Sintomo: lo zero si sposta di alcuni conteggi dopo la sostituzione con una testina dello stesso tipo — tolleranza di posizione della finestra di zero

Uno zero che si sposta di alcuni conteggi dopo il montaggio di una testina di lettura dello stesso tipo deriva da posizionamento di montaggio, rotazione attorno alla spina di riferimento e tolleranza interna del campo di rilevamento, oltre che da salti di periodo quando la finestra di zero supera il margine di gating. Questo articolo converte ogni termine in spostamento e conteggi al raggio di lettura (r = 15 mm, 2500 linee: 1 conteggio ≈ 9,4 μm) e fornisce un budget di intercambiabilità e una prova di scambio incrociato.

In assistenza si sostituisce una testina di lettura, oppure in linea si ricontrolla con un’altra testina dello stesso tipo, e la posizione di azzeramento cambia: a volte di uno o due conteggi, a volte di tre o quattro, in qualche caso esattamente di 4 conteggi, oppure Z si restringe o compare due volte per giro. Né il disco né l’albero sono stati toccati: è cambiata solo la testina. Per rispondere a «quanto spostamento è normale» bisogna prima scomporre la posizione di zero nelle sue componenti, convertirle ciascuna in spostamento e conteggi al raggio di lettura, e poi decidere quale componente restringere e quale risolvere con la regolazione o con l’azzeramento elettronico. L’intera catena d’errore tra zero elettrico e zero meccanico è trattata nell’articolo terminologico di questa raccolta; qui si considera solo l’anello dello scambio della testina.

Da cosa dipende la posizione di zero

Lo Z con gating è il segnale di zero grezzo in AND con il quadrante A = B = 1, quindi i suoi fronti sono i fronti di A e B. La posizione dello zero rispetto al disco è perciò composta da due parti:

Posizione di Z = s_m + s_i + k·p

• s_m: posizione di montaggio tangenziale del riferimento della testina rispetto all’asse di rotazione, determinata da superficie di appoggio, accoppiamento spina–foro e gioco dei fori delle viti;
• s_i: posizione tangenziale del campo di rilevamento incrementale rispetto al riferimento della testina — una tolleranza interna della testina;
• k·p: in quale periodo del segnale cade lo Z grezzo, determinato dalla posizione z della finestra di zero rispetto al campo di rilevamento incrementale; p è il passo.

I primi due termini variano con continuità e si convertono direttamente in conteggi; il terzo è un salto di periodi interi, e k non cambia finché z non supera il margine di gating.

Base di conversione: con r = 15 mm e 2500 linee, p = 2πr/N ≈ 37,7 μm; con decodifica x4 un conteggio vale p/4 ≈ 9,42 μm, pari a 129,6″. La differenza di zero tra due montaggi è

ΔC = (Δs_m + Δs_i)/(p/4) + 4·Δk

Budget di intercambiabilità

Il caso peggiore della parte continua è ±35 μm, circa ±3,7 conteggi; la somma quadratica circa ±2,2 conteggi (Figura 2 a sinistra). Quindi «due o tre conteggi di spostamento dopo il cambio testina» è dispersione normale con questo tipo di posizionamento. Per mantenere lo zero entro ±1 conteggio dopo lo scambio, la somma dei tre termini deve scendere a ±9,4 μm, difficile da ottenere con sole viti e spine di riferimento comuni.

La tolleranza angolare è spesso sottovalutata: se la testina è posizionata da una spina e un secondo foro vite ne limita la rotazione, una rotazione Δβ produce alla finestra di rilevamento uno spostamento tangenziale L·Δβ, dove L è la distanza dalla spina alla finestra. L = 10 mm e Δβ = 1 mrad danno 10 μm, circa un conteggio.

La dispersione della soglia pesa meno: i fronti dello Z con gating sono fissati da A e B, quindi una variazione della soglia dello Z grezzo cambia solo larghezza e centro dello Z grezzo e consuma margine di gating. Solo con uscita senza gating sposta direttamente il fronte; un fronte dello Z grezzo che si estende su 90° elettrici si sposta di circa 9° per una variazione di soglia del 10% — appena 0,1 conteggi.

Salti di periodo: finestra di zero oltre il margine di gating

Con larghezza dello Z grezzo W_r, il margine di gating è ±(W_r − 90°)/2:

• W_r = 180°: ±45°, cioè ±4,7 μm. Una tolleranza interna della finestra di zero di ±10 μm lo supera già: su una parte delle testine Z si restringe, per spostamenti tra 135° e 225° Z scompare, oltre salta al periodo adiacente — lo zero si sposta esattamente di 4 conteggi.
• W_r = 360°: ±135°, cioè ±14,1 μm, che copre una tolleranza di ±10 μm; oltre, ciascuna estremità dello Z grezzo invade un quadrante e compaiono due Z stretti per giro, più in là si salta ancora di 4 conteggi (Figura 2 a destra).

Se dunque la differenza di zero è esattamente un multiplo intero di 4, o si accompagna a uno Z ristretto, mancante o doppio, va controllata la posizione della finestra di zero rispetto al campo di rilevamento incrementale, non il posizionamento di montaggio. Quanto maggiore è la differenza di raggio tra traccia di zero e traccia incrementale sul disco, tanto maggiore è lo sfasamento relativo dovuto a eccentricità e angolo di azimut, che consuma anch’esso questo margine (vedi l’articolo sul progetto dell’allineamento dello zero in questa raccolta).

Prova di scambio incrociato

1. Creare un riferimento: lasciare sullo stesso disco una testina di riferimento che non viene mai smontata, oppure accoppiare all’albero un encoder di riferimento; la posizione Z della testina in prova si esprime in conteggi del riferimento.
2. Combinazioni incrociate: prendere 2–3 testine e 2 posizioni di montaggio (o 2 corpi macchina), montare e smontare ogni combinazione 3 volte e registrare la posizione Z.
3. Separare le cause: se una testina mostra lo stesso spostamento su corpi diversi, la causa è interna alla testina (s_i o z); se lo spostamento segue il corpo, sono la superficie di appoggio e i fori di riferimento; una grande dispersione tra montaggi della stessa combinazione indica scarsa ripetibilità del posizionamento.
4. Guardare la firma numerica: se gli spostamenti sono distribuiti con continuità, ricavare lo spostamento con 9,42 μm/conteggio e confrontarlo con le tolleranze di montaggio e interne; se si concentrano su 0 e ±4, controllare finestra di zero e margine di gating e, se necessario, osservare al punto di test dello Z grezzo la sua posizione rispetto al quadrante A = B = 1.
5. Decidere il rimedio: spostamento continuo — spine più strette o allineamento sul segnale in montaggio; salti di periodo — Z grezzo più largo e tolleranza più stretta della finestra di zero; se il sistema lo consente, ricalibrare l’offset di zero nel controllore dopo la sostituzione della testina.

Punti chiave

• Prima convertire: con raggio di lettura 15 mm e 2500 linee 1 conteggio ≈ 9,4 μm, quindi 28 μm tangenziali sono 3 conteggi.
• Posizionamento tangenziale della testina e rotazione attorno alla spina sono spesso maggiori delle tolleranze interne della testina; se si richiede uno zero intercambiabile, restringere prima il posizionamento.
• Per tenere lo zero entro ±1 conteggio dopo lo scambio, la somma delle tre tolleranze continue deve essere inferiore a p/4; con dischi a passo fine ciò si ottiene in pratica solo con allineamento sul segnale o azzeramento elettronico.
• Una differenza di zero multipla intera di 4, o accompagnata da Z ristretto, mancante o doppio, rimanda alla posizione della finestra di zero rispetto al campo di rilevamento incrementale e alla larghezza dello Z grezzo.
• Con Z grezzo largo circa un periodo il margine di gating è ±135°, molto più dei ±45° con larghezza 180°, a vantaggio dell’intercambiabilità.
• La prova di scambio incrociato contata su una testina di riferimento separa tre classi di cause: interno della testina, superficie di montaggio e ripetibilità del rimontaggio.

Conclusioni

Uno zero che si sposta di alcuni conteggi dopo il montaggio di una testina dello stesso tipo ha una parte continua dovuta a posizionamento di montaggio, rotazione attorno alla spina e tolleranza interna del campo di rilevamento, convertibile in conteggi tramite p/4; i salti di esattamente 4 conteggi nascono quando la finestra di zero supera il margine di gating. Convertendo ogni termine in micrometri e conteggi al raggio di lettura per un budget di intercambiabilità e separando le cause con una prova di scambio incrociato, si decide se restringere il posizionamento, allargare lo Z grezzo o ricalibrare lo zero dopo il cambio testina.

Traduzione dell’articolo originale cinese (0235). ENC7 – produttore di dischi encoder (richiesta) · Articoli tecnici · https://enc7.com

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