Kovové kódové kotouče: reflexní kotouče odolné proti rázům

Kovové kódové kotouče používají jako substrát většinou nerezovou ocel. Leštěné zrcadlové plochy tvoří odrazné oblasti, drsné nebo světlo pohlcující části neodrazné oblasti; snímací hlava získává signál z rozdílu odrazivosti obou oblastí. Odolávají rázům a vibracím a lze je vyrobit tenké, jsou však citlivější na rovinnost a stav povrchu. Článek popisuje jejich konstrukci, výhody a zásady použití.

Když zařízení silně vibruje a občas dostane ráz, nebo když na konci motoru zbývá pro snímač jen několik milimetrů axiálního prostoru, má skleněný kotouč potíže: sklo je křehké, nesnáší rázy a není snadné ho vyrobit velmi tenké. Kovové kotouče jsou určeny právě pro tyto případy; jsou většinou z nerezové oceli a využívají reflexní optickou dráhu.

Obrázek 1 – Zvětšený povrch kovového kotouče: dopadne-li světelná stopa na leštěnou odraznou plochu, světlo se podle zákona odrazu vrací k detektoru; na drsné nebo pohltivé neodrazné ploše se rozptýlí nebo pohltí. Při pohybu kotouče se intenzita přijímaného světla střídá mezi světlou a tmavou.

Jeden plech z nerezové oceli, dva povrchy

Kov nepropouští světlo, proto kovový kotouč netvoří vzor pomocí „propustné/nepropustné“, ale pomocí „odrazné/neodrazné“:

Odrazné oblasti: leštěná zrcadlová plocha. Světlo se podle zákona odrazu odráží jedním směrem a dopadá přesně na detektor snímací hlavy.
Neodrazné oblasti: buď drsný povrch, který světlo rozptyluje do všech směrů, nebo světlo pohlcující vrstva s nízkou odrazivostí. Obě varianty lze jemně strukturovat fotolitografií a leptáním.

Při otáčení kotouče dopadá světelná stopa střídavě na oba povrchy a detektor přijímá světlo-tmavý signál (obrázek 1).

Kontrast signálu závisí na rozdílu odrazivosti obou povrchů. Výpočet s hloubkou modulace M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin): vrací-li odrazná oblast 1 a neodrazná 0,1, je M = 0,9 ÷ 1,1 ≈ 0,82; je-li neodrazná oblast provedena špatně a vrací 0,3, klesne M asi na 0,54. To, zda je neodrazná oblast „dost tmavá“, je proto stejně důležité jako to, zda je odrazná oblast „dost světlá“.

Výhody: odolnost proti rázům a malá tloušťka

Odolnost proti rázům a vibracím: kov je houževnatý a při rázu se mu nevylomí hrana ani nepraskne jako sklo.
Lze vyrobit tenký: i tenký plech má dostatečnou pevnost, vhodné pro konstrukce s omezeným axiálním prostorem.
Snímání z jedné strany: u reflexního uspořádání jsou zdroj a detektor na stejné straně kotouče, snímací hlava nemusí kotouč obepínat a montážní prostor je flexibilnější.
Lepší soulad s kovovými náboji: nerezová ocel má součinitel roztažnosti asi 16–17 ×10⁻⁶/K, hliníková slitina asi 23; ve srovnání se sodnovápenatým sklem (asi 9) je rozdíl teplotní roztažnosti vůči hliníkovému náboji menší.

Zásada 1: rovinnost

Tenký kovový plech se snadno prohne. Reflexní snímání je na mezeru dosti citlivé; je-li kotouč prohnutý, mění se snímací vzdálenost s úhlem natočení a s ní kolísá i amplituda signálu (obrázek 2).

Obrázek 2 – U prohnutého kotouče se snímací vzdálenost mění s úhlem natočení a amplituda signálu odpovídajícím způsobem kolísá (schematicky).

Navíc: nakloní-li se odrazná plocha o α, odchýlí se odražený svazek o 2α a světelná stopa může minout detektor. Je proto nutné hlídat rovinnost kovového kotouče i axiální házení po montáži.

Zásada 2: stav povrchu

Reflexní signál přímo závisí na odrazivosti povrchu. Otisky prstů, olejové filmy, oxidace a škrábance ji mění a činí signál slabším nebo nerovnoměrným. Nerezová ocel sice odolává korozi, leštěná zrcadlová plocha je však stále citlivá na znečištění: manipulujte v rukavicích nebo prstových návlecích, dotýkejte se jen okraje, skladujte v suchu a čistěte vhodnými metodami.

Je třeba počítat i se změnami teploty: kotouč z nerezové oceli se při zvýšení teploty o 60 K na poloměru 20 mm roztáhne asi o 19,2 μm, což ovlivňuje mezeru reflexní snímací hlavy.

Kam se hodí

Zařízení se silnými vibracemi a rázy;
Motory a modulární snímače s omezeným axiálním prostorem, které vyžadují plochou konstrukci;
Konstrukce, kde se kotouč a snímací hlava montují odděleně a je potřeba snímání z jedné strany.

Při velmi vysokém počtu rysek a přesnosti jsou stále běžnější skleněné kotouče; volbu lze zvážit společně s výrobcem kotouče.

Shrnutí

Kovový kotouč používá substrát z nerezové oceli a vytváří signál z rozdílu odrazivosti mezi leštěnou zrcadlovou plochou a drsným nebo pohltivým povrchem. Odolává rázům a vibracím a lze ho vyrobit tenký, za cenu vyšší citlivosti na rovinnost a stav povrchu. Klíčem k úspěšnému použití je zvládnout prohnutí a chránit zrcadlovou plochu.

Překlad čínského originálu (0016). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com