براي کنترل سيستمهاي NC و CNC سنسورهايي بايد مورد استفاده قرار گيرد که بتواند مقدار جابجائي بر حسب متر، ميلي متر و ميکرو متر را به صورت سيگنال الکتريکي در اختيار قرار بدهد. در اين پديده ها شخص جائي ندارد و سنسور خود بايد جابجائي ها را بسنجد. براي تبديل دما از تغيير ولتاژ دو سر ديود زنري مشخص استفاده مي شود، اما سيستمي که بتواند جابجائي را تشخيص دهد مسلماً فرق خواهد کرد. براي باور ديدگاهي که بتواند جابجائي را آشکار سازد تشخيص تعداد دور موتور مثال خوبي خواهد بود به اين ترتيب که در آن مي توان يک فرستنده و گيرنده نوري را در دو طرف پره اي که به روتور موتور وصل است قرار داد. با چرخش موتور اين پره مسير نور را قطع و وصل مي کند و تعداد قطع و وصل مقدار چرخش را مشخص مي سازد. اين سنسور براي شناخت تعداد دور بسيار ساده و بسيار مناسب است. اما براي رسيدن به دقتهاي بالا و براي تشخيص نصف ، يک چهارم و … از يک دور بايد تکنيک ساده بالا بهبود يابد که در بخشهاي بعدي اين روشها ارائه مي گردند و اينها همان اصولي هستند که در انکدرهاي ديجيتالي ميزان چرخش و مقدار جابجائي مورد استفاده قرار مي گيرند.
1-1-2 ميزان چرخش :
زمانيکه سيستم دقت بالاتري بطلبد يعني اينکه علاوه بر تعداد دورها به يک دوم دور، يک چهارم دور و … نيز حساس باشد يا بايد در فواصل منظم بر روي دايره اي تعداد سنسورها زيادتر گردند تا آن پره تک پر در هر مکاني يکي از اين سنسورها را قطع و وصل کند و يا ارزانتر و ساده تر اينکه يک سنسور قرار داده شود و در عوض تعداد پره هاي متصل به روتور زياد تر گردند. اين همان تکنيکي است که در خط کشهاي نوع دوم يا بعبارت ديگر مقياس بندهاي نوع دوم يا چرخشي بکار مي رود و در آنها يک صفحه دايره اي فلزي سوراخهاي زيادي را در فواصل منظم ايجاد مي کنند و اين دايره به روي محوري مي چرخد که اين محور به روتور موتور الکتريکي وصل مي شود و در پشت اين پالسهاي ايجاد شده يک مدار ديکدر جهت و ميزان چرخش و با مديريت پروسسور مکان دقيق را محاسبه کرده و نمايش مي دهد.
در حالتيکه دقت بسيار بالاتري مد نظر باشد چون که سوراخکاري صفحه فلزي از نظر مکانيکي و اندازه سوراخها محدود است به جاي سوراخکاري خطوطي را روي صفحه اي شيشه اي ايجاد مي کنند.
2-1-2 تعيين جهت چرخش:
تکنيکي که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بيان مي کند و اين سنسور و مدار پشت سر آن تنها براي زماني که موتور فقط در يک جهت حرکت مي کند مناسب است و براي کاربردهاي CNC وNC که موتورهاي الکتريکي از قبيل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهاي چپ گرد، راستگرد دارند اين تکنيک به تنهائي کارا نيست.
عدم کارائي از اينجا ناشي مي شود که يک سيستم پردازشگر وجود دارد و يک مکان شمارش که اکثراً سيستم کنترل دقيقاً پروسسور نيست. همچنين يک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معين مي کند و پروسسور تنها از طريق شمارنده ها به تحليل مکان مي پردازد بنابراين سنسور طوري بايد طراحي شود که جهت چرخش را نيز به مدار شمارشگر بدهد براي اينکار به جاي استفاده از يک سنسور نور در مقابل سوراخهاي موجود روي قرص دايره اي دو سنسور نوري قرار داده مي شود و فاصله آن دو را چنان تنظيم مي شود که پالسهاي ايجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازي برابر 90° با هم داشته باشند.در شکل 1-2 دو موج حاصل از خروجي خطکش ، پس از تقويت و تبديل به موج مربعي ديده مي شود همانطوريکه از شکل پيداست اين دو موج با هم اختلاف فازي برابر 90 درجه دارند. زمانيکه سيگنال XA از سيگنال XB باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانيکه سيگنال XB از سيگنال XA باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود.
شکل 1_2_ سيگنالهاي نهائي خط کش
بنابراين از پس فاز يا پيش فاز بودن سيگنال A نسبت به B مي توان جهت حرکت را نيز تعيين کرد و حال به جاي استفاده از يک شمارنده ساده ، از يک شمارنده بالا پائين شمار و يک مدار تشخيص جهت استفاده مي گردد که در آن صورت در هر زماني مقدار دقيق جابجائي نسبت به مبدا را خواهيم داشت]
2_2 مقياس بندهاي خطي[1]
مقياس بندهاي خطي يا به اصطلاح خط کشهاي ديجيتالي نيز با تکنيکي دقيقاً مشابه مقياس بندهاي دوار[2] ساخته مي شوند با اين تفاوت که در اينجا خطوط مقياس را بر روي يک صفحه نواري شيشه اي ايجاد مي کنند و اين نوار شيشه اي طولي به اندازه حداکثر تغيير مکان مورد نظر دارد و مشابه حالت دوار در اينجا نيز نوار شيشه اي مابين فرستنده و گيرنده هاي نوري جابجا مي شود و با قطع و وصل سيگنال نوري سيگنال الکتريکي توليد مي کند.
در شکل 2_2 چگونگي توليد اين پالسها بر مبناي مقدار حرکت به دو صورت عبوري و انعکاسي ديده مي شود.
شکل 2_2_ الف. سيستم خط کش بروش عبور و قطع نور
در اينجا بايد متذکر شد که عرض نوارها بسيار باريک است و در خط کشهاي دقت بالا اين عرض به حدود چهار ميکرومتر و کمتر نيز مي رسد. بنابراين ريزترين باريکه هاي نوري نيز باعث عبور نور از مابين چند خط تاريک مي شود ، پس سنسور نوري هيچگاه قطع نور را حس نمي کند. براي حل اين مشکل ورنيه اي از جنس همان نوار شيشه اي طويل ساخته مي شود و روي آن نيز خط هائي به پهنا و درازاي خطوطي که روي نوار شيشه اي ايجاد شده است با تکنيک هاي مدار چاپي ايجاد مي شود و آن به همراه گيرنده و فرستنده هاي نوري حرکت کرده و روي هم افتادگي خطوط متناظر بر روي ورنيه و نوار خط کش ، باعث عبور نور و عدم روي هم افتادگي متناظر باعث قطع نور مي گردد و سيگنال الکتريکي بازاي حرکت پديد مي آيد
لازم به ذکر است که ورنيه در هر دو سيستم خط کش چرخشي و خطي بکار ميرود. و در حالت خطکش ورنيه به همراه منابع و سنسورهاي نور حرکت کرده و نوار شيشه اي ثابت است و در حالت دوار برعکس ، يعني ورنيه به همراه منابع و سنسورهاي نور ثابت بوده و نوار شيشه اي بوسيله روتور در وسط آن مي چرخد.
3_2 نقاط مرجع [1]
براي اينکه نقطه شروع يا مبدائي براي اندازه گيري وجود داشته باشد بر روي نوار شيشه اي خط کش و همچنين ورنيه آن خطوط اضافي را بعنوان خطوط مرجع قرار مي دهند که اين خطوط در زير رديف نوار خطوط اصلي و در فواصل منظمي قرار دارند. فاصله اين خطوط نسبت به هم( بر عکس خطوط اصلي که به ازاي هر 2 ، 10 ، 20 ميکرومتر و … ( بسته به دقت خط کش ) از هم قرار داشتند) خيلي بزرگ و بازاي هر 50 ميليمتر (50000 ميکرومتر ) مي باشد. يعني سنسور نوري مربوط به نقاط مرجع بازاي هر حرکت پنجاه ميلي متري يک پالس مي دهد. اين خطوط براي حذف خطاي تنشهاي CNC و DRO[2] بکار مي روند.
الف) نقاط مرجع با فاصله ثابت: نقاط مرجع بازاي هر 50mm قرا مي گيرند و بازاي هر جابجائي باندازه 50mm يک پالس مي گيريم.
ب) نقاط مرجع با فاصله کد شده :براي اينکه دستگاه براي يافتن نقطه مرجع اصلي کل طول خط کش را طي نکند از نقاط مرجع با فاصله کد شده استفاده مي شود همانطوريکه در شکل 3_2 ديده مي شود ، خطوط مرجع به دو ميدان زوج و فرد تقسيم مي شوند خطوط مرجع با شماره هاي فرد کلاً با فاصله 20mm از هم قرار دارند و خطوط زوج با نسبتي نسبت به خطوط فرد قرار مي گيرند که نسبت مربوطه از فرمول زير بدست مي آيد
زمانيکه سيستم دقت بالاتري بطلبد يعني اينکه علاوه بر تعداد دورها به يک دوم دور، يک چهارم دور و … نيز حساس باشد يا بايد در فواصل منظم بر روي دايره اي تعداد سنسورها زيادتر گردند تا آن پره تک پر در هر مکاني يکي از اين سنسورها را قطع و وصل کند و يا ارزانتر و ساده تر اينکه يک سنسور قرار داده شود و در عوض تعداد پره هاي متصل به روتور زياد تر گردند. اين همان تکنيکي است که در خط کشهاي نوع دوم يا بعبارت ديگر مقياس بندهاي نوع دوم يا چرخشي بکار مي رود و در آنها يک صفحه دايره اي فلزي سوراخهاي زيادي را در فواصل منظم ايجاد مي کنند و اين دايره به روي محوري مي چرخد که اين محور به روتور موتور الکتريکي وصل مي شود و در پشت اين پالسهاي ايجاد شده يک مدار ديکدر جهت و ميزان چرخش و با مديريت پروسسور مکان دقيق را محاسبه کرده و نمايش مي دهد.
در حالتيکه دقت بسيار بالاتري مد نظر باشد چون که سوراخکاري صفحه فلزي از نظر مکانيکي و اندازه سوراخها محدود است به جاي سوراخکاري خطوطي را روي صفحه اي شيشه اي ايجاد مي کنند.
2-1-2 تعيين جهت چرخش:
تکنيکي که در بالا اشاره شد تنها مقدار چرخش را بيان مي کند و اين سنسور و مدار پشت سر آن تنها براي زماني که موتور فقط در يک جهت حرکت مي کند مناسب است و براي کاربردهاي CNC وNC که موتورهاي الکتريکي از قبيل سرو موتور AC و DC هستند و چرخشهاي چپ گرد، راستگرد دارند اين تکنيک به تنهائي کارا نيست.
عدم کارائي از اينجا ناشي مي شود که يک سيستم پردازشگر وجود دارد و يک مکان شمارش که اکثراً سيستم کنترل دقيقاً پروسسور نيست. همچنين يک قسمت آسنکرون عمل کنترل جهت چرخش و تعداد دور چرخش را معين مي کند و پروسسور تنها از طريق شمارنده ها به تحليل مکان مي پردازد بنابراين سنسور طوري بايد طراحي شود که جهت چرخش را نيز به مدار شمارشگر بدهد براي اينکار به جاي استفاده از يک سنسور نور در مقابل سوراخهاي موجود روي قرص دايره اي دو سنسور نوري قرار داده مي شود و فاصله آن دو را چنان تنظيم مي شود که پالسهاي ايجاد شده توسط دو سنسور اختلاف فازي برابر 90° با هم داشته باشند.در شکل 1-2 دو موج حاصل از خروجي خطکش ، پس از تقويت و تبديل به موج مربعي ديده مي شود همانطوريکه از شکل پيداست اين دو موج با هم اختلاف فازي برابر 90 درجه دارند. زمانيکه سيگنال XA از سيگنال XB باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه راستگرد بودن چرخش و زمانيکه سيگنال XB از سيگنال XA باندازه 90 درجه پيش فاز باشد نشانه چپگرد بودن چرخش خواهد بود.
شکل 1_2_ سيگنالهاي نهائي خط کش
بنابراين از پس فاز يا پيش فاز بودن سيگنال A نسبت به B مي توان جهت حرکت را نيز تعيين کرد و حال به جاي استفاده از يک شمارنده ساده ، از يک شمارنده بالا پائين شمار و يک مدار تشخيص جهت استفاده مي گردد که در آن صورت در هر زماني مقدار دقيق جابجائي نسبت به مبدا را خواهيم داشت]
2_2 مقياس بندهاي خطي[1]
مقياس بندهاي خطي يا به اصطلاح خط کشهاي ديجيتالي نيز با تکنيکي دقيقاً مشابه مقياس بندهاي دوار[2] ساخته مي شوند با اين تفاوت که در اينجا خطوط مقياس را بر روي يک صفحه نواري شيشه اي ايجاد مي کنند و اين نوار شيشه اي طولي به اندازه حداکثر تغيير مکان مورد نظر دارد و مشابه حالت دوار در اينجا نيز نوار شيشه اي مابين فرستنده و گيرنده هاي نوري جابجا مي شود و با قطع و وصل سيگنال نوري سيگنال الکتريکي توليد مي کند.
در شکل 2_2 چگونگي توليد اين پالسها بر مبناي مقدار حرکت به دو صورت عبوري و انعکاسي ديده مي شود.
شکل 2_2_ الف. سيستم خط کش بروش عبور و قطع نور
در اينجا بايد متذکر شد که عرض نوارها بسيار باريک است و در خط کشهاي دقت بالا اين عرض به حدود چهار ميکرومتر و کمتر نيز مي رسد. بنابراين ريزترين باريکه هاي نوري نيز باعث عبور نور از مابين چند خط تاريک مي شود ، پس سنسور نوري هيچگاه قطع نور را حس نمي کند. براي حل اين مشکل ورنيه اي از جنس همان نوار شيشه اي طويل ساخته مي شود و روي آن نيز خط هائي به پهنا و درازاي خطوطي که روي نوار شيشه اي ايجاد شده است با تکنيک هاي مدار چاپي ايجاد مي شود و آن به همراه گيرنده و فرستنده هاي نوري حرکت کرده و روي هم افتادگي خطوط متناظر بر روي ورنيه و نوار خط کش ، باعث عبور نور و عدم روي هم افتادگي متناظر باعث قطع نور مي گردد و سيگنال الکتريکي بازاي حرکت پديد مي آيد
لازم به ذکر است که ورنيه در هر دو سيستم خط کش چرخشي و خطي بکار ميرود. و در حالت خطکش ورنيه به همراه منابع و سنسورهاي نور حرکت کرده و نوار شيشه اي ثابت است و در حالت دوار برعکس ، يعني ورنيه به همراه منابع و سنسورهاي نور ثابت بوده و نوار شيشه اي بوسيله روتور در وسط آن مي چرخد.
3_2 نقاط مرجع [1]
براي اينکه نقطه شروع يا مبدائي براي اندازه گيري وجود داشته باشد بر روي نوار شيشه اي خط کش و همچنين ورنيه آن خطوط اضافي را بعنوان خطوط مرجع قرار مي دهند که اين خطوط در زير رديف نوار خطوط اصلي و در فواصل منظمي قرار دارند. فاصله اين خطوط نسبت به هم( بر عکس خطوط اصلي که به ازاي هر 2 ، 10 ، 20 ميکرومتر و … ( بسته به دقت خط کش ) از هم قرار داشتند) خيلي بزرگ و بازاي هر 50 ميليمتر (50000 ميکرومتر ) مي باشد. يعني سنسور نوري مربوط به نقاط مرجع بازاي هر حرکت پنجاه ميلي متري يک پالس مي دهد. اين خطوط براي حذف خطاي تنشهاي CNC و DRO[2] بکار مي روند.
الف) نقاط مرجع با فاصله ثابت: نقاط مرجع بازاي هر 50mm قرا مي گيرند و بازاي هر جابجائي باندازه 50mm يک پالس مي گيريم.
ب) نقاط مرجع با فاصله کد شده :براي اينکه دستگاه براي يافتن نقطه مرجع اصلي کل طول خط کش را طي نکند از نقاط مرجع با فاصله کد شده استفاده مي شود همانطوريکه در شکل 3_2 ديده مي شود ، خطوط مرجع به دو ميدان زوج و فرد تقسيم مي شوند خطوط مرجع با شماره هاي فرد کلاً با فاصله 20mm از هم قرار دارند و خطوط زوج با نسبتي نسبت به خطوط فرد قرار مي گيرند که نسبت مربوطه از فرمول زير بدست مي آيد
= n×0.02mm +10µm= (20n +10)µm فاصله خطوط زوج از خطوط فرد
( n شمارنده خطوط فرد )
www.microcontronic.blogfa.com
mecatronicmachinery@gmail.com
mecatronicmachinery@gmail.com