การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิส่งผลต่อความแม่นยำของจานเอ็นโค้ดเดอร์หรือไม่? พิจารณาการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุฐานอย่างไร
การขยายตัวทางความร้อนที่สม่ำเสมอไม่เปลี่ยนตำแหน่งเชิงมุมของเส้นสเกล จึงแทบไม่ส่งผลต่อการวัดมุมโดยตรง สิ่งที่ต้องให้ความสำคัญจริง ๆ คือ ความแตกต่างของการขยายตัวระหว่างจานเอ็นโค้ดเดอร์ (encoder disc) กับดุม (hub) การเปลี่ยนแปลงของระยะพิตช์เกรตติง (grating pitch) ที่รัศมีการอ่าน และระยะช่องว่างของหัวอ่านแบบสะท้อน บทความนี้ให้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของวัสดุฐานที่ใช้ทั่วไปพร้อมตัวอย่างการคำนวณ
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
สรุป: เมื่อจานเอ็นโค้ดเดอร์ (encoder disc) ได้รับความร้อนอย่างสม่ำเสมอ เส้นสเกลทุกเส้นยังคงอยู่ที่มุมเดิม อุณหภูมิจึงแทบไม่ส่งผลต่อค่ามุมที่อ่านได้โดยตรง สิ่งที่ต้องให้ความสำคัญมีสามประการ ได้แก่ ความแตกต่างของการขยายตัวระหว่างจานเอ็นโค้ดเดอร์กับดุม (hub) และเพลา การเปลี่ยนแปลงของระยะพิตช์เกรตติง (grating pitch) ที่รัศมีการอ่าน และระยะช่องว่างในการติดตั้ง (mounting gap) ของหัวอ่านแบบสะท้อน
1. สัมประสิทธิ์การขยายตัวของวัสดุฐานที่ใช้ทั่วไป
| วัสดุ | สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น (โดยประมาณ, ×10⁻⁶/K) |
|---|---|
| ซิลิกาหลอม (fused silica) | 0.5 |
| แก้วโบโรซิลิเกต | 3.3 |
| แก้วโซดาไลม์ | 9 |
| สแตนเลส | 16–17 |
| อะลูมิเนียมอัลลอย | 23 |
| โพลีคาร์บอเนต (PC) | 65–70 |
ค่าในตารางเป็นค่าโดยทั่วไปจากแหล่งข้อมูลที่ใช้กันทั่วไป ทั้งนี้ให้ยึดข้อมูลจากผู้จำหน่ายวัสดุเป็นหลัก
2. ตัวอย่างการคำนวณ: ขนาดของจานเอ็นโค้ดเดอร์เปลี่ยนไปเท่าใดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 60 K
ยกตัวอย่างรัศมีการอ่าน 20 mm และ 2500 เส้น ระยะพิตช์เกรตติงประมาณ 50.27 μm เมื่ออุณหภูมิเพิ่มจาก 25 ℃ เป็น 85 ℃ (อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 60 K):
| วัสดุฐาน | การเปลี่ยนแปลงของรัศมีการอ่าน | การเปลี่ยนแปลงของระยะพิตช์เกรตติง |
|---|---|---|
| แก้วโบโรซิลิเกต | ประมาณ 4.0 μm | ประมาณ 0.01 μm |
| แก้วโซดาไลม์ | ประมาณ 10.8 μm | ประมาณ 0.03 μm |
| สแตนเลส (16) | ประมาณ 19.2 μm | ประมาณ 0.05 μm |
| PC (70) | ประมาณ 84 μm | ประมาณ 0.21 μm |
การเปลี่ยนแปลงของจานเอ็นโค้ดเดอร์แก้วและจานเอ็นโค้ดเดอร์โลหะมีค่าน้อยมาก ส่วนจานเอ็นโค้ดเดอร์ PC มีการเปลี่ยนแปลงของรัศมีการอ่านเกือบ 0.1 mm จึงต้องคำนวณตรวจสอบระยะเผื่อในการติดตั้งแนวรัศมีของหัวอ่านและความเข้ากันของระยะพิตช์เกรตติงตามอุณหภูมิใช้งาน
3. ความแตกต่างของการขยายตัวระหว่างจานเอ็นโค้ดเดอร์กับดุม
เมื่อติดกาวจานเอ็นโค้ดเดอร์แก้วบนดุมอะลูมิเนียม (hub) สัมประสิทธิ์การขยายตัวของทั้งสองต่างกันประมาณ 14×10⁻⁶/K ที่รัศมีรูใน 4 mm และอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 60 K ขนาดในแนวรัศมีจะต่างกันประมาณ 3.4 μm หากชั้นกาวสม่ำเสมอ ผลต่างนี้จะถูกชั้นกาวดูดซับไว้ แต่หากชั้นกาวไม่สม่ำเสมอ จานเอ็นโค้ดเดอร์อาจเลื่อนตำแหน่งทั้งแผ่นหลังผ่านรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (thermal cycling) จนกลายเป็นความเยื้องศูนย์ (eccentricity) หลายไมโครเมตร ที่รัศมีการอ่าน 20 mm ความเยื้องศูนย์ 3 μm ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนเชิงมุมประมาณ 31″ ดูวิธีคำนวณความเยื้องศูนย์ได้ที่จานเอ็นโค้ดเดอร์เยื้องศูนย์ 5 ไมโครเมตร ความคลาดเคลื่อนเชิงมุมเป็นเท่าใด
4. ระยะช่องว่างของหัวอ่านแบบสะท้อน
หัวอ่านแบบสะท้อนค่อนข้างไวต่อระยะช่องว่าง (gap) ระหว่างหัวอ่านกับจานเอ็นโค้ดเดอร์ การยืดตัวตามแนวแกนของเพลา ตัวเรือนตลับลูกปืน และตัวเครื่องเมื่อได้รับความร้อนจะเปลี่ยนระยะช่องว่างและส่งผลต่อแอมพลิจูดของสัญญาณ ในการออกแบบควรคำนวณการเปลี่ยนแปลงของระยะช่องว่างตามช่วงอุณหภูมิใช้งาน และให้อยู่ภายในพิกัดความเผื่อ (tolerance) ที่หัวอ่านยอมรับได้
5. คำแนะนำในการเลือก
- ช่วงอุณหภูมิกว้างและต้องการความแม่นยำสูง: จานเอ็นโค้ดเดอร์แก้ว โดยเลือกวัสดุดุมที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวใกล้เคียงกัน หรือใช้ชั้นกาวที่ยืดหยุ่นและสม่ำเสมอ
- มีการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก และต้องการความบาง: จานเอ็นโค้ดเดอร์โลหะแบบสะท้อน โดยคำนวณตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของระยะช่องว่างของหัวอ่านตามอุณหภูมิ
- คำนึงถึงต้นทุนและช่วงอุณหภูมิไม่กว้าง: จานเอ็นโค้ดเดอร์ PC โดยคำนวณตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของรัศมีการอ่านและระยะพิตช์เกรตติง
เมื่อขอใบเสนอราคา โปรดระบุช่วงอุณหภูมิใช้งาน วัสดุดุม และรุ่นของหัวอ่าน วิศวกรจะแนะนำวัสดุฐานตามเงื่อนไขดังกล่าว
บทความนี้รวบรวมโดยฝ่ายวิศวกรรมของ Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. ทั้งนี้ Jingzheng Optoelectronics ผลิตจานเอ็นโค้ดเดอร์แก้ว จานเอ็นโค้ดเดอร์โลหะแบบสะท้อน จานเอ็นโค้ดเดอร์ PC และจานเอ็นโค้ดเดอร์สั่งทำพิเศษ เว็บไซต์ทางการ www.encoderdisk.cn โทรศัพท์ 0316-8933331