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Dischi encoder in PC (policarbonato): dove si adattano i dischi in plastica
I dischi encoder in PC (policarbonato) sono leggeri, difficili da rompere ed economici, adatti alla produzione in grande serie; il loro coefficiente di dilatazione termica è però circa 7–8 volte quello del vetro sodico-calcico, e resistenza alla temperatura e precisione non raggiungono quelle del vetro. Questo articolo illustra con esempi di calcolo punti di forza e debolezze dei dischi in PC e gli impieghi adatti e non adatti.
Aprendo il piccolo encoder di una stampante si trova spesso un disco di plastica sottile e leggero. A differenza del disco in vetro non teme le cadute ed è economico, eppure nei servomotori di alta precisione lo si vede raramente. Dove si adatti un disco in PC dipende dal carattere del materiale stesso.
Che cos’è un disco in PC
Il PC, policarbonato, è una plastica tecnica trasparente e tenace. I dischi in PC sono per lo più a trasmissione: il substrato lascia passare la luce e il pattern sul disco la blocca, con lo stesso principio di lettura dei dischi in vetro.
Punti di forza: leggero, resistente alle cadute, economico
- Leggero: la plastica è più leggera del vetro e il disco ha un basso momento d’inerzia, vantaggioso per piccoli motori e apparecchi di bassa potenza.
- Difficile da rompere: il PC è tenace e non si rompe né si scheggia facilmente in caso di cadute e urti (Figura 1 in alto). Anche le perdite durante trasporto e montaggio sono minori.
- Economico: adatto a produzioni in grande serie a basso costo, con un vantaggio sul costo unitario.
Debolezza 1: forte dilatazione termica
Il coefficiente di dilatazione lineare del PC è di circa 65–70 ×10⁻⁶/K, contro circa 9 del vetro sodico-calcico e circa 3,3 del vetro borosilicato. Variazione del raggio a r = 20 mm con un aumento di 60 K:
| Materiale | Variazione del raggio |
|---|---|
| Vetro borosilicato | circa 4,0 μm |
| Vetro sodico-calcico | circa 10,8 μm |
| Acciaio inossidabile | circa 19,2 μm |
| PC (calcolato con 70) | circa 84 μm |
Se il disco si dilata in modo uniforme, le posizioni angolari delle linee non cambiano; i problemi sono altrove:
- Dilatazione diversa da mozzo e albero. Supponiamo che il disco sia incollato a un mozzo in alluminio a raggio 5 mm. L’alluminio si dilata di circa 23; con un aumento di 60 K la differenza di raggio è circa (70 − 23) × 10⁻⁶ × 5 mm × 60 ≈ 14 μm. Questa differenza viene assorbita dallo strato di adesivo; dopo ripetuti cicli termici può causare tensioni, scorrimento dell’adesivo o variazioni di eccentricità.
- L’intera traccia si sposta verso l’esterno. Con un aumento di 60 K, la traccia a raggio 20 mm si sposta di circa 84 μm verso l’esterno. La testina di lettura resta ferma e ora legge il materiale che prima si trovava circa 84 μm più all’interno. Il passo resta 2πr ÷ N e quindi non si disallinea rispetto al reticolo di scansione; ma con tracce strette o dischi assoluti con più tracce affiancate, questo margine va previsto in direzione radiale.
- Dilatazione non uniforme. Solo quando il ritiro dello stampaggio a iniezione è disomogeneo, il mozzo vincola il disco o la differenza di temperatura tra interno ed esterno è elevata, le diverse zone si dilatano diversamente e gli angoli delle linee si spostano davvero.
Debolezza 2: temperatura, precisione e superficie
- Resistenza alla temperatura: il PC rammollisce a temperature molto più basse del vetro; la temperatura di esercizio continuativo va verificata per il materiale specifico. Non è adatto in prossimità di fonti di calore elevate.
- Precisione e numero di linee: la stabilità dimensionale del materiale è inferiore a quella del vetro e assorbe un po’ d’acqua, per cui i dischi in PC si usano in genere con numero di linee modesto e passo più grande. Più grande è il passo, minore è la quota che la stessa deformazione non uniforme rappresenta sul passo e minore è l’effetto.
- Superficie: la superficie del PC è relativamente tenera e si graffia facilmente; alcuni solventi organici come l’acetone possono sbiancare o persino fessurare il PC. Prima della pulizia verificare che il solvente sia adatto.
Dove è adatto
| Caratteristica dell’applicazione | Disco in PC | Disco in vetro |
|---|---|---|
| Sensibile ai costi, grandi volumi | Adatto | Costo più alto |
| Rischio di cadute o urti | Adatto | Richiede protezione |
| Forti variazioni di temperatura, alta precisione richiesta | Poco adatto | Adatto |
| Numero di linee elevato, passo piccolo | Limitato | Adatto |
L’esempio tipico è la stampante: il carrello usa un nastro codificato, l’avanzamento carta un disco codificato, spesso su substrato plastico. Anche in altre rilevazioni di velocità e posizione di motori sensibili ai costi e con requisiti di risoluzione non elevati si valutano spesso dischi in PC.
In sintesi
I punti di forza dei dischi in PC sono leggerezza, resistenza alla rottura e basso costo; le debolezze sono la forte dilatazione termica e una resistenza alla temperatura e una precisione inferiori al vetro. Per numero di linee modesto, piccole variazioni di temperatura e applicazioni sensibili ai costi sono un’ottima scelta; per alta risoluzione, alta precisione o temperature di esercizio elevate è meglio preferire dischi in vetro o metallici.
Traduzione dell’articolo originale cinese (0015). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com
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