद्धि (मापने के चरण) की गणना करते हैं। क्योंकि यह सेटअप स्थिति का पता लगाने के लिए एक निरपेक्ष संदर्भ का उपयोग करता है, इन सेटअपों के लिए स्केल टेप एक संदर्भ चिह्न के साथ दूसरे ट्रैक के साथ आते हैं।

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

रैखिक एनकोडर पुनरावृत्तियाँ

रैखिक एनकोडर एकीकरण में एक चुनौती यह है कि डिवाइस गति अक्ष पर ठीक से काम करते हैं, इसलिए मशीन के वातावरण के संपर्क में आते हैं। इस कारण से, कुछ रैखिक एनकोडर सीलबंद होते हैं। एक एल्युमिनियम हाउसिंग स्केल, स्कैनिंग कैरिज और उसके गाइडवे को चिप्स, धूल और तरल पदार्थों से बचाता है, और नीचे की ओर उन्मुख लोचदार होंठ हाउसिंग को सील करते हैं। यहाँ, स्कैनिंग कैरिज कम घर्षण गाइड पर स्केल के साथ यात्रा करता है। एक युग्मन स्कैनिंग कैरिज को माउंटिंग ब्लॉक से जोड़ता है और स्केल और मशीन गाइडवे के बीच मिसअलाइनमेंट की भरपाई करता है। अधिकांश मामलों में, स्केल और माउंटिंग ब्लॉक के बीच ±0.2 से ±0.3 मिमी के पार्श्व और अक्षीय ऑफसेट स्वीकार्य हैं।

उदाहरण: मशीन-टूल अनुप्रयोग

उत्पादकता और सटीकता असंख्य अनुप्रयोगों के लिए सर्वोपरि हैं, लेकिन बदलती परिचालन स्थितियाँ अक्सर उन डिज़ाइन उद्देश्यों को चुनौतीपूर्ण बना देती हैं। मशीन टूल्स पर विचार करें। भागों का निर्माण तेजी से छोटे बैच आकारों में चला गया है, इसलिए सेटअप को विभिन्न भार और स्ट्रोक के तहत सटीकता बनाए रखना चाहिए। शायद सबसे अधिक मांग एयरोस्पेस भागों की मशीनिंग है, जिसके लिए रफिंग प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम काटने की क्षमता और फिर बाद की परिष्करण प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम परिशुद्धता की आवश्यकता होती है।

अधिक विशेष रूप से, मिलिंग गुणवत्ता वाले सांचों को फिनिशिंग के बाद तेजी से सामग्री हटाने और उच्च सतह की 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 भागों का उत्पादन करने देती हैं। लेकिन विशेष रूप से छोटे उत्पादन बैचों के साथ, थर्मली स्थिर स्थितियों को बनाए रखना लगभग असंभव है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ड्रिलिंग, रफिंग और फिनिशिंग ऑपरेशन के बीच परिवर्तन मशीन-टूल तापमान में उतार-चढ़ाव में योगदान करते हैं।

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

समस्या यह है कि बढ़ती हुई उच्च गति और फ़ीड दरें मशीनों के रैखिक फ़ीड ड्राइव के उप-घटकों में गर्मी पैदा करती हैं, विशेष रूप से वे जो रोटरी-मोटर-चालित बॉलस्क्रू का उपयोग करते हैं। इसलिए यहाँ, थर्मल व्यवहार के लिए मशीन-टूल सुधारों को स्थिर करने के लिए स्थिति माप आवश्यक है।

तापीय अस्थिरता के मुद्दों को संबोधित करने के तरीके

सक्रिय शीतलन, सममित मशीन संरचनाएँ, तथा तापमान मापन और सुधार पहले से ही तापीय रूप से प्रेरित सटीकता परिवर्तनों को संबोधित करने के सामान्य तरीके हैं। फिर भी एक और तरीका थर्मल बहाव के एक विशेष रूप से सामान्य मोड को ठीक करना है - रोटरी-मोटर-चालित फ़ीड अक्षों में पुनःपरिसंचरण बॉलस्क्रू शामिल हैं। यहाँ, बॉलस्क्रू के साथ तापमान फ़ीड दरों और गतिशील बलों के साथ तेज़ी से बदल सकता है। लंबाई में परिणामी परिवर्तन (आमतौर पर 20 मिनट के भीतर 100 μm/m) महत्वपूर्ण वर्कपीस दोष पैदा कर सकते हैं। यहाँ दो विकल्प हैं रोटरी एनकोडर या रैखिक एनकोडर के माध्यम से बॉलस्क्रू के माध्यम से संख्यात्मक रूप से नियंत्रित फ़ीड अक्ष को मापना।

पहले वाला सेटअप फीड-स्क्रू पिच से स्लाइड की स्थिति निर्धारित करने के लिए रोटरी एनकोडर का उपयोग करता है। इसलिए, ड्राइव को बड़े बलों को स्थानांतरित करना चाहिए और माप प्रणाली में एक लिंकेज के रूप में कार्य करना चाहिए - अत्यधिक सटीक मान प्रदान करना और स्क्रू पिच को मज़बूती से पुन: पेश करना। लेकिन स्थिति-नियंत्रण लूप केवल रोटरी-एनकोडर व्यवहार के लिए जिम्मेदार है। क्योंकि यह पहनने या तापमान के कारण ड्राइविंग यांत्रिकी में होने वाले परिवर्तनों की भरपाई नहीं कर सकता है, यह वास्तव में अर्ध-बंद-लूप ऑपरेशन 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 पूर्ण फ़ीड मैकेनिक्स शामिल करता है। मशीन के स्थानांतरण तत्वों में प्ले 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 साइड नोट: प्रत्यक्ष एनकोडर माप रोटरी-अक्ष गति के माप को भी बेहतर बना सकता है। पारंपरिक सेटअप गति-घटाने वाले तंत्र का उपयोग करते हैं जो मोटर पर एक रोटरी एनकोडर से जुड़ते हैं, लेकिन उच्च-सटीकता वाले कोण एनकोडर बेहतर सटीकता और पुनरुत्पादकता 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 हीटिंग (और आसपास के मशीन भागों के हीटिंग) को रोकते हैं। लेकिन ये भी थर्मल विस्तार प्रदर्शित करते हैं, और केवल 1 K का तापमान वृद्धि 10 μm/m तक स्थिति त्रुटियों का कारण बनता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि सामान्य शीतलन प्रणाली 1 K से कम तापमान भिन्नता को रोक नहीं सकती है।

2. कभी-कभी इंजीनियर नियंत्रण में बॉलस्क्रू के थर्मल विस्तार का मॉडल बनाते हैं। लेकिन क्योंकि ऑपरेशन के दौरान तापमान प्रोफ़ाइल को मापना मुश्किल होता है और यह रीसर्क्युलेटिंग बॉल नट के घिसाव, फ़ीड दर, काटने वाले बल, इस्तेमाल की गई ट्रैवर्स रेंज और अन्य कारकों से प्रभावित होता है, इसलिए यह विधि काफी अवशिष्ट त्रुटियाँ (50 μm/m तक) पैदा कर सकती है।

3. कुछ बॉलस्क्रू में ड्राइव मैकेनिक्स की कठोरता को बढ़ाने के लिए दोनों सिरों पर फिक्स बियरिंग होती है। लेकिन अतिरिक्त कठोर बियरिंग भी स्थानीय ताप उत्पादन से होने वाले विस्तार को रोक नहीं सकती। परिणामी बल काफी होते हैं, और सबसे कठोर बियरिंग विन्यास 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 पहनने या लोचदार ड्राइव-मैकेनिक विरूपण के कारण बियरिंग-प्रीलोड परिवर्तनों के प्रभावों की भरपाई नहीं कर सकता है।