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增量式光栅尺编码器和Absolute光栅尺编码器的区别和应用
点击次数:3234 更新时间:2021-11-12

增量式光栅尺编码器和Absolute光栅尺编码器的区别和应用

增量式光栅尺与Absolute光栅尺的区别及发展趋势:

增量编码器可对被测得角度直接进行编码,称之为增量式旋转编码器或增量式光电编码器,当码盘旋转时,光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相同的变化,光敏器件接受它并转换成电脉冲信号,此外,光电码盘的里圈还有一条透明条纹,每转产生一个广电脉冲作为零标志脉冲。
增量编码器只能固定点反参考点,并在反参考点时需要零脉冲减速开关,而Absolute编码器可以任意点反参考点。

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Absolute编码器里面有4位和8位光电码盘,可以做Absolute角位移测量。光电输出的每组BCD代码都与转子的某个Absolute位置相对应。

增量方式光栅尺是指当主尺上一定间距的图谱位移时,对所产生脉冲进行计数积分的方式。以主尺任意位置为原点,在正方向有相对位移时,册冲计数数字增加,在负方向有位移时,脉冲计数数字减少。因此,即使在测量过程中有往复位移,从零点算起的计数值不发生任何变化。这样的方式对于测量是非常方便的,故被广泛应用

Absolute光栅尺编码器就是被测的任一点的位置都从一个固定的零点算起,每一个被测点都有一个对应的编码,常以二进制数据形式表示

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在机加行业中,大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制,降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差,提高加工精度,所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。

光栅尺分为增量式光栅尺和Absolute光栅尺:增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹,通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量,并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定Absolute位置;Absolute光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有Absolute位置编码的码道,读数头通过读取当前位置的编码可以得到Absolute位置。

Absolute光栅尺的优点是开电后直接得到当前位置信息,无需“归零"操作,简化控制系统设计;Absolute位置计算在读数头中完成,无需后续细分电路;采用双向串行通信技术,通信可靠。因此,Absolute光栅尺在数控行业得到越来越广泛的应用。国外能够生产Absolute光栅尺的厂家主要有:德国海德汉(HEIDENHAIN)公司、日本三丰(MITUTOYO)公司、西班牙发格(FAGOR)公司和英国雷尼绍(RENISHAW)公司。其中海德汉公司的产品和技术被业内*为本领域先进技术的代表,并一直光栅计量技术发展,该公司自1994年推出Absolute光栅尺以来,经过不断改进提高,Absolute计量功能从由7条码道组合实现,发展到2005年采用单轨Absolute编码技术,加之单场扫描技术与双向串行数字接口的应用,其LC系列封闭式Absolute光栅尺已经成为各国机床闭环数控系统普遍选用的功能部件。

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二、Absolute光栅尺主要技术难点

1.单轨Absolute编码技术

单轨Absolute编码需要在1m范围内排列百万个无重复位置编码,并要考虑编码可扩展、易处理、容错、冗余等多方面因素。此外,由于国外Absolute光栅尺生产厂家对其使用的单轨Absolute编码技术实施严格保护,国产Absolute光栅尺所要采用的编码技术必须*自主创新,以规避Absolute光栅尺产业化后的纠纷。

2.集成化光电探测技术

Absolute光栅尺需要同时采集Absolute码道和增量码道的信息,集成化光电探测技术将两个码道的传感器集成在一个芯片上,并在芯片上集成处理电路,是目前先进的Absolute光栅尺信号采集手段。由于国外Absolute光栅尺生产厂家对其使用的集成化光电探测技术对我国进行严格的技术保护因此我国必须自行攻克集成化光电探测技术。其主要技术难点是:两种不同类型的光传感器的集成;弱信号、高速度、高性能片上处理电路设计;数字、模拟混合电路设计;光电探测器单元的一致性校正及工艺可靠性设计等。

3.单场扫描技术

单场扫描技术是先进的光栅尺增量码道莫尔条纹提取技术,海德汉公司在其产品中普遍采用这项技术。通过使用单场扫描技术可以提高光栅尺莫尔信号质量,并增强其抗污染能力,为光栅位移传感器的高精度、高分辨率测量提供保证。其主要技术难点是:光电传感器阵列设计;光电扫描方案设计等。

4.多窗口空间滤波技术

高质量莫尔条纹是光栅尺高分辨率的前提条件,而莫尔条纹的高次谐波直接影响了增量信号的正弦性和正交性。多窗口空间滤波技术可以有效降低莫尔条纹高次谐波分量,提高增量信号的正弦性和正交性,保证光栅尺的高分辨率。其主要技术难点是:多窗口空间滤波方案设计。

  • Absolute光栅尺的测量结构为玻璃光栅尺,接口为 SSI-BiSS C (单向)。

  • 分辨率高达 0.1 μm。精度等级高达 ± 1 µm。
  • 光栅尺内部的装置可防护流入的液体
  • 输出连接线缆可选。

  • 接头集成在读数头内。

  • 可直接读取测量Absolute值。
  • 小尺寸,可以安装在狭窄空间内。
  • 可选: 1 Vpp 模拟信号。
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光栅尺的测距原理是利用参考光栅和测量光栅的±I级光形成干涉条纹,当读数头沿测量光栅长度方向发生位移时,通过计数干涉条纹移动个数来解算增量位移,海德汉公司的光栅尺具有两种码道:增量码道和参考码道,这两种码道在空间上是分开的,即光栅尺中上面一条是参考码道,下面一条是增量码道,参考码道上设置有若干组参考编码,每次工作时,读数头只需移动很小一段距离便可找到开机所在的Absolute位置。但是这种Absolute光栅尺目前只限于一维测距情形,这种结构的参考码道和增量码道不能够扩展至二维测距。




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