Symptom: amplituda prudce klesne po radiálním posunutí snímací hlavy o několik desetin milimetru – rezerva šířky stopy

Nezmění-li se amplituda po radiálním posunutí snímací hlavy o 0,1 mm, ale po dalších 0,1 mm klesne o desetinu, vyjelo snímací okno ze stopy. Článek odvozuje křivku amplitudy v závislosti na radiálním posunutí ve tvaru plató a lineárního poklesu i spotřebu plató excentricitou, vysvětluje, proč selže nejdříve stopa referenční značky, a uvádí metodu a kritéria, jak z radiálního skenu zpětně určit šířku stopy, excentricitu a zbývající rezervu.

Častý jev při montáži a seřizování: snímací hlava se posune radiálně o 0,1 mm a amplituda se téměř nezmění; po dalších 0,1 mm amplituda náhle klesne o více než desetinu, referenční impuls se zúží nebo se dokonce občas ztratí. U snímačů stejného typu jsou některé stroje v pořádku, jiné mají nestabilní referenční značku. Nejde o postupnou změnu optické citlivosti: radiální okraj snímacího okna vyjel ze stopy a amplituda klesá úměrně překrytí. Článek odvozuje tvar křivky amplituda–radiální posunutí, ukazuje, jak excentricita ukrajuje z plató a proč úzké stopy, jako je stopa referenční značky, selžou dříve, a poté uvádí metodu měření rezervy radiálním skenem. Návrhový vzorec pro šířku stopy je v článku knihovny o radiální šířce stopy; zde se zabýváme jen zpětným určením rezervy ze symptomu.

Podpis symptomu: plató a lineární pokles

Snímací hlavu upevněte na radiální mikroposuvný stolek, kotouč nechte otáčet konstantní rychlostí a v každém kroku zaznamenejte amplitudu – vznikne křivka amplituda–radiální posunutí. Při nedostatečné rezervě šířky stopy má křivka tři znaky:

• střední úsek je plochý, posun snímací hlavy amplitudu nemění;
• po obou stranách plató amplituda klesá přibližně lineárně se strmostí nepřímo úměrnou radiální výšce okna;
• během každé otáčky amplituda kolísá, tím více, čím blíže okraji plató; uprostřed plató ne.

Je-li křivka hladká parabola bez zřetelného plató, je hlavní příčinou spíše nesoulad rozteče způsobený chybou snímacího poloměru (viz článek knihovny o snímacím poloměru). Obojí se často vyskytuje současně: nesoulad rozteče mírně prohne vrchol plató, vyjetí ze stopy určuje strmý pokles po stranách.

Model: poměr překrytí a excentricita

Nechť má stopa radiální šířku W, snímací okno radiální výšku H (W > H) a střed okna je posunut o d vůči středové čáře stopy. Je-li mimo stopu chrom (tmavé pole), nepřispívá přesahující část ani střídavou, ani stejnosměrnou složkou a amplituda je úměrná poměru překrytí:

O(d) = [min(W/2, d + H/2) − max(−W/2, d − H/2)] / H

Z toho plyne:

• poloviční šířka plató m0 = (W − H)/2; pro |d| ≤ m0 je O = 1;
• za plató O = 1 − (|d| − m0)/H; při H = 0,5 mm se ztrácí 2 % na každých 10 μm;
• bod 50 % leží v d = ±W/2 a nezávisí na H; pro |d| ≥ (W + H)/2 signál zaniká.

Je-li mimo stopu čiré sklo (světlé pole), přidává přesahující část jen stejnosměrnou složku; hloubka modulace klesá jako O/(2 − O), při O = 0,9 zbývá jen 0,82 – rychleji než v tmavém poli – a mění se i offset.

Excentricita e způsobí, že středová čára stopy v místě snímání radiálně kmitá: d(θ) = d0 + e·cos(θ − φ), d0 je statické posunutí snímací hlavy. Během jedné otáčky se poloviční šířka plató minimální amplitudy zmenší na m0 − e a poloviční šířka plató maximální amplitudy se rozšíří na m0 + e. Excentricita ukrojí z každé strany e; na montáž snímací hlavy, teplotní drift a sériový rozptyl zbývá jen m0 − e.

Číselný příklad: proč stopa referenční značky selže dříve

Příklad (předpoklad): inkrementální stopa W = 0,8 mm, stopa referenční značky W = 0,6 mm, obě snímací okna H = 0,5 mm, excentricita e = 30 μm. Inkrementální stopa má m0 = 0,15 mm, stopa referenční značky jen 0,05 mm; po odečtení excentricity zbývá 0,12 mm, resp. 0,02 mm. Relativní amplituda během jedné otáčky při statickém posunutí snímací hlavy d0:

Při d0 = 0,1 mm je inkrementální stopa ještě na plató, A a B jsou zcela normální, stopa referenční značky však už ztratila 4 %–16 %. Je-li surový referenční signál přibližně trojúhelníkový a práh na 50 % jmenovité špičky, změní se při poklesu špičky na A-násobek šířka Z na 2·(1 − 0,5/A) jmenovité hodnoty: při A = 0,84 asi 81 %, při A = 0,64 jen 44 % a pro A ≤ 0,5 Z zmizí (viz obrázek 2 vpravo). Referenční značka se objevuje jen v jednom úhlu natočení a do které fáze excentrického kmitání padne, se liší kus od kusu – proto se výrobky stejného typu chovají „některé referenci ztrácejí, jiné ne“. Totéž platí pro jemné stopy a komutační stopy absolutních snímačů: čím užší stopa, tím menší rezerva jí obvykle zbývá.

Jsou-li čtyři fázová snímací okna snímací hlavy uspořádána radiálně vedle sebe (jako u některých konstrukcí se snímací mřížkou), ukrojí vyjetí ze stopy nejprve nejvzdálenější fázi; projeví se to jako nestejné amplitudy a offset, ne jako celkový pokles amplitudy.

Radiální sken: zpětné určení rezervy z křivky

1. Snímací hlavu upevněte na radiální mikroposuvný stolek s mikrometrickou hlavou nebo ji posouvejte podložkami známé tloušťky; kotouč otáčejte pomalu konstantní rychlostí, v krocích po 10–20 μm skenujte až za ±(W + H)/2.
2. V každém kroku rozdělte data podle Z na otáčky a zaznamenejte maximální a minimální amplitudu za otáčku pro inkrementální stopu, stopu referenční značky a každou absolutní stopu.
3. Vyhodnoťte křivky (viz obrázek 2 vlevo): celková šířka v 50 % křivky maxim je W + 2e, křivky minim W − 2e; jejich průměr dává W, čtvrtina rozdílu dává e; vodorovná vzdálenost úseku 20 %–80 % průměrné křivky dělená 0,6 dává H; rozdíl mezi středem plató a skutečnou montážní polohou je montážní posunutí d_op.
4. Vypočtěte zbývající rezervu m_rem = (W − H)/2 − e − |d_op|. V příkladu dávají W = 0,80 mm, H = 0,50 mm, e = 30 μm a d_op = 0,05 mm hodnotu m_rem = 70 μm.

Vyhodnocuje se v bodech 50 % místo „začátku plató“, protože přechodové zóny na koncích rysek a nesoulad rozteče zaoblují rohy plató a zlom je špatně čitelný, zatímco bod 50 % se při symetrickém rozmazání prakticky nepohne.

Kritérium: m_rem musí pokrýt teplotně podmíněný relativní radiální posun a montážní rozptyl série a ještě ponechat rezervu. Vyjetí z inkrementální stopy stojí jen několik procent amplitudy a lze je posuzovat statisticky; vyjetí ze stopy referenční značky nebo z absolutní stopy vede ke ztrátě impulsů a chybnému čtení kódu a musí se posuzovat pro nejhorší případ. V příkladu zbývá stopě referenční značky po odečtení excentricity jen 20 μm – prakticky žádný prostor.

Hlavní body pro praxi

• Plató a lineární pokles v křivce amplituda–radiální posunutí jsou znakem vyjetí snímacího okna ze stopy; strmost je asi 1/H, při H = 0,5 mm 2 % na 10 μm.
• Od poloviční šířky plató (W − H)/2 nejprve odečtěte excentricitu e; teprve zbytek je využitelná rezerva pro montáž a teplotní drift.
• Stopa referenční značky a absolutní stopy bývají nejužší – skenujte každou stopu zvlášť, nesledujte jen inkrementální amplitudu.
• Vyhodnocujte v bodech 50 %: průměr celkových šířek v 50 % obou obálek je šířka stopy, čtvrtina rozdílu excentricita.
• V tmavém poli vyjetí ze stopy jen snižuje amplitudu, ve světlém poli mění i stejnosměrnou složku a hloubka modulace klesá jako O/(2 − O).
• U prvního kusu a při změně typu snímací hlavy nebo držáku proveďte radiální sken a zapište m_rem do protokolu prvního kusu.

Shrnutí

Prudký pokles amplitudy po radiálním posunutí snímací hlavy o několik desetin milimetru znamená, že snímací okno vyjelo ze stopy: amplituda klesá s poměrem překrytí, šířka plató je W − H a excentricita navíc ukrojí z každé strany e. Úzké stopy, jako je stopa referenční značky, mají nejmenší rezervu a projeví se jako první zúženým nebo chybějícím Z. Radiální sken, z něhož se odečtou celkové šířky v 50 % a svahy obou obálek, umožní zpětně určit šířku stopy, výšku okna, excentricitu a zbývající rezervu a rozhodnout, zda změnit polohu držáku, centrování, nebo šířku stopy.

Překlad čínského originálu (0231). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.