光栅编码器的结构和信号类型：为音圈电机提供精确反馈！
引言：音圈电机以其简单的结构、轻量级的线圈动子和在各种高精密线性和摆动运动场合的成功应用而闻名。通过合适的位置反馈和传感装置，音圈电机平台的定位精度可以轻松达到10微米，其加速度可高达300G。在结合适当的结构工艺和位置反馈机制时，这些电机可以实现纳米级的定位精度。本文将探讨光栅编码器，特别是线性编码器，对音圈电机精度的影响。
线性编码器的重要性
线性编码器是提供线性轴位置精确反馈的关键装置。它们直接测量运动的机械位置，提供了音圈电机平台实际位置的准确表示。对于机床控制，线性编码器担任多个关键职能，包括：
消除丝杠的反向间隙。
补偿由于温度波动引起的丝杠和导轨位置误差（特别是在大型机床上）。
纠正由于螺距不准确引起的位置误差。
线性编码器在机床控制中的应用
线性编码器在各种机床中广泛应用，包括：
高精密机床：提高加工精度，改善产品质量。
大型机床：例如龙门铣床、卧铣机、镗铣床等，其中线性编码器有助于减小长传动链引起的传动误差，并减小温度变化引起的形变误差。
使用直接驱动技术的新一代电机：例如无铁芯线性电机、有铁芯线性电机、圆柱音圈电机和弧形音圈电机等。
线性编码器的类型
线性编码器可以根据其结构、信号类型、分辨率、信号周期和插补等特性进行分类。在这里，我们将主要关注结构分类：
钢带结构：适用于长距离的线性运动。
玻璃结构：以优良的热稳定性而闻名，适用于高精密应用，但不适合非常长的测量距离。
陶瓷基体光栅编码器：用于超高精度测量。
信号类型：
线性编码器主要产生三种类型的信号：串行、正弦波和方波。
串行信号：符合FANUC通信协议的信号，确保高可靠性和稳定性。
正弦波信号（1-Vpp）：通常由两相信号组成，相位差为90度。
光栅编码器参数
光栅编码器的两个关键参数定义了其特性：光栅栅距和信号周期。
光栅栅距：它指的是光栅线之间的实际物理距离。例如，当光栅栅距为20微米时，当移动距离为20微米时，线性编码器将产生一个相位差为90度的360度正弦波。
信号周期：随着测量技术的发展，现在可以在线性编码器读数头上使用频率倍增电路来处理每一个光栅信号，从而实现信号输出周期的细化。这可以提供更精细的信号周期，以获得更高的位置测量精度。
常见的线性编码器规格
以下是一些典型的线性编码器规格：
分辨率：可精确测量的最小移动增量，通常以微米（μm）或纳米（nm）表示。
信号周期：信号周期的长度，可以通过频率倍增进行微调，提供更高的位置测量精度。
信号类型：线性编码器生成串行、正弦波或方波信号，每种信号类型都有其特定的应用优势。
线性编码器的特点
总之，线性编码器根据其结构、信号类型、分辨率和其他特性进行分类，了解这些特点对于选择特定应用的合适编码器至关重要：
增量式线性编码器：通过增量计算当前位置来计算位置信息。
绝对式线性编码器：将位置信息直接存储在编码器上，提供对绝对位置的即时参考。
距离编码线性编码器：无需外部电源，通过检测到固定算法确定的参考点来确定零点坐标。
信号特性：
串行信号：符合FANUC通信协议，具有高可靠性和稳定性。
正弦波信号：通常是1-Vpp，由两相信号组成，相位差为90度。
方波信号：通常是TTL接口输出信号，具有两相信号和90度相位差。
比较信号类型：
线性编码器通常在插补和数字处理后输出正弦信号，这可以实现精确的位置信息。
方波信号通常经过四倍频处理，提供高分辨率的位置数据，但可能会受到干扰和干扰的影响。
正弦波信号不太容易受到干扰，但分辨率可能较低。
结论
线性编码器在提高音圈电机和其他运动控制系统的精度方面发挥了至关重要的作用。它们有助于消除反向间隙，补偿温度引起的误差，并校正与螺距不准确有关的误差。通过根据结构、信号类型、分辨率和其他特性选择适当的线性编码器，工程师和制造商可以优化音圈电机平台的性能，使其在各种应用中实现出色的定位精度和可靠性。
