Войти
Три типичных линейных оптических энкодера 
Визуализация магнитных структур линейного энкодера (записанная с помощью MagView). A линейный энкодер - датчик, преобразователь или считывающая головка, соединенные со шкалой, которая кодирует положение. Датчик считывает шкалу, чтобы преобразовать закодированное положение в аналоговый или цифровой сигнал, который затем может быть декодирован в положение с помощью цифрового считывающего устройства (DRO) или контроллера движения.
Энкодер может быть инкрементальным или абсолютным. Движение можно определить по изменению положения с течением времени. Технологии линейных энкодеров включают оптические, магнитные, индуктивные, емкостные вихретоковые. К оптическим технологиям относятся тени, самоизображение и интерферометрические. Линейные энкодеры используются в метрологических приборах, системах управления движением, струйных принтерах и высокоточных обрабатывающих инструментах, начиная от цифровых штангенциркулей и координатно-измерительных машин до ступеней, станков с ЧПУ, производство портальных столов и полупроводников шаговых двигателей.
Линейные энкодеры - это датчики, в которых используется множество различных физические свойства в порядке Эр для кодирования положения:
Оптические линейные энкодеры доминируют на рынке высокого разрешения и могут использовать опалубку / муар, дифракционные или голографические принципы. Оптические энкодеры являются наиболее точными из стандартных типов энкодеров и наиболее часто используются в приложениях промышленной автоматизации. При выборе оптического кодировщика важно, чтобы он имел дополнительную встроенную защиту для предотвращения загрязнения пылью, вибрацией и другими условиями, типичными для промышленных сред. Типичные периоды инкрементной шкалы варьируются от сотен микрометров до субмикрометров. Интерполяция может обеспечить разрешение до нанометра.
Оптический линейный энкодер, установленный на Mitutoyo CMM Используемые источники света включают инфракрасные светодиоды, светодиоды видимого диапазона, миниатюрные лампочки и лазерные диоды.
Магнитные линейные энкодеры используют активную (намагниченную) или пассивную (с переменным сопротивлением) шкалы, а положение можно определять с помощью считывающих катушек эффекта Холла или магниторезистивных считывающих головок. При более грубых периодах шкалы, чем в оптических энкодерах (обычно от нескольких сотен микрометров до нескольких миллиметров), разрешение порядка микрометра является нормой.
Емкостные линейные энкодеры работают, считывая емкость между считывателем и шкалой. Типичное применение - цифровые штангенциркуль. Одним из недостатков является чувствительность к неравномерной грязи, которая может локально изменять относительную диэлектрическую проницаемость.
Индуктивная технология устойчива к загрязнениям, что позволяет использовать штангенциркуль и другие измерительные инструменты, устойчивые к охлаждающей жидкости. Хорошо известным применением принципа индуктивного измерения является Inductosyn.
Патент США 3820110 «Цифровой энкодер вихретокового типа и эталон положения» дает пример этого типа кодировщик, в котором используется шкала с кодировкой немагнитных материалов с высокой и низкой проницаемостью, которая обнаруживается и декодируется путем отслеживания изменений индуктивности цепи переменного тока, которая включает датчик с индукционной катушкой. Maxon создает образец продукта (датчик угла поворота) (датчик MILE).
Датчики основаны на методе корреляции изображений. Датчик делает последующие снимки с измеряемой поверхности и сравнивает изображения на предмет смещения. Возможно разрешение до 1 нм.
Есть две основные области применения линейных энкодеров:
Приложение для измерения включает координатно-измерительные машины (КИМ), лазерные сканеры, штангенциркуль, измерители зубчатых колес, измерители натяжения и цифровые считывающие устройства (УЦИ).
Системы управления перемещением с сервоприводом используют линейный датчик положения, чтобы обеспечить точное и высокоскоростное перемещение. Типичные области применения: робототехника, станки, сборщик печатных плат ; оборудование для обработки и тестирования полупроводников, устройства для склеивания проводов, принтеры и цифровые печатные машины.
Линейные энкодеры могут иметь аналоговые или цифровые выходы.
Синусоидальный и косинусный выходы. Промышленным стандартом аналоговым выходом для линейных энкодеров являются синусоидальные и косинусоидальные квадратурные сигналы. Обычно они передаются дифференциально, чтобы улучшить помехоустойчивость. Ранним отраслевым стандартом были сигналы пикового тока 12 мкА, но в последнее время он был заменен сигналами размаха напряжения 1 В. По сравнению с цифровой передачей более низкая полоса пропускания аналоговых сигналов помогает минимизировать выбросы EMC.
Квадратурные синусоидальные / косинусоидальные сигналы можно легко контролировать, используя осциллограф в режиме XY для отображения круглой фигуры Лиссажу. Сигналы наивысшей точности получаются, если фигура Лиссажу является круглой (без ошибок усиления или фазы) и идеально центрирована. Современные системы кодирования используют схему для автоматического устранения этих механизмов ошибок. Общая точность линейного энкодера складывается из точности шкалы и ошибок считывающей головки. Вклад шкалы в бюджет ошибки включает линейность и наклон (ошибку коэффициента масштабирования). Механизмы ошибки считывающей головки обычно описываются как циклическая ошибка или ошибка подразделения (SDE), поскольку они повторяются каждый период шкалы. Наибольший вклад в неточность считывающей головки вносит смещение сигнала, за которым следует дисбаланс сигнала (эллиптичность) и фазовая ошибка (квадратурные сигналы разнесены не точно на 90 °). Общий размер сигнала не влияет на точность кодера, однако соотношение сигнал / шум и джиттер могут ухудшаться с меньшими сигналами. Механизмы автоматической компенсации сигнала могут включать автоматическую компенсацию смещения (AOC), автоматическую компенсацию баланса (ABC) и автоматическую регулировку усиления (AGC). Фазу труднее компенсировать динамически и обычно применяется как разовая компенсация во время установки или калибровки. Другие формы неточности включают искажение сигнала (часто гармоническое искажение синусоидальных / косинусоидальных сигналов).
Квадратурные каналы A и B Линейный инкрементный энкодер имеет два цифровых выходных сигнала, A и B, которые генерируют квадратурные прямоугольные волны. В зависимости от своего внутреннего механизма энкодер может получать A и B непосредственно от датчиков, которые по своей сути являются цифровыми, или может интерполировать свои внутренние аналоговые синусоидальные / косинусоидальные сигналы. В последнем случае процесс интерполяции эффективно разделяет период масштабирования и, таким образом, обеспечивает более высокое разрешение измерения .
В любом случае кодер будет выводить квадратурные прямоугольные волны, при этом расстояние между краями двух каналов является разрешением кодировщика. Контрольная метка или индексный импульс также выводится в цифровой форме в виде импульса шириной от одной до четырех единиц разрешения. Выходные сигналы могут быть напрямую переданы на интерфейс цифрового инкрементного кодировщика для отслеживания положения.
Основными преимуществами линейных инкрементальных энкодеров являются улучшенная помехозащищенность, высокая точность измерений и отчеты об изменениях положения с малой задержкой. Однако высокочастотные и быстрые фронты сигнала могут создавать больше электромагнитных помех.
Наряду с аналоговыми или цифровыми инкрементными выходными сигналами линейные энкодеры могут выдавать абсолютные опорные сигналы или сигналы позиционирования.
Большинство инкрементальных линейных энкодеров могут создавать импульс индексной или референтной метки, обеспечивающий положение нулевой точки на шкале для использования при включении или после потери мощности. Этот индексный сигнал должен позволять идентифицировать положение в пределах одного уникального периода шкалы. Референтная метка может содержать одиночный элемент на шкале, шаблон автокоррелятора (обычно код Баркера ) или шаблон щебетание.
Референтные метки с кодировкой расстояния (DCRM) размещаются на шкале по уникальному шаблону, позволяющему минимальным перемещением (обычно проходящим мимо двух референтных меток) определять положение считывающей головки. На шкале также могут быть размещены множественные, равноотстоящие контрольные метки, так что после установки желаемый маркер может быть выбран - обычно с помощью магнита или оптически или нежелательных маркеров, отменив их выбор с помощью этикеток или закрашиванием.
С помощью надлежащим образом закодированных шкал (многодорожечная, вернье, цифровой код или псевдослучайный код) кодировщик может определять свое положение без движения или необходимости поиска справочная позиция. Такие абсолютные энкодеры также обмениваются данными с помощью протоколов последовательной связи. Многие из этих протоколов являются собственными (например, Fanuc, Mitsubishi, FeeDat (Fagor Automation), Heidenhain EnDat, DriveCliq, Panasonic, Yaskawa), но открытыми стандартами, такими как BiSS, которые позволяют избежать привязки пользователей к конкретному поставщику.
Многие линейные энкодеры включают встроенные концевые выключатели; оптический или магнитный. Часто используются два концевых выключателя , так что при включении питания контроллер может определить, находится ли энкодер в конце хода и в каком направлении перемещать ось.
Линейные энкодеры могут быть закрытыми или открытыми. Закрытые линейные энкодеры используются в грязных, агрессивных средах, таких как станки. Обычно они представляют собой алюминиевый профиль, покрытый стеклянной или металлической окалиной. Гибкие манжетные уплотнения позволяют внутренней управляемой считывающей головке считывать показания шкалы. Точность ограничена из-за трения и гистерезиса, вызванного этим механическим устройством.
Для обеспечения максимальной точности, наименьшего гистерезиса измерения и наименьшего трения используются открытые линейные энкодеры.
Линейные энкодеры могут использовать пропускающие (стеклянные) или отражающие шкалы с использованием фазовых решеток Ронки или . Материалы шкалы включают хром на стекле, металл (нержавеющая сталь, позолоченная сталь, инвар ), керамика (Zerodur ) и пластмассы. Шкала может быть самонесущей, термически прикрепленной к подложке (с помощью клея или липкой ленты) или прикрепленной к направляющей. Монтаж на гусеничном ходу может позволить весам поддерживать свой собственный коэффициент теплового расширения и позволить разобрать крупногабаритное оборудование для транспортировки.
