خط کشهای دیجیتال و کد گشائی آنها
برای کنترل سیستمهای NC و CNC سنسورهایی باید مورد استفاده قرار گیرد که بتواند مقدار جابجائی بر حسب متر، میلی متر و میکرو متر را به صورت سیگنال الکتریکی در اختیار قرار بدهد. در این پدیده ها شخص جائی ندارد و سنسور خود باید جابجائی ها را بسنجد. برای تبدیل دما از تغییر ولتاژ دو سر دیود زنری مشخص استفاده می شود، اما سیستمی که بتواند جابجائی را تشخیص دهد مسلماً فرق خواهد کرد. برای باور دیدگاهی که بتواند جابجائی را آشکار سازد تشخیص تعداد دور موتور مثال خوبی خواهد بود به این ترتیب که در آن می توان یک فرستنده و گیرنده نوری را در دو طرف پره ای که به روتور موتور وصل است قرار داد. با چرخش موتور این پره مسیر نور را قطع و وصل می کند و تعداد قطع و وصل مقدار چرخش را مشخص می سازد. این سنسور برای شناخت تعداد دور بسیار ساده و بسیار مناسب است. اما برای رسیدن به دقتهای بالا و برای تشخیص نصف ، یک چهارم و ... از یک دور باید تکنیک ساده بالا بهبود یابد که در بخشهای بعدی این روشها ارائه می گردند و اینها همان اصولی هستند که در انکدرهای دیجیتالی میزان چرخش و مقدار جابجائی مورد استفاده قرار می گیرند.
1-1-2 میزان چرخش :
زمانیکه سیستم دقت بالاتری بطلبد یعنی اینکه علاوه بر تعداد دورها به یک دوم دور، یک چهارم دور و ... نیز حساس باشد یا باید در فواصل منظم بر روی دایره ای تعداد سنسورها زیادتر گردند تا آن پره تک پر در هر مکانی یکی از این سنسورها را قطع و وصل کند و یا ارزانتر و ساده تر اینکه یک سنسور قرار داده شود و در عوض تعداد پره های متصل به روتور زیاد تر گردند. این همان تکنیکی است که در خط کشهای نوع دوم یا بعبارت دیگر مقیاس بندهای نوع دوم یا چرخشی بکار می رود و در آنها یک صفحه دایره ای فلزی سوراخهای زیادی را در فواصل منظم ایجاد می کنند و این دایره به روی محوری می چرخد که این محور به روتور موتور الکتریکی وصل می شود و در پشت این پالسهای ایجاد شده یک مدار دیکدر جهت و میزان چرخش و با مدیریت پروسسور مکان دقیق را محاسبه کرده و نمایش می دهد.
در حالتیکه دقت بسیار بالاتری مد نظر باشد چون که سوراخکاری صفحه فلزی از نظر مکانیکی و اندازه سوراخها محدود است به جای سوراخکاری خطوطی را روی صفحه ای شیشه ای ایجاد می کنند.
2-1-2 تعیین جهت چرخش:
تکنیکی که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بیان می کند و این سنسور و مدار پشت سر آن تنها برای زمانی که موتور فقط در یک جهت حرکت می کند مناسب است و برای کاربردهای CNC وNC که موتورهای الکتریکی از قبیل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهای چپ گرد، راستگرد دارند این تکنیک به تنهائی کارا نیست.
عدم کارائی از اینجا ناشی می شود که یک سیستم پردازشگر وجود دارد و یک مکان شمارش که اکثراً سیستم کنترل دقیقاً پروسسور نیست. همچنین یک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معین می کند و پروسسور تنها از طریق شمارنده ها به تحلیل مکان می پردازد بنابراین سنسور طوری باید طراحی شود که جهت چرخش را نیز به مدار شمارشگر بدهد برای اینکار به جای استفاده از یک سنسور نور در مقابل سوراخهای موجود روی قرص دایره ای دو سنسور نوری قرار داده می شود و فاصله آن دو را چنان تنظیم می شود که پالسهای ایجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازی برابر 90° با هم داشته باشند.در شکل 1-2 دو موج حاصل از خروجی خطکش ، پس از تقویت و تبدیل به موج مربعی دیده می شود همانطوریکه از شکل پیداست این دو موج با هم اختلاف فازی برابر 90 درجه دارند. زمانیکه سیگنال XA از سیگنال XB باندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانیکه سیگنال XB از سیگنال XA باندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود.
شکل 1_2_ سیگنالهای نهائی خط کش
بنابراین از پس فاز یا پیش فاز بودن سیگنال A نسبت به B می توان جهت حرکت را نیز تعیین کرد و حال به جای استفاده از یک شمارنده ساده ، از یک شمارنده بالا پائین شمار و یک مدار تشخیص جهت استفاده می گردد که در آن صورت در هر زمانی مقدار دقیق جابجائی نسبت به مبدا را خواهیم داشت]
2_2 مقیاس بندهای خطی[1]
مقیاس بندهای خطی یا به اصطلاح خط کشهای دیجیتالی نیز با تکنیکی دقیقاً مشابه مقیاس بندهای دوار[2] ساخته می شوند با این تفاوت که در اینجا خطوط مقیاس را بر روی یک صفحه نواری شیشه ای ایجاد می کنند و این نوار شیشه ای طولی به اندازه حداکثر تغییر مکان مورد نظر دارد و مشابه حالت دوار در اینجا نیز نوار شیشه ای مابین فرستنده و گیرنده های نوری جابجا می شود و با قطع و وصل سیگنال نوری سیگنال الکتریکی تولید می کند.
در شکل 2_2 چگونگی تولید این پالسها بر مبنای مقدار حرکت به دو صورت عبوری و انعکاسی دیده می شود.
شکل 2_2_ الف. سیستم خط کش بروش عبور و قطع نور
در اینجا باید متذکر شد که عرض نوارها بسیار باریک است و در خط کشهای دقت بالا این عرض به حدود چهار میکرومتر و کمتر نیز می رسد. بنابراین ریزترین باریکه های نوری نیز باعث عبور نور از مابین چند خط تاریک می شود ، پس سنسور نوری هیچگاه قطع نور را حس نمی کند. برای حل این مشکل ورنیه ای از جنس همان نوار شیشه ای طویل ساخته می شود و روی آن نیز خط هائی به پهنا و درازای خطوطی که روی نوار شیشه ای ایجاد شده است با تکنیک های مدار چاپی ایجاد می شود و آن به همراه گیرنده و فرستنده های نوری حرکت کرده و روی هم افتادگی خطوط متناظر بر روی ورنیه و نوار خط کش ، باعث عبور نور و عدم روی هم افتادگی متناظر باعث قطع نور می گردد و سیگنال الکتریکی بازای حرکت پدید می آید
لازم به ذکر است که ورنیه در هر دو سیستم خط کش چرخشی و خطی بکار میرود. و در حالت خطکش ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور حرکت کرده و نوار شیشه ای ثابت است و در حالت دوار برعکس ، یعنی ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور ثابت بوده و نوار شیشه ای بوسیله روتور در وسط آن می چرخد.
3_2 نقاط مرجع [1]
برای اینکه نقطه شروع یا مبدائی برای اندازه گیری وجود داشته باشد بر روی نوار شیشه ای خط کش و همچنین ورنیه آن خطوط اضافی را بعنوان خطوط مرجع قرار می دهند که این خطوط در زیر ردیف نوار خطوط اصلی و در فواصل منظمی قرار دارند. فاصله این خطوط نسبت به هم( بر عکس خطوط اصلی که به ازای هر 2 ، 10 ، 20 میکرومتر و ... ( بسته به دقت خط کش ) از هم قرار داشتند) خیلی بزرگ و بازای هر 50 میلیمتر (50000 میکرومتر ) می باشد. یعنی سنسور نوری مربوط به نقاط مرجع بازای هر حرکت پنجاه میلی متری یک پالس می دهد. این خطوط برای حذف خطای تنشهای CNC و DRO[2] بکار می روند.
الف) نقاط مرجع با فاصله ثابت: نقاط مرجع بازای هر 50mm قرا می گیرند و بازای هر جابجائی باندازه 50mm یک پالس می گیریم.
ب) نقاط مرجع با فاصله کد شده :برای اینکه دستگاه برای یافتن نقطه مرجع اصلی کل طول خط کش را طی نکند از نقاط مرجع با فاصله کد شده استفاده می شود همانطوریکه در شکل 3_2 دیده می شود ، خطوط مرجع به دو میدان زوج و فرد تقسیم می شوند خطوط مرجع با شماره های فرد کلاً با فاصله 20mm از هم قرار دارند و خطوط زوج با نسبتی نسبت به خطوط فرد قرار می گیرند که نسبت مربوطه از فرمول زیر بدست می آید
= n×0.02mm +10µm= (20n +10)µm فاصله خطوط زوج از خطوط فرد
( n شمارنده خطوط فرد )
mecatronicmachinery@gmail.com
برای کنترل سیستمهای NC و CNC سنسورهایی باید مورد استفاده قرار گیرد که بتواند مقدار جابجائی بر حسب متر، میلی متر و میکرو متر را به صورت سیگنال الکتریکی در اختیار قرار بدهد. در این پدیده ها شخص جائی ندارد و سنسور خود باید جابجائی ها را بسنجد. برای تبدیل دما از تغییر ولتاژ دو سر دیود زنری مشخص استفاده می شود، اما سیستمی که بتواند جابجائی را تشخیص دهد مسلماً فرق خواهد کرد. برای باور دیدگاهی که بتواند جابجائی را آشکار سازد تشخیص تعداد دور موتور مثال خوبی خواهد بود به این ترتیب که در آن می توان یک فرستنده و گیرنده نوری را در دو طرف پره ای که به روتور موتور وصل است قرار داد. با چرخش موتور این پره مسیر نور را قطع و وصل می کند و تعداد قطع و وصل مقدار چرخش را مشخص می سازد. این سنسور برای شناخت تعداد دور بسیار ساده و بسیار مناسب است. اما برای رسیدن به دقتهای بالا و برای تشخیص نصف ، یک چهارم و ... از یک دور باید تکنیک ساده بالا بهبود یابد که در بخشهای بعدی این روشها ارائه می گردند و اینها همان اصولی هستند که در انکدرهای دیجیتالی میزان چرخش و مقدار جابجائی مورد استفاده قرار می گیرند.
1-1-2 میزان چرخش :
زمانیکه سیستم دقت بالاتری بطلبد یعنی اینکه علاوه بر تعداد دورها به یک دوم دور، یک چهارم دور و ... نیز حساس باشد یا باید در فواصل منظم بر روی دایره ای تعداد سنسورها زیادتر گردند تا آن پره تک پر در هر مکانی یکی از این سنسورها را قطع و وصل کند و یا ارزانتر و ساده تر اینکه یک سنسور قرار داده شود و در عوض تعداد پره های متصل به روتور زیاد تر گردند. این همان تکنیکی است که در خط کشهای نوع دوم یا بعبارت دیگر مقیاس بندهای نوع دوم یا چرخشی بکار می رود و در آنها یک صفحه دایره ای فلزی سوراخهای زیادی را در فواصل منظم ایجاد می کنند و این دایره به روی محوری می چرخد که این محور به روتور موتور الکتریکی وصل می شود و در پشت این پالسهای ایجاد شده یک مدار دیکدر جهت و میزان چرخش و با مدیریت پروسسور مکان دقیق را محاسبه کرده و نمایش می دهد.
در حالتیکه دقت بسیار بالاتری مد نظر باشد چون که سوراخکاری صفحه فلزی از نظر مکانیکی و اندازه سوراخها محدود است به جای سوراخکاری خطوطی را روی صفحه ای شیشه ای ایجاد می کنند.
2-1-2 تعیین جهت چرخش:
تکنیکی که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بیان می کند و این سنسور و مدار پشت سر آن تنها برای زمانی که موتور فقط در یک جهت حرکت می کند مناسب است و برای کاربردهای CNC وNC که موتورهای الکتریکی از قبیل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهای چپ گرد، راستگرد دارند این تکنیک به تنهائی کارا نیست.
عدم کارائی از اینجا ناشی می شود که یک سیستم پردازشگر وجود دارد و یک مکان شمارش که اکثراً سیستم کنترل دقیقاً پروسسور نیست. همچنین یک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معین می کند و پروسسور تنها از طریق شمارنده ها به تحلیل مکان می پردازد بنابراین سنسور طوری باید طراحی شود که جهت چرخش را نیز به مدار شمارشگر بدهد برای اینکار به جای استفاده از یک سنسور نور در مقابل سوراخهای موجود روی قرص دایره ای دو سنسور نوری قرار داده می شود و فاصله آن دو را چنان تنظیم می شود که پالسهای ایجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازی برابر 90° با هم داشته باشند.در شکل 1-2 دو موج حاصل از خروجی خطکش ، پس از تقویت و تبدیل به موج مربعی دیده می شود همانطوریکه از شکل پیداست این دو موج با هم اختلاف فازی برابر 90 درجه دارند. زمانیکه سیگنال XA از سیگنال XB باندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانیکه سیگنال XB از سیگنال XA باندازه 90 درجه پیش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود.
شکل 1_2_ سیگنالهای نهائی خط کش
بنابراین از پس فاز یا پیش فاز بودن سیگنال A نسبت به B می توان جهت حرکت را نیز تعیین کرد و حال به جای استفاده از یک شمارنده ساده ، از یک شمارنده بالا پائین شمار و یک مدار تشخیص جهت استفاده می گردد که در آن صورت در هر زمانی مقدار دقیق جابجائی نسبت به مبدا را خواهیم داشت]
2_2 مقیاس بندهای خطی[1]
مقیاس بندهای خطی یا به اصطلاح خط کشهای دیجیتالی نیز با تکنیکی دقیقاً مشابه مقیاس بندهای دوار[2] ساخته می شوند با این تفاوت که در اینجا خطوط مقیاس را بر روی یک صفحه نواری شیشه ای ایجاد می کنند و این نوار شیشه ای طولی به اندازه حداکثر تغییر مکان مورد نظر دارد و مشابه حالت دوار در اینجا نیز نوار شیشه ای مابین فرستنده و گیرنده های نوری جابجا می شود و با قطع و وصل سیگنال نوری سیگنال الکتریکی تولید می کند.
در شکل 2_2 چگونگی تولید این پالسها بر مبنای مقدار حرکت به دو صورت عبوری و انعکاسی دیده می شود.
شکل 2_2_ الف. سیستم خط کش بروش عبور و قطع نور
در اینجا باید متذکر شد که عرض نوارها بسیار باریک است و در خط کشهای دقت بالا این عرض به حدود چهار میکرومتر و کمتر نیز می رسد. بنابراین ریزترین باریکه های نوری نیز باعث عبور نور از مابین چند خط تاریک می شود ، پس سنسور نوری هیچگاه قطع نور را حس نمی کند. برای حل این مشکل ورنیه ای از جنس همان نوار شیشه ای طویل ساخته می شود و روی آن نیز خط هائی به پهنا و درازای خطوطی که روی نوار شیشه ای ایجاد شده است با تکنیک های مدار چاپی ایجاد می شود و آن به همراه گیرنده و فرستنده های نوری حرکت کرده و روی هم افتادگی خطوط متناظر بر روی ورنیه و نوار خط کش ، باعث عبور نور و عدم روی هم افتادگی متناظر باعث قطع نور می گردد و سیگنال الکتریکی بازای حرکت پدید می آید
لازم به ذکر است که ورنیه در هر دو سیستم خط کش چرخشی و خطی بکار میرود. و در حالت خطکش ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور حرکت کرده و نوار شیشه ای ثابت است و در حالت دوار برعکس ، یعنی ورنیه به همراه منابع و سنسورهای نور ثابت بوده و نوار شیشه ای بوسیله روتور در وسط آن می چرخد.
3_2 نقاط مرجع [1]
برای اینکه نقطه شروع یا مبدائی برای اندازه گیری وجود داشته باشد بر روی نوار شیشه ای خط کش و همچنین ورنیه آن خطوط اضافی را بعنوان خطوط مرجع قرار می دهند که این خطوط در زیر ردیف نوار خطوط اصلی و در فواصل منظمی قرار دارند. فاصله این خطوط نسبت به هم( بر عکس خطوط اصلی که به ازای هر 2 ، 10 ، 20 میکرومتر و ... ( بسته به دقت خط کش ) از هم قرار داشتند) خیلی بزرگ و بازای هر 50 میلیمتر (50000 میکرومتر ) می باشد. یعنی سنسور نوری مربوط به نقاط مرجع بازای هر حرکت پنجاه میلی متری یک پالس می دهد. این خطوط برای حذف خطای تنشهای CNC و DRO[2] بکار می روند.
الف) نقاط مرجع با فاصله ثابت: نقاط مرجع بازای هر 50mm قرا می گیرند و بازای هر جابجائی باندازه 50mm یک پالس می گیریم.
ب) نقاط مرجع با فاصله کد شده :برای اینکه دستگاه برای یافتن نقطه مرجع اصلی کل طول خط کش را طی نکند از نقاط مرجع با فاصله کد شده استفاده می شود همانطوریکه در شکل 3_2 دیده می شود ، خطوط مرجع به دو میدان زوج و فرد تقسیم می شوند خطوط مرجع با شماره های فرد کلاً با فاصله 20mm از هم قرار دارند و خطوط زوج با نسبتی نسبت به خطوط فرد قرار می گیرند که نسبت مربوطه از فرمول زیر بدست می آید
= n×0.02mm +10µm= (20n +10)µm فاصله خطوط زوج از خطوط فرد
( n شمارنده خطوط فرد )
mecatronicmachinery@gmail.com
