خط کش الکترونیکی چیست؟

نویسنده: mohammadamin janzade
9 مرداد 1405
مقالات

نویسنده: نیما راد | radonix.net

فهرست مطالب

1. خط کش الکترونیکی چیست؟
2. انواع خط کش الکترونیکی از نظر فناوری سنجش
3. انواع از نظر «نحوه خروجی» و اتصال
4. شاخص‌های فنی مهم در انتخاب خط کش
5. خطاهای رایج
6. دستورالعمل‌های اجرایی نصب
7. اصطلاحات رایج
8. منابع و مراجع

۱. خط کش الکترونیکی چیست؟

خط کش الکترونیکی (Electronic Linear Scale / Linear Encoder) سنسوری است که جابجایی خطی محور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند تا:

روی نمایشگر دیجیتال (DRO) مقدار جابجایی را دقیق نشان دهد، یا
به‌عنوان فیدبک موقعیت در CNC/سروودرایو استفاده شود (کنترل حلقه بسته واقعی روی محور).

در ماشین ابزار، استفاده از خط کش الکترونیکی معمولاً برای افزایش دقت، تکرارپذیری، و حذف خطاهای ناشی از لقی و خطای گام بال‌اسکرو انجام می‌شود.

نمونه خط کش الکترونیکی (Linear Scale) نصب‌شده روی محور ماشین ابزار

برای اطلاعات بیشتر مقاله انتخاب بین خط کش الکترونیکی و پتانسیومتر را مطالعه کنید.

۲. انواع خط کش الکترونیکی از نظر فناوری سنجش

۲.۱ اپتیکی (Optical)

متداول در اسکیل‌های شیشه‌ای/فولادی. با الگوی گریتینگ (خطوط بسیار ریز) و اپتیک، سیگنال‌های سینوسی/کسینوسی یا دیجیتال تولید می‌شود. در نمونه‌های پیشرفته، طراحی اپتیکی برای کاهش اثر آلودگی‌های موضعی (گرد و غبار/لکه) هم به‌کار می‌رود.

۲.۲ مغناطیسی (Magnetic)

با نوار مغناطیسی (pole pattern) مقاوم‌تر در برابر آلودگی، روغن و براده؛ مناسب محیط‌های خشن، ولی معمولاً دقت نهایی و پایداری حرارتی آن به انتخاب مدل وابسته است.

۲.۳ القایی/اینداکتیو (Inductive)

برای محیط‌های صنعتی سخت (پاشش روغن/گردوغبار/لرزش) گزینه‌ای بسیار رایج است. برخی سازندگان، دقت‌های مشخصی بر حسب µm/m ارائه می‌کنند.

۲.۴ خازنی/الکترواستاتیکی (Capacitive)

در برخی سیستم‌های ABSOLUTE، ترکیبی از فناوری‌های خازنی/اپتیکی به‌کار می‌رود و مزایایی مثل عدم نیاز به باتری بکاپ و عدم نیاز به ریفرنس‌گیری مجدد در راه‌اندازی ذکر می‌شود.

۳. انواع از نظر «نحوه خروجی» و اتصال

۳.۱ اینکریمنتال (Incremental)

خروجی‌های رایج: Quadrature A/B به‌همراه Z (Reference/Index)
سطح سیگنال: TTL/RS-422 یا 1 Vpp Sin/Cos
در بسیاری از DROها و CNCها رایج است.

۳.۲ ابسولوت (Absolute)

بعد از روشن شدن، موقعیت مطلق را می‌دهد (بدون نیاز به حرکت تا ریفرنس، بسته به سیستم).
پروتکل‌های رایج: EnDat، BiSS-C، SSI و …

تفاوت‌های کلی این رابط‌های سریال (از نظر ساختار تبادل داده، یکپارچگی داده، سرعت و انعطاف‌پذیری) در منابع صنعتی مقایسه شده است.

۴. شاخص‌های فنی مهم در انتخاب خط‌کش

Resolution (تفکیک‌پذیری): مثلاً 5µm، 1µm، 0.1µm… عدد نمایش داده‌شده ≠ الزاماً دقت واقعی.
Accuracy (دقت/خطای موقعیت): معمولاً به‌صورت خطای مجاز در طول اندازه‌گیری ارائه می‌شود، مثلاً بر حسب µm در یک طول مشخص یا µm/m.
Repeatability (تکرارپذیری): برگشت‌پذیری عدد در رفت‌وبرگشت.
Max speed / Bandwidth: سرعت مجاز حرکت محور و فرکانس خروجی.
Environmental rating: مقاومت در برابر روغن، براده، گردوغبار، لرزش.
Mounting tolerances: تلورانس فاصله هد تا اسکیل، موازی‌بودن، هم‌راستایی (روی کیفیت سیگنال اثر مستقیم دارد).

هد خوانش (Readhead) و اسکیل خط‌کش الکترونیکی؛ رعایت گپ و هم‌راستایی روی کیفیت سیگنال اثر مستقیم دارد

۵. خطاهای رایج و چرا گاهی «عدد دقیق» به‌نظر می‌رسد ولی قطعه دقیق درنمی‌آید

1) خطای کسینوسی (Cosine error): به‌علت زاویه‌دار نصب شدن اسکیل نسبت به مسیر حرکت.

2) خطای آبه (Abbe error): وقتی خط اندازه‌گیری از خط حرکت واقعی فاصله دارد (offset) و محور دارای زاویه/کج‌شدگی است.

3) انبساط حرارتی: تغییر طول محور/اسکیل با دما (به‌خصوص در کورس‌های بلند).

4) نویز/EMI و ارت نامناسب: ناپایداری شمارش، پرش عدد، یا خطای ریفرنس.

5) آلودگی/روغن/براده: خصوصاً در اپتیکی‌های بدون محافظ کافی.

نقش خط‌کش الکترونیکی در CNC

DRO: برای اپراتور (ماشین‌های دستی/نیمه‌اتومات)؛ خط‌کش فقط «نمایش» می‌دهد.
Closed-loop CNC (فیدبک خطی): کنترلر موقعیت واقعی میز را می‌خواند و خطاهای انتقال (بال‌اسکرو/کوپلینگ/لقی/حرارت) را بهتر جبران می‌کند؛ برای دقت نهایی و کیفیت کانتورینگ بسیار اثرگذار است.

۶. دستورالعمل‌های اجرایی نصب (چک‌لیست عملی)

نصب اسکیل روی سطح صاف و پایدار؛ استفاده از شیم/فاصله‌گذاری طبق دستور سازنده.
کنترل موازی بودن در کل کورس (با ساعت اندیکاتور).
رعایت گپ (gap) و ارتفاع/Offset هد طبق استاندارد سازنده.
کابل‌کشی دور از کابل‌های قدرت/اینورتر؛ استفاده از شیلد و ارت تک‌نقطه‌ای.
استفاده از کاور/اسکرپر برای محافظت از اسکیل.
بعد از نصب: تست رفت‌وبرگشت، تست ریفرنس/Z، و بررسی عدم پرش شمارش در سرعت‌های مختلف.

(برای دستورالعمل‌های نصب و چک‌لیست‌های مرحله‌ای، سازندگان صنعتی راهنماهای رسمی منتشر می‌کنند.)

راهنمای انتخاب سریع (بر اساس کاربرد)

فرز/تراش دستی + نیاز به دقت اپراتوری: کیت DRO + اسکیل شیشه‌ای محافظ‌دار (اقتصادی و رایج).
محیط بسیار آلوده/روغنی: مقیاس مغناطیسی یا سیستم‌های مقاوم صنعتی.
CNC دقیق (کیفیت سطح/تلرانس سخت): فیدبک خطی با اسکیل صنعتی (اغلب اپتیکی/اینداکتیو با رابط مناسب درایو).
نیاز به راه‌اندازی سریع بدون ریفرنس‌گیری: گزینه‌های Absolute (در صورت سازگاری با درایو/کنترلر).