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Dischi encoder a trasmissione o a riflessione: dove passa la luce?
Un disco a trasmissione lascia passare la luce, quindi sorgente luminosa e fotorivelatore si trovano su lati opposti del disco. Un disco a riflessione rinvia la luce, quindi sorgente e rivelatore stanno sullo stesso lato. Percorsi ottici diversi comportano requisiti diversi per substrato, testina di lettura, spazio di montaggio e qualità superficiale. Questo articolo mette a confronto le due soluzioni in un’unica tabella.
Tra gli encoder ottici, alcune testine di lettura somigliano a una forcella che racchiude il disco; altre sono soltanto una piccola scheda posta su un lato. La differenza sta nel percorso della luce: in un caso la luce attraversa il disco, nell’altro è il disco a rifletterla indietro.
A trasmissione: la luce attraversa il disco
Nella soluzione a trasmissione sorgente e rivelatore si trovano su lati opposti del disco. La luce del LED viene resa quasi parallela da una lente collimatrice e incide sul disco: le linee non lasciano passare la luce, le fenditure tra di esse sì. La luce che attraversa il disco passa poi attraverso il reticolo di scansione e arriva al fotorivelatore (Figura 1, sinistra).
Il primo requisito per il substrato è quindi la trasparenza. I dischi in vetro sono i più diffusi, con linee in cromo depositato sul vetro; anche i dischi in PC appartengono a questa categoria. Quanto le linee siano «nere» si valuta con la densità ottica: OD 3, ad esempio, significa che passa solo lo 0,1% della luce.
Poiché la luce attraversa l’intero disco, graffi, macchie o bolle su entrambe le superfici del substrato possono influire sul segnale: entrambe le facce devono essere pulite. La testina richiede spazio su entrambi i lati del disco e di solito ha forma a forcella, oppure sorgente e rivelatore vengono montati separatamente sopra e sotto il disco.
A riflessione: la luce torna indietro
Nella soluzione a riflessione sorgente e rivelatore si trovano sullo stesso lato del disco, spesso sulla stessa scheda elettronica. La luce incide obliquamente sul disco: sulle zone riflettenti viene riflessa specularmente verso il rivelatore, sulle zone non riflettenti viene assorbita o diffusa (Figura 1, destra).
Il substrato non deve essere trasparente. Sono comuni metalli come l’acciaio inossidabile, ma esistono anche pattern riflettenti su vetro. Ciò che determina la qualità del segnale è la differenza di riflettanza tra zone riflettenti e non riflettenti.
Un’interessante relazione geometrica: nell’approssimazione dell’ottica geometrica, quando una sorgente puntiforme e il rivelatore giacciono sullo stesso piano, il pattern del disco viene riflesso sul piano del rivelatore con un ingrandimento di circa 2 volte. Perciò, nella testina a riflessione, il passo del reticolo di scansione sul rivelatore è circa il doppio del passo del disco; anche la Figura 1 (destra) è disegnata secondo questa relazione.
La soluzione a riflessione è più esigente nei confronti della superficie del disco. Se la superficie riflettente si inclina di un certo angolo, il fascio riflesso devia del doppio: un’inclinazione di 0,1° devia il fascio di 0,2°. Impronte digitali e film d’olio sulla superficie modificano direttamente la riflettanza. Planarità, pulizia e distanza di lettura vanno quindi tenute sotto stretto controllo.
Le due soluzioni a confronto
| Voce | A trasmissione | A riflessione |
|---|---|---|
| Sorgente e rivelatore | Su lati opposti del disco | Sullo stesso lato del disco |
| Substrato del disco | Deve essere trasparente: vetro, PC | Non deve essere trasparente: di solito metallo, anche vetro |
| Il contrasto del pattern deriva da | Trasparente / opaco (densità ottica) | Riflettente / non riflettente (differenza di riflettanza) |
| Testina di lettura | A forcella o separata, spazio necessario su entrambi i lati | Una sola scheda, montaggio su un lato |
| Ingombro assiale | Relativamente grande | Facile da realizzare sottile |
| Punti di attenzione | Pulizia di entrambe le facce; lo strato opaco è abbastanza nero? | Riflettanza superficiale, planarità, distanza di lettura |
Dove si usa ciascuna soluzione
I dischi in vetro a trasmissione offrono alta precisione ed elevato numero di linee e sono comuni negli encoder ad alta risoluzione per servomotori e nella misura angolare.
I dischi metallici a riflessione resistono a urti e vibrazioni e possono essere sottili. Sono adatti ad apparecchiature con poco spazio assiale o forti vibrazioni, e agli encoder modulari in cui disco e testina sono forniti separatamente e assemblati dall’utente.
Si tratta di abbinamenti tipici, non di confini assoluti. La scelta dipende anche da risoluzione, spazio di montaggio, ambiente e costi; consigliamo di definirla nelle prime fasi di progetto insieme al produttore del disco e alla soluzione di lettura.
In sintesi
Il disco a trasmissione lascia passare la luce, con sorgente e rivelatore su lati opposti, e il substrato deve essere trasparente. Il disco a riflessione rinvia la luce, con sorgente e rivelatore sullo stesso lato: la struttura è più sottile ma più sensibile allo stato della superficie del disco. Sapere dove passa la luce significa sapere quali parametri del disco controllare con maggiore attenzione.
Traduzione dell’articolo originale cinese (0013). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com
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