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

रैखिक एनकोडर मध्यवर्ती यांत्रिक तत्वों के बिना अक्ष 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 होने वाली त्रुटियों के लिए नियंत्रण को सही करने में मदद करता है। इस प्रकार, यह फीडबैक स्थिति-नियंत्रण लूप में सभी यांत्रिकी के लिए नियंत्रणों को ध्यान में रखता 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 केवल कुछ माइक्रोमीटर चौड़े आवधिक स्नातकों को ट्रैक करता है और छोटी सिग्नल अवधि के साथ सिग्नल आउटपुट करता है। मापने का मानक आमतौर पर कांच या (बड़ी लंबाई मापने के लिए) स्टील होता है, जिसमें वाहक सब्सट्रेट पर आवधिक स्नातक-चिह्न होते हैं। यह स्थिति ट्रैकिंग का एक संपर्क-मुक्त तरीका है।

4 और 40 माइक्रोन के बीच वृद्धिशील झंझरी अवधि के साथ उपयोग किया जाता है, पीआरसी (निरपेक्ष) कोड छवि-स्कैनिंग रैखिक एनकोडर प्रकाश-सिग्नल पीढ़ी के साथ काम करते हैं। दो झंझरी (स्केल और स्कैनिंग रेटिकल पर) एक दूसरे के सापेक्ष चलती हैं। स्कैनिंग रेटिकल की सामग्री पारदर्शी होती है, लेकिन स्केल की सामग्री पारदर्शी या परावर्तक हो सकती है। जब दोनों एक-दूसरे के पास से गुजरते हैं, तो आपतित प्रकाश व्यवस्थित हो जाता है। यदि झंझरी में अंतराल संरेखित हो जाता है, तो प्रकाश उसमें से होकर गुजरता है। यदि एक झंझरी की रेखाएं दूसरे झंझरी के अंतराल से मेल खाती हैं, तो यह प्रकाश को अवरुद्ध कर देती है। फोटोवोल्टिक कोशिकाएं प्रकाश की तीव्रता में भिन्नता को साइनसॉइडल रूप में विद्युत संकेतों में परिवर्तित करती हैं।

8 μm और उससे कम की ग्रेटिंग अवधि वाले ग्रेजुएशन के लिए एक अन्य विकल्प इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग है। ऑपरेशन का यह रैखिक-एनकोडर मोड विवर्तन और प्रकाश हस्तक्षेप का लाभ उठाता है। एक स्टेप ग्रेटिंग मापने के मानक के रूप में कार्य करती है, जो परावर्तक सतह पर 0.2 माइक्रोन ऊंची रेखाओं के साथ पूर्ण होती है। उसके सामने एक स्कैनिंग रेटिकल है - पैमाने से मेल खाने वाली अवधि के साथ पारदर्शी झंझरी। जब एक प्रकाश तरंग रेटिकल से होकर 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 झंझरी पर फिर से मिलती हैं जहां वे एक बार फिर विवर्तित होती हैं और हस्तक्षेप करती हैं। इससे तीन तरंगें बनती हैं जो स्कैनिंग रेटिकल को विभिन्न कोणों पर छोड़ती हैं। फोटोवोल्टिक कोशिकाएं फिर वैकल्पिक प्रकाश की तीव्रता को विद्युत-सिग्नल आउटपुट में परिवर्तित करती हैं।

इंटरफेरेंशियल स्कैनिंग में, रेटिकल और स्केल के बीच सापेक्ष गति के कारण विवर्तित तरंग मोर्चों को एक चरण बदलाव से गुजरना पड़ता है। जब झंझरी एक अवधि तक चलती है, तो पहले क्रम की तरंग दैर्ध्य एक तरंग दैर्ध्य को सकारात्मक दिशा में ले जाती है, और विवर्तन क्रम -1 की तरंग दैर्ध्य एक तरंग दैर्ध्य को नकारात्मक दिशा में ले जाती है। झंझरी से बाहर निकलते समय दोनों तरंगें एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं, इसलिए दो तरंग दैर्ध्य (सिर्फ एक झंझरी अवधि की चाल से दो सिग्नल अवधियों के लिए) द्वारा एक-दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित होती हैं।

दो एनकोडर-स्कैनिंग विविधताएँ

कुछ रैखिक एनकोडर पूर्ण माप करते हैं, इसलिए मशीन चालू होने पर स्थिति मान हमेशा उपलब्ध होता 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 सिग्नल उत्पन्न करते समय स्थिति मान के लिए एक अलग वृद्धिशील ट्रैक प्रक्षेपित किया जाता है।

इसके विपरीत, वृद्धिशील माप से काम करने वाले रैखिक एनकोडर आवधिक झंझरी के साथ स्नातक स्तर की पढ़ाई 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 सुनिश्चित करने के लिए एक पूर्ण 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 पूर्ण पैमाने की स्थिति बिल्कुल एक सिग्नल अवधि के साथ गेट की जाती है। इसलिए रीड हेड को पूर्ण संदर्भ स्थापित करने के लिए या अंतिम चयनित डेटाम (जिसे कभी-कभी लंबे-स्ट्रोक संदर्भ रन की आवश्यकता होती है) ढूंढने के लिए संदर्भ चिह्न का पता लगाना और स्कैन करना होगा।

रैखिक एनकोडर पुनरावृत्तियाँ

रैखिक एनकोडर एकीकरण में एक चुनौती यह है कि उपकरण सीधे गति अक्ष पर काम करते हैं, इसलिए मशीन वातावरण के संपर्क में आते हैं। इस कारण से, कुछ रैखिक एनकोडर सील कर दिए जाते हैं। एक एल्यूमीनियम आवास स्केल, स्कैनिंग कैरिज और उसके गाइडवे को चिप्स, धूल और तरल पदार्थों से बचाता है, और नीचे की ओर उन्मुख लोचदार होंठ आवास को सील करते हैं। यहां, स्कैनिंग कैरिज कम-घर्षण गाइड पर स्केल के साथ यात्रा करती है। एक युग्मन स्कैनिंग कैरिज को माउंटिंग ब्लॉक से जोड़ता है और स्केल और मशीन गाइडवे के बीच गलत संरेखण की भरपाई करता है। ज्यादातर मामलों में, स्केल और माउंटिंग ब्लॉक के बीच ±0.2 से ±0.3 मिमी के पार्श्व और अक्षीय ऑफसेट स्वीकार्य हैं।

स्पष्ट मामला: 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 आकार में स्थानांतरित हो गया है, इसलिए सेटअप को विभिन्न भार और स्ट्रोक के तहत सटीकता बनाए रखनी चाहिए। शायद सबसे अधिक मांग एयरोस्पेस भागों की मशीनिंग की है, जिसमें रफिंग प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम काटने की क्षमता और फिर बाद की परिष्करण प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम सटीकता की आवश्यकता होती है।

अधिक विशेष रूप से, मिलिंग गुणवत्ता वाले सांचों को परिष्करण के बाद तेजी से सामग्री हटाने और 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 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 कार्यों के बीच परिवर्तन मशीन-टूल तापमान में उतार-चढ़ाव में योगदान करते हैं।

इसके अलावा, उत्पादन ऑर्डर को लाभदायक बनाने के लिए वर्कपीस सटीकता महत्वपूर्ण है। रफिंग ऑपरेशन के दौरान, मिलिंग दर 80% या उससे बेहतर तक बढ़ जाती है; फिनिशिंग के लिए 10% से नीचे का मान सामान्य है।

समस्या यह है कि तेजी से उच्च त्वरण और फ़ीड दरें मशीनों के रैखिक फ़ीड ड्राइव के उप-घटकों में हीटिंग का कारण बनती हैं, विशेष रूप से वे जो रोटरी-मोटर-चालित बॉलस्क्रू का उपयोग करते हैं। इसलिए यहां, थर्मल व्यवहार के लिए मशीन-टूल सुधारों को स्थिर करने के लिए स्थिति माप आवश्यक है।

थर्मल अस्थिरता के मुद्दों को संबोधित करने के तरीके

सक्रिय शीतलन, सममित मशीन संरचनाएं, और तापमान माप और सुधार पहले से ही थर्मल प्रेरित सटीकता परिवर्तनों को संबोधित करने के सामान्य तरीके हैं। फिर भी एक अन्य दृष्टिकोण थर्मल ड्रिफ्ट के एक विशेष रूप से सामान्य मोड के लिए सही करना है - जो कि रोटरी-मोटर-चालित फ़ीड अक्षों में रीसर्क्युलेटिंग बॉलस्क्रू को शामिल करता है। यहां, बॉलस्क्रू के साथ तापमान फ़ीड दरों और चलती ताकतों के साथ तेजी से बदल सकता है। लंबाई में परिणामी परिवर्तन (आमतौर पर 20 मिनट के भीतर 100 μm/m) वर्कपीस में महत्वपूर्ण दोष पैदा कर सकता है। यहां दो विकल्प हैं संख्यात्मक रूप से नियंत्रित फ़ीड अक्ष को बॉलस्क्रू के माध्यम से एक रोटरी एनकोडर के साथ या एक रैखिक एनकोडर के माध्यम से मापना।

पूर्व सेटअप फ़ीड-स्क्रू पिच से स्लाइड स्थिति निर्धारित करने के लिए एक रोटरी एनकोडर का उपयोग करता है। इसलिए, ड्राइव को बड़ी ताकतों 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 विश्वसनीय रूप से पुन: उत्पन्न करना। लेकिन स्थिति-नियंत्रण लूप केवल रोटरी-एनकोडर व्यवहार के लिए जिम्मेदार है। क्योंकि यह घिसाव या तापमान के कारण ड्राइविंग यांत्रिकी में बदलाव की भरपाई नहीं कर सकता है, यह वास्तव में अर्ध-बंद-लूप ऑपरेशन है। ड्राइव पोजीशनिंग त्रुटियाँ अपरिहार्य हो जाती हैं और वर्कपीस की गुणवत्ता को ख़राब कर देती हैं।

इसके विपरीत, एक रैखिक एनकोडर स्लाइड स्थिति को मापता है और स्थिति नियंत्रण लूप (वास्तव में बंद-लूप ऑपरेशन के लिए) में पूर्ण फ़ीड यांत्रिकी शामिल करता है। मशीन के स्थानांतरण तत्वों में खेल और अशुद्धियों का स्थिति-माप सटीकता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इसलिए, सटीकता लगभग पूरी तरह से रैखिक एनकोडर की सटीकता और स्थापना पर निर्भर करती है। यहां एक तरफ ध्यान दें: प्रत्यक्ष एनकोडर माप रोटरी-अक्ष गति के माप में भी सुधार कर सकता है। पारंपरिक सेटअप गति-कमी तंत्र का उपयोग करते हैं जो मोटर पर एक रोटरी एनकोडर से जुड़ते हैं, लेकिन उच्च सटीकता वाले कोण एनकोडर बेहतर सटीकता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता प्रदान करते हैं।

बॉलस्क्रू डिज़ाइन गर्मी को संबोधित करने के तरीके

बॉलस्क्रू ताप से निपटने के तीन अन्य तरीकों की अपनी सीमाएँ 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 की तापमान वृद्धि से 10 μm/m तक स्थिति संबंधी त्रुटियां होती हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि सामान्य शीतलन प्रणालियाँ तापमान भिन्नता को 1 K से कम नहीं रख सकती हैं।

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 के बल, उपयोग की गई ट्रैवर्स रेंज और अन्य कारकों से प्रभावित होता है, यह विधि काफी अवशिष्ट त्रुटियों (50 μm/m तक) का कारण बन सकती है। .

3. कुछ बॉलस्क्रू में ड्राइव यांत्रिकी की कठोरता को बढ़ाने के लिए दोनों सिरों पर बियरिंग तय की जाती है। लेकिन अतिरिक्त कठोर बीयरिंग भी स्थानीय ताप उत्पादन से विस्तार को नहीं रोक सकते। परिणामी बल काफी हैं, और यहां तक ​​कि सबसे कठोर असर विन्यास को भी विकृत कर देते हैं - कभी-कभी मशीन ज्यामिति में संरचनात्मक विकृतियां भी पैदा करते हैं। यांत्रिक तनाव ड्राइव के घर्षण व्यवहार को भी बदल देता है, जिससे मशीन की समोच्च सटीकता कम हो जाती है। इसके अलावा, सेमी-क्लोज्ड-लूप ऑपरेशन घिसाव या इलास्टिक ड्राइव-मैकेनिक विरूपण के कारण बेयरिंग-प्रीलोड परिवर्तनों के प्रभावों की भरपाई नहीं कर सकता है।