Come si definiscono diametro esterno, foro e spessore di un disco encoder

Le dimensioni di un disco encoder non si ricavano a caso dallo spazio rimasto nella custodia. L’ordine più sensato è: prima il raggio di lettura da numero di righe e passo, poi il diametro esterno aggiungendo traccia e margine di bordo, il foro in base all’albero e al tipo di montaggio, lo spessore in base a substrato, rigidezza e peso, e infine indicare chiaramente lato inciso e riferimento di concentricità. L’articolo spiega le voci in questo ordine.

Progettando un nuovo encoder, come si compilano diametro esterno, foro e spessore nel disegno del disco? Di solito si guarda quanto spazio resta nella custodia e si ricava il diametro esterno. In realtà è più logico partire dal «raggio di lettura» e definire le voci una per una dall’interno verso l’esterno, nell’ordine della figura 1.

Figura 1 – Dimensioni del disco in sequenza: raggio di lettura R, diametro esterno ΦD, foro Φd, spessore t, infine lato inciso e anello di centraggio (schematico, non in scala).

Passo 1: raggio di lettura

Il raggio di lettura è il raggio del centro della traccia, a cui è rivolta la testina di lettura. Dipende da numero di righe e passo: p = 2πr ÷ N, e viceversa r = N × p ÷ 2π.

Ad esempio, per un disco da 2500 righe con passo di circa 50 μm, r ≈ 2500 × 50 μm ÷ 6,283 ≈ 19,9 mm, quindi circa 20 mm. Il reticolo di scansione nella testina è spesso progettato per un certo raggio di lettura: i due devono corrispondere.

Un raggio grande ha un ulteriore vantaggio: minore sensibilità all’eccentricità. Con la stessa eccentricità di 5 μm, l’errore è di circa 52″ a raggio 20 mm e di circa 103″ a raggio 10 mm (Δθ ≈ e ÷ r).

Passo 2: diametro esterno

Diametro esterno ΦD = 2 × (raggio di lettura + metà larghezza traccia + margine di bordo).

Larghezza traccia: deve coprire l’altezza della finestra di lettura, più un margine per eccentricità di montaggio e eccentricità radiale;
Margine di bordo: taglio e molatura lasciano piccole scheggiature sul bordo, e anche presa e bloccaggio avvengono sul bordo; le righe non devono essere troppo vicine al bordo.

Esempio di calcolo (valori solo dimostrativi): raggio di lettura 20 mm, traccia larga 2 mm, margine di bordo 1,5 mm, diametro esterno circa 2 × (20 + 1 + 1,5) = 45 mm.

Il diametro esterno non va aumentato liberamente. Per un disco pieno J = ½mR², e la massa è proporzionale a R²: a parità di spessore, raddoppiando il diametro esterno il momento d’inerzia diventa 16 volte maggiore, a scapito della risposta dinamica dei piccoli motori.

Passo 3: foro

Il foro dipende dal diametro dell’albero e dal tipo di montaggio:

Incollato su un mozzo: foro leggermente più grande dello spallamento di centraggio del mozzo, con spazio per lo strato di adesivo; al montaggio si centra al microscopio con l’anello di centraggio, non tramite l’accoppiamento del foro;
Albero cavo: il foro deve lasciare spazio all’albero ed è spesso molto grande; la corona tra traccia e foro si restringe di conseguenza;
Centraggio sul foro: se il montaggio centra direttamente sul foro, occorre specificare chiaramente la concentricità tra foro e traccia.

Tra foro e traccia va lasciata anche una superficie di incollaggio; l’adesivo non deve debordare sulla traccia.

Passo 4: spessore

Lo spessore è un compromesso tra rigidezza, peso e spazio. Un disco in vetro più spesso è più robusto e meno soggetto a scheggiature, ma più pesante e con maggiore momento d’inerzia; i dischi metallici possono essere molto sottili; con diametro grande e spessore ridotto va curata in particolare la planarità.

Per i dischi a trasmissione, inoltre, il lato su cui si trova l’incisione influisce sulla distanza tra righe e reticolo di scansione. Se il lato inciso è rivolto verso la testina, la distanza di lettura non dipende dallo spessore del vetro.

Passo 5: lato inciso e riferimenti

Definite le dimensioni, il disegno deve indicare chiaramente anche:

Voce	Cosa indicare
Raggio di lettura	Raggio del centro traccia, base di progetto della testina
Diametro esterno ΦD	Quota e tolleranza; se usato come riferimento di posizionamento
Foro Φd	Quota e tolleranza; requisito di concentricità se si centra sul foro
Spessore t	Quota e tolleranza; requisito di planarità
Lato inciso	Su quale lato sono le righe, verso la testina o verso la sorgente luminosa
Riferimento di concentricità	Anello di centraggio, foro o diametro esterno

In sintesi

L’ordine per definire le dimensioni del disco è: raggio di lettura → diametro esterno → foro → spessore → lato inciso e riferimenti. Il raggio di lettura si calcola da numero di righe e passo, il diametro esterno vi aggiunge traccia e margine di bordo, il foro dipende dal montaggio, lo spessore da substrato e rigidezza. Ragionando in questo ordine e verificando la fattibilità di processo con il produttore del disco, si evitano rifacimenti del disegno.

Traduzione dell’articolo originale cinese (0019). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com