Metal Enkoder Diskleri: Darbeye Dayanıklı Yansımalı Kod Diskleri

Metal enkoder diskleri çoğunlukla alt tabaka olarak paslanmaz çelik kullanır. Parlatılmış ayna yüzey yansıtıcı bölgeyi, pürüzlü veya ışığı soğuran kısım yansıtmayan bölgeyi oluşturur; okuma kafası sinyali ikisi arasındaki yansıtma oranı farkından okur. Darbe ve titreşime dayanıklıdır ve ince yapılabilir, ancak düzlemsellik ve yüzey durumuna daha duyarlıdır. Bu makalede yapısı, avantajları ve kullanımda dikkat edilecek noktalar açıklanır.

Cihaz yoğun titreşiyor ve ara sıra darbe alıyorsa ya da motorun arka ucunda enkodere kalan eksenel alan yalnızca birkaç milimetreyse cam disk zorlanır: Cam kırılgandır, darbeden korkar ve çok ince yapılması kolay değildir. Metal diskler tam da bu durumlar için tasarlanmıştır; çoğunlukla paslanmaz çelikten yapılır ve yansımalı optik yol kullanır.

Şekil 1 – Metal disk yüzeyinin büyütülmüş görünümü: Işık lekesi parlatılmış yansıtıcı bölgeye düştüğünde ışık yansıma yasasına göre dedektöre gönderilir; pürüzlü veya soğurucu yansıtmayan bölgeye düştüğünde ışık saçılır veya soğurulur. Disk hareket ettikçe alınan ışık şiddeti aydınlık-karanlık değişir.

Tek bir paslanmaz çelik levha, iki tür yüzey

Metal ışık geçirmediğinden metal disk deseni “geçiren/geçirmeyen” ile değil, “yansıtan/yansıtmayan” ile oluşturur:

Yansıtıcı bölgeler: Parlatılmış ayna yüzey. Işık yansıma yasasına göre tek yöne yansır ve tam olarak okuma kafasının dedektörüne ulaşır.
Yansıtmayan bölgeler: Ya ışığı her yöne saçan pürüzlü bir yüzey ya da ışığı soğuran düşük yansımalı bir film. Her iki yöntemle de fotolitografi ve aşındırma ile ince desenler yapılabilir.

Disk döndükçe ışık lekesi dönüşümlü olarak iki yüzeye düşer ve dedektör aydınlık-karanlık bir sinyal alır (Şekil 1).

Sinyal kontrastı iki yüzeyin yansıtma oranı farkına bağlıdır. Modülasyon derinliği M = (Imax − Imin) ÷ (Imax + Imin) ile hesaplarsak: Yansıtıcı bölge 1, yansıtmayan bölge 0,1 geri gönderirse M = 0,9 ÷ 1,1 ≈ 0,82 olur; yansıtmayan bölge kötü yapılmış ve 0,3 geri gönderiyorsa M yaklaşık 0,54’e düşer. Bu yüzden yansıtmayan bölgenin “yeterince karanlık” olması, yansıtıcı bölgenin “yeterince parlak” olması kadar önemlidir.

Avantajlar: Darbeye dayanıklı, ince yapılabilir

Darbe ve titreşime dayanıklı: Metal toktur, darbe aldığında cam gibi kenarından kırılmaz veya parçalanmaz.
İnce yapılabilir: İnce levha bile yeterli dayanıma sahiptir; eksenel alanı dar yapılara uygundur.
Tek taraflı okuma: Yansımalı yapıda ışık kaynağı ve dedektör diskin aynı tarafındadır; okuma kafasının diski çevrelemesi gerekmez, montaj alanı daha esnektir.
Metal göbekle daha uyumlu: Paslanmaz çeliğin doğrusal genleşme katsayısı yaklaşık 16–17 ×10⁻⁶/K, alüminyum alaşımınınki yaklaşık 23’tür; yaklaşık 9 olan soda-kireç camına kıyasla alüminyum göbekle ısıl genleşme farkı daha küçüktür.

Dikkat 1: Düzlemsellik

İnce metal levha kolayca çarpılır. Yansımalı okuma aralığa oldukça duyarlıdır; disk çarpıksa okuma aralığı dönüş açısıyla değişir ve sinyal genliği de buna göre dalgalanır (Şekil 2).

Şekil 2 – Disk çarpık olduğunda okuma aralığı dönüş açısıyla değişir, sinyal genliği de buna göre dalgalanır (şematik).

Ayrıca yansıtıcı yüzey α kadar eğilirse yansıyan ışın 2α sapar ve ışık lekesi dedektörden kayabilir. Bu nedenle metal diskin düzlemselliği ve montaj sonrası eksenel salgısı kontrol altında tutulmalıdır.

Dikkat 2: Yüzey durumu

Yansımalı sinyal doğrudan yüzeyin yansıtma oranına bağlıdır. Parmak izi, yağ filmi, oksitlenme ve çizikler yansıtma oranını değiştirir; sinyali zayıflatır veya düzensizleştirir. Paslanmaz çelik korozyona dayanıklı olsa da parlatılmış ayna yüzey kirlenmeye karşı hassastır: Eldiven veya parmaklıkla tutulmalı, yalnızca kenarından temas edilmeli, nemden korunarak saklanmalı ve uygun yöntemlerle temizlenmelidir.

Sıcaklık değişimleri de dikkate alınmalıdır: Paslanmaz çelik disk 60 K artışta 20 mm yarıçapta yaklaşık 19,2 μm genleşir; bu, yansımalı okuma kafasının aralığını etkiler.

Nerelerde uygundur

Titreşimi ve darbesi yüksek cihazlar;
Eksenel alanı dar, ince yapı gerektiren motorlar ve modüler enkoderler;
Disk ve okuma kafasının ayrı monte edildiği, tek taraflı okuma gerektiren yapılar.

Çok yüksek çizgi sayısı ve doğruluk gerektiğinde cam diskler hâlâ daha yaygındır; seçim disk üreticisiyle birlikte değerlendirilebilir.

Özet

Metal disk paslanmaz çelik alt tabaka kullanır ve sinyalini parlatılmış ayna yüzey ile pürüzlü veya soğurucu yüzey arasındaki yansıtma oranı farkından üretir. Darbe ve titreşime dayanıklıdır, ince yapılabilir; bunun bedeli düzlemsellik ve yüzey durumuna daha fazla duyarlılıktır. Metal diski iyi kullanmanın anahtarı çarpılmayı kontrol etmek ve ayna yüzeyi korumaktır.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0016). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com