रेखीय एन्कोडर

रैखिक एन्कोडर रैखिक विस्थापन को विद्युत संकेतों (डिजिटल या एनालॉग) में परिवर्तित करते हैं। ये सीधे टेबल, स्लाइड या वर्कपीस की रैखिक गति को माप सकते हैं और CNC मशीन टूल्स, कॉर्डिनेट मेज़रिंग मशीन (CMM), सेमीकंडक्टर उपकरण और उच्च स्तरीय ऑटोमेशन प्लेटफ़ॉर्म में मुख्य पोज़िशन सेंसर होते हैं। स्क्रू/रैक के माध्यम से अप्रत्यक्ष गणना की तुलना में, रैखिक एन्कोडर “प्रत्यक्ष मापन” प्रदान करते हैं, जिससे स्क्रू की ऊष्मीय वृद्धि, बैकलैश और ट्रांसमिशन त्रुटि का पोज़िशनिंग पर प्रभाव काफी कम हो जाता है।

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रैखिक एन्कोडर क्या है (What is a Linear Encoder)

एक रैखिक एन्कोडर स्केल (Scale/Rule) और रीडहेड (Readhead) से बना होता है। स्केल में आवधिक संरचनाएँ (ऑप्टिकल ग्रेटिंग, मैग्नेटिक पैटर्न, इंडक्टिव/कैपेसिटिव पैटर्न) होती हैं। रीडहेड एक निश्चित गैप पर चलता है, पोज़िशन जानकारी पढ़ता है और विद्युत संकेत उत्पन्न करता है। आउटपुट के अनुसार इन्हें इन्क्रिमेंटल और एब्सोल्यूट प्रकार में विभाजित किया जाता है; डिटेक्शन विधि के अनुसार ऑप्टिकल, मैग्नेटिक, इंडक्टिव, कैपेसिटिव; संरचना के अनुसार ओपन-टाइप (open-type) और सील्ड (sealed/enclosed)।

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कार्य सिद्धांत (Working Principle)

ऑप्टिकल (Optical)

• संरचना: ग्लास/सिरेमिक ग्रेटिंग स्केल (या स्टील टेप) + LED/लेज़र स्रोत + फोटो डिटेक्टर ऐरे।
• तंत्र: ट्रांसमिशन/रिफ्लेक्शन इंटरफेरेंस या मोइरे पैटर्न का डिटेक्शन, रीडहेड द्वारा डिमॉड्यूलेशन और इंटरपोलेशन।
• विशेषता: उच्च रिज़ॉल्यूशन (nm स्तर), रैखिक त्रुटि ±1 μm/m तक कम; लेकिन धूल और नमी के प्रति संवेदनशील।

मैग्नेटिक (Magnetic)

• संरचना: निश्चित पिच वाले पोल्स के साथ मैग्नेटिक टेप (स्टील या फ्लेक्सिबल) + Hall/AMR/GMR/TMR सेंसर।
• तंत्र: रीडहेड चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन को पढ़ता है और स्थिति निकालता है।
• विशेषता: तेल/धूल प्रतिरोधी, उच्च कंपन सहनशीलता, लंबी मापन लंबाई (कई मीटर तक); परंतु रिज़ॉल्यूशन और सटीकता ऑप्टिकल से कम।

इंडक्टिव (Inductive)

• संरचना: रीडहेड में एक्साइटेशन और सेंसर कॉइल; स्केल पर धातु पैटर्न या कंडक्टिव टार्गेट।
• तंत्र: गैप और स्थिति के अनुसार कपलिंग/एडी करंट बदलते हैं; रीडहेड फेज/एम्प्लीट्यूड से विस्थापन निकालता है।
• विशेषता: प्रदूषण और उच्च तापमान प्रतिरोधी, EMI प्रतिरोधी; सटीकता ऑप्टिकल और मैग्नेटिक के बीच।

कैपेसिटिव (Capacitive)

• संरचना: इलेक्ट्रोड ऐरे + आवधिक पैटर्न वाला स्केल।
• तंत्र: विस्थापन के अनुसार कैपेसिटेंस मैट्रिक्स बदलता है; रीडहेड फेज लॉक/डिकोडिंग से स्थिति निकालता है।
• विशेषता: कॉम्पैक्ट डिज़ाइन, कम पावर खपत; लेकिन नमी और धातु निकटता प्रभाव से प्रभावित, अच्छे शील्डिंग और ग्राउंडिंग की आवश्यकता।

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प्रकार और संरचना (Types & Constructions)

1) आउटपुट सिग्नल के अनुसार

• इन्क्रिमेंटल (Incremental): A/B क्वाड्रचर पल्स (साथ में Z/रेफरेंस), नियंत्रक द्वारा गिनती; 1 Vpp साइन/कोसाइन आउटपुट इंटरपोलेशन के लिए।
• एब्सोल्यूट (Absolute): प्रत्येक स्थिति पर यूनिक कोड; सिंगल-ट्रैक या distance-coded reference marks; सामान्य प्रोटोकॉल: SSI, BiSS-C, EnDat।

2) पैकेजिंग और प्रोटेक्शन

• ओपन-टाइप (Open-type): एक्सपोज़्ड हेड, उच्च डायनेमिक रिस्पॉन्स, कम घर्षण; क्लीन एनवायरनमेंट के लिए।
• सील्ड (Sealed/Enclosed): स्केल और हेड सील्ड हाउसिंग में, ब्रश/एयर-पर्ज प्रोटेक्शन; मशीन टूल्स और गंदे वातावरण के लिए।

3) स्केल सामग्री

• ग्लास/सिरेमिक ग्रेटिंग: कम थर्मल एक्सपैंशन (CTE), उच्च सटीकता (µm/m स्तर); स्थिर समर्थन और तापमान नियंत्रण की आवश्यकता।
• स्टील/स्टेनलेस टेप: लंबी लंबाई, लचीला; CTE अधिक, थर्मल कम्पेनसेशन आवश्यक।
• मैग्नेटिक टेप: आसान इंस्टॉलेशन, धूल प्रतिरोधी; ऑप्टिकल की तुलना में कम सटीकता।
• इंडक्टिव/कैपेसिटिव कंडक्टर पैटर्न: मजबूत संरचना, कठोर वातावरण में उपयोगी।

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आउटपुट और इंटरफ़ेस (Outputs & Interfaces)

प्रकार	आउटपुट सिग्नल	सामान्य उपयोग
इन्क्रिमेंटल स्क्वेयर वेव	A/B (+Z), TTL/HTL, RS422	PLC हाई-स्पीड काउंटिंग, स्पीड/पोज़िशन लूप
साइन/कोसाइन	1 Vpp, 11 μApp	उच्च रिज़ॉल्यूशन इंटरपोलेशन (4× ~ >10,000×)
एब्सोल्यूट सीरियल	SSI, BiSS-C, EnDat 2.2	एब्सोल्यूट पोज़िशन, डायग्नोस्टिक्स, टेम्परेचर/स्टेटस डेटा
फील्डबस/ईथरनेट	CANopen, EtherCAT, PROFINET	मल्टी-एक्सिस सिंक्रोनाइज़ेशन, डायग्नोस्टिक्स

अधिकतम आउटपुट फ्रिक्वेंसी का उदाहरण (इन्क्रिमेंटल):
f_max ≈ (V / Pitch) × Edges_per_cycle

• V: लीनियर स्पीड (mm/s)
• Pitch: स्केल पिच (mm/cycle)
• Edges_per_cycle: प्रति साइकल आउटपुट एज (जैसे ×4 मल्टीप्लिकेशन)

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प्रमुख विनिर्देश (Key Specifications)

पैरामीटर	रेंज/मतलब	टिप्पणी
रिज़ॉल्यूशन (Resolution)	5 μm → 0.1 μm (मैग्नेटिक/स्टील); 1 μm → 1 nm (ऑप्टिकल/इंटरफेरेंस)	इंटरपोलेशन पर निर्भर
सटीकता (Accuracy)	±3 ~ ±10 μm/m (मैग्नेटिक); ±1 ~ ±3 μm/m (ऑप्टिकल)	μm/m या ppm में
दोहराव (Repeatability)	< ±0.1 ~ ±0.5 μm (ऑप्टिकल)	इंस्टॉलेशन और वातावरण पर निर्भर
SDE (Subdivision Error)	±20 ~ ±80 nm (उच्च गुणवत्ता 1 Vpp)	इंटरपोलेशन त्रुटि
जिटर/नॉइज़ (Jitter/Noise)	दर्जनों nm	एनालॉग चैन और पावर सप्लाई पर निर्भर
रेफरेंस पॉइंट	सिंगल, डिस्टेंस-कोडेड, बाई-डायरेक्शनल	होमिंग या एब्सोल्यूट रेफरेंस के लिए
मापन लंबाई (Measuring Length)	0.1 m → 30+ m	लंबी लंबाई पर कम्पेनसेशन आवश्यक
राइड हाइट (Ride Height)	0.1 ~ 1.0 mm	pitch/roll/yaw टॉलरेंस शामिल
CTE	ग्लास/सिरेमिक: ~0.5–2 ppm/K; स्टील: ~10–17 ppm/K	थर्मल कम्पेनसेशन के लिए
IP ग्रेड	IP40 (ओपन) → IP67 (सील्ड)	पर्यावरण के अनुसार

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इंस्टॉलेशन और ज्योमेट्रिक त्रुटियाँ (Installation & Geometric Errors)

• गैप और एलाइनमेंट: रीडहेड-स्केल दूरी और एंगल (pitch/roll/yaw) टॉलरेंस में रखें; अन्यथा सिग्नल लॉस और SDE बढ़ेगा।
• एब्बे त्रुटि (Abbe Error): मापन रेखा और गति केंद्र के बीच दूरी × कोण → अतिरिक्त विस्थापन त्रुटि; मापन रेखा को गति केंद्र से गुजारें।
• कोसाइन त्रुटि (Cosine Error): एन्कोडर एक्सिस और वास्तविक गति दिशा के बीच कोण के कारण।
• थर्मल कपलिंग: स्टील/मैग्नेटिक टेप को फ्लोटिंग इंस्टॉलेशन दें; ग्लास/सिरेमिक स्केल को आइसोथर्मल सपोर्ट करें।
• ग्राउंडिंग और शील्डिंग: रीडहेड और कंट्रोलर को एक बिंदु पर ग्राउंड करें; केबल शील्ड सही ढंग से कनेक्ट करें।

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कैलिब्रेशन और कम्पेनसेशन (Calibration & Compensation)

• लाइनर कम्पेनसेशन: लेज़र इंटरफेरोमीटर, बॉलबार या गेज ब्लॉक्स से पूर्ण-लंबाई कैलिब्रेशन और त्रुटि मैपिंग।
• थर्मल कम्पेनसेशन: CTE और मशीन टेम्परेचर मॉडल के आधार पर रियल-टाइम सुधार।
• SDE कमी: उच्च गुणवत्ता 1 Vpp, एनालॉग चैन और इंटरपोलेशन एल्गोरिथ्म को ऑप्टिमाइज़ करें।
• रेफरेंस स्ट्रैटेजी: डिस्टेंस-कोडेड रेफरेंस तेज़ होमिंग देता है; बाई-डायरेक्शनल बेहतर पुनरावृत्ति।

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अन्य तकनीक से तुलना (Comparisons)

तकनीक	फायदे	सीमाएँ	उपयोग
ऑप्टिकल रैखिक एन्कोडर	nm रिज़ॉल्यूशन, µm/m सटीकता	धूल/नमी संवेदनशील, कठिन इंस्टॉलेशन	CNC, CMM, सेमीकंडक्टर
मैग्नेटिक रैखिक एन्कोडर	धूल प्रतिरोधी, लंबा रेंज	कम सटीकता/रिज़ॉल्यूशन	ऑटोमेशन, हेवी इंडस्ट्री
लेज़र इंटरफेरोमीटर	उच्चतम सटीकता, ट्रेसेबल	महंगा, पर्यावरण पर निर्भर	कैलिब्रेशन, मेट्रोलॉजी
LVDT/एडी-करंट	मजबूत, छोटी दूरी में अच्छा	सीमित रेंज, रैखिकता सीमित	लिमिट पोज़िशनिंग
रोटरी एन्कोडर + स्क्रू	कम लागत, सिद्ध	बैकलैश, थर्मल त्रुटियाँ	मध्यम/निम्न सटीकता

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अनुप्रयोग (Applications)

• CNC मशीन के X/Y/Z अक्ष: उच्च पोज़िशनिंग सटीकता और सतह गुणवत्ता।
• CMM/मेट्रोलॉजी प्लेटफ़ॉर्म: nm इंटरपोलेशन + त्रुटि मैपिंग।
• सेमीकंडक्टर उपकरण: लिथोग्राफी, अलाइनमेंट, निरीक्षण।
• हाई-एंड प्रिंटिंग/पैकेजिंग/SMD: लंबी दूरी, तेज़ गति, सिंक्रोनाइज़ेशन।
• मेडिकल उपकरण: CT/MRI टेबल, रेडियोथेरेपी।
• लॉजिस्टिक्स/भारी उपकरण: मैग्नेटिक टेप लंबी दूरी मापन।

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रखरखाव और समस्या निवारण (Maintenance & Troubleshooting)

नियमित रखरखाव

• नियमित सफाई (ऑप्टिकल: लिंट-फ्री कपड़ा + आइसोप्रोपेनॉल; मैग्नेटिक: धातु कण हटाना)।
• केबल का बेंड रेडियस जांचें, ब्रेकेज से बचें।
• पर्यावरण (तापमान, नमी, कूलेंट) पर निगरानी रखें।

सामान्य समस्याएँ

लक्षण	कारण	समाधान
सिग्नल लॉस	अधिक गैप, मिसएलाइनमेंट, धूल	गैप/एलाइनमेंट सुधारें, स्केल साफ़ करें
जिटर/उच्च SDE	नॉइज़, खराब ग्राउंडिंग	शील्डिंग/ग्राउंडिंग सुधारें, बेहतर पावर सप्लाई
उच्च रैखिक त्रुटि	गलत इंस्टॉलेशन, थर्मल कम्पेनसेशन नहीं	री-इंस्टॉल, कैलिब्रेशन और त्रुटि मैपिंग
एब्सोल्यूट कम्यूनिकेशन फेल	SSI/BiSS/EnDat मिसमैच	टाइमिंग, पोलैरिटी, CRC जाँचें
अस्थिर रेफरेंस पॉइंट	गंदगी या गलत सेटिंग	साफ़ करें, सेटिंग्स जाँचें

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मानक और संदर्भ (Standards & References)

• IEC 60529:2020 (IP प्रोटेक्शन ग्रेड)
• IEC 60068-2 (वाइब्रेशन/शॉक/ह्यूमिडिटी/सॉल्ट स्प्रे)
• IEC 61000-6-2/-6-4 (औद्योगिक EMC)
• ISO 230-2 / ISO 230-3 (मशीन टूल एक्युरेसी/थर्मल टेस्ट)
• ISO 10360 (CMM वेरिफिकेशन)
• ISO 14644 (क्लीनरूम एन्वायरनमेंट)

नोट: मानक लागूता उपकरण और उद्योग पर निर्भर है; निर्माता के मैनुअल देखें।

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चयन मार्गदर्शिका (Selection Guide)

1. सटीकता लक्ष्य: पोज़िशनिंग/रिपीटेबिलिटी टारगेट तय करें।
2. प्रिंसिपल चयन: साफ़ वातावरण → ऑप्टिकल; धूल/कंपन/लंबी दूरी → मैग्नेटिक या इंडक्टिव।
3. आउटपुट/इंटरफ़ेस: स्पीड लूप के लिए इन्क्रिमेंटल; उच्च सटीकता/मल्टी-एक्सिस के लिए SSI/BiSS/EnDat या EtherCAT।
4. मैकेनिकल और इंस्टॉलेशन: लंबाई, CTE, गैप टॉलरेंस, माउंटिंग टाइप सुनिश्चित करें।
5. पर्यावरण/प्रोटेक्शन: कूलेंट/धूल → सील्ड, सही IP रेटिंग।
6. कम्पेनसेशन/डायग्नोस्टिक्स: त्रुटि मैपिंग, टेम्परेचर/स्टेटस मॉनिटरिंग।
7. लाइफसाइकिल: केबल/हेड रिप्लेसमेंट सुविधा, स्पेयर्स उपलब्धता।

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रैखिक एन्कोडर के सिद्धांत, संरचना और इंस्टॉलेशन आवश्यकताओं को समझकर, और त्रुटि मॉडलिंग, थर्मल कम्पेनसेशन तथा मानकीकृत टेस्टिंग के साथ, इंजीनियरिंग टीम उच्च-सटीकता, लंबी आयु और डायग्नोस्टिक्स क्षमता वाले पोज़िशनिंग और स्पीड कंट्रोल को कठिन औद्योगिक परिस्थितियों में भी सुनिश्चित कर सकती है।