光柵編碼器的結(jié)構(gòu)和信號(hào)類型：為音圈電機(jī)提供精確反饋！
引言：音圈電機(jī)以其簡單的結(jié)構(gòu)、輕量級(jí)的線圈動(dòng)子和在各種高精密線性和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)場合的成功應(yīng)用而聞名。通過合適的位置反饋和傳感裝置，音圈電機(jī)平臺(tái)的定位精度可以輕松達(dá)到10微米，其加速度可高達(dá)300G。在結(jié)合適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)工藝和位置反饋機(jī)制時(shí)，這些電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的定位精度。本文將探討光柵編碼器，特別是線性編碼器，對(duì)音圈電機(jī)精度的影響。
線性編碼器的重要性
線性編碼器是提供線性軸位置精確反饋的關(guān)鍵裝置。它們直接測量運(yùn)動(dòng)的機(jī)械位置，提供了音圈電機(jī)平臺(tái)實(shí)際位置的準(zhǔn)確表示。對(duì)于機(jī)床控制，線性編碼器擔(dān)任多個(gè)關(guān)鍵職能，包括：
消除絲杠的反向間隙。
補(bǔ)償由于溫度波動(dòng)引起的絲杠和導(dǎo)軌位置誤差（特別是在大型機(jī)床上）。
糾正由于螺距不準(zhǔn)確引起的位置誤差。
線性編碼器在機(jī)床控制中的應(yīng)用
線性編碼器在各種機(jī)床中廣泛應(yīng)用，包括：
高精密機(jī)床：提高加工精度，改善產(chǎn)品質(zhì)量。
大型機(jī)床：例如龍門銑床、臥銑機(jī)、鏜銑床等，其中線性編碼器有助于減小長傳動(dòng)鏈引起的傳動(dòng)誤差，并減小溫度變化引起的形變誤差。
使用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的新一代電機(jī)：例如無鐵芯線性電機(jī)、有鐵芯線性電機(jī)、圓柱音圈電機(jī)和弧形音圈電機(jī)等。
線性編碼器的類型
線性編碼器可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)、信號(hào)類型、分辨率、信號(hào)周期和插補(bǔ)等特性進(jìn)行分類。在這里，我們將主要關(guān)注結(jié)構(gòu)分類：
鋼帶結(jié)構(gòu)：適用于長距離的線性運(yùn)動(dòng)。
玻璃結(jié)構(gòu)：以優(yōu)良的熱穩(wěn)定性而聞名，適用于高精密應(yīng)用，但不適合非常長的測量距離。
陶瓷基體光柵編碼器：用于超高精度測量。
信號(hào)類型：
線性編碼器主要產(chǎn)生三種類型的信號(hào)：串行、正弦波和方波。
串行信號(hào)：符合FANUC通信協(xié)議的信號(hào)，確保高可靠性和穩(wěn)定性。
正弦波信號(hào)（1-Vpp）：通常由兩相信號(hào)組成，相位差為90度。
光柵編碼器參數(shù)
光柵編碼器的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)定義了其特性：光柵柵距和信號(hào)周期。
光柵柵距：它指的是光柵線之間的實(shí)際物理距離。例如，當(dāng)光柵柵距為20微米時(shí)，當(dāng)移動(dòng)距離為20微米時(shí)，線性編碼器將產(chǎn)生一個(gè)相位差為90度的360度正弦波。
信號(hào)周期：隨著測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以在線性編碼器讀數(shù)頭上使用頻率倍增電路來處理每一個(gè)光柵信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸出周期的細(xì)化。這可以提供更精細(xì)的信號(hào)周期，以獲得更高的位置測量精度。
常見的線性編碼器規(guī)格
以下是一些典型的線性編碼器規(guī)格：
分辨率：可精確測量的最小移動(dòng)增量，通常以微米（μm）或納米（nm）表示。
信號(hào)周期：信號(hào)周期的長度，可以通過頻率倍增進(jìn)行微調(diào)，提供更高的位置測量精度。
信號(hào)類型：線性編碼器生成串行、正弦波或方波信號(hào)，每種信號(hào)類型都有其特定的應(yīng)用優(yōu)勢。
線性編碼器的特點(diǎn)
總之，線性編碼器根據(jù)其結(jié)構(gòu)、信號(hào)類型、分辨率和其他特性進(jìn)行分類，了解這些特點(diǎn)對(duì)于選擇特定應(yīng)用的合適編碼器至關(guān)重要：
增量式線性編碼器：通過增量計(jì)算當(dāng)前位置來計(jì)算位置信息。
絕對(duì)式線性編碼器：將位置信息直接存儲(chǔ)在編碼器上，提供對(duì)絕對(duì)位置的即時(shí)參考。
距離編碼線性編碼器：無需外部電源，通過檢測到固定算法確定的參考點(diǎn)來確定零點(diǎn)坐標(biāo)。
信號(hào)特性：
串行信號(hào)：符合FANUC通信協(xié)議，具有高可靠性和穩(wěn)定性。
正弦波信號(hào)：通常是1-Vpp，由兩相信號(hào)組成，相位差為90度。
方波信號(hào)：通常是TTL接口輸出信號(hào)，具有兩相信號(hào)和90度相位差。
比較信號(hào)類型：
線性編碼器通常在插補(bǔ)和數(shù)字處理后輸出正弦信號(hào)，這可以實(shí)現(xiàn)精確的位置信息。
方波信號(hào)通常經(jīng)過四倍頻處理，提供高分辨率的位置數(shù)據(jù)，但可能會(huì)受到干擾和干擾的影響。
正弦波信號(hào)不太容易受到干擾，但分辨率可能較低。
結(jié)論
線性編碼器在提高音圈電機(jī)和其他運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精度方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。它們有助于消除反向間隙，補(bǔ)償溫度引起的誤差，并校正與螺距不準(zhǔn)確有關(guān)的誤差。通過根據(jù)結(jié)構(gòu)、信號(hào)類型、分辨率和其他特性選擇適當(dāng)?shù)木€性編碼器，工程師和制造商可以優(yōu)化音圈電機(jī)平臺(tái)的性能，使其在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)出色的定位精度和可靠性。
