光學尺系統簡介

什麼是編碼器？

編碼器是一種機電設備，可將資訊從一種格式或代碼轉換為另一種格式或代碼。位置編碼器（例如 Renishaw 製造的編碼器），可將線性或旋轉運動轉換成電氣訊號，提供運動位置、速度和方向等資訊。

位置編碼器可採用各種不同的感應技術：Renishaw 專精於光學及雷射編碼器Renishaw 的附屬公司 RLS 則專精於磁性編碼器。

光學尺

光學尺上刻有平行的暗線，與傳統量尺上的刻度線非常相似。這些線通常被稱為刻線，將由讀頭內的光學系統「 讀取」，以產生電子訊號或圖像供進一步處理。這些線精確地定位在柵尺材料上，以確保適當的系統量測性能。

光學尺可以採用多種形式，例如彈性線性光學尺、剛性線性光學尺、碟盤式和圓環式光學尺。這些不同形式的柵尺用於量測和控制不同形式的運動，例如線性運動、全旋轉、圓弧旋轉或各種運動的組合。

光學尺必須穩定且堅固，通常由不銹鋼或玻璃等材料製成。

光學尺讀頭

讀頭包含一套光學系統和電子裝置，可輸出電子訊號來描述讀頭與光學尺的相對位置和運動方向。

通過訊號處理和數位訊號細分，光學尺可以解析小至十億分之一供（1 nm）的運動。

1 nm 約為 DNA 螺旋的半徑或是兩個葡萄糖分子的寬度或 X 射線的波長。

運動形式

光學尺可以量測各種形式的運動，具體取決於受測機器運動的類型和結構。

絕對式編碼器和增量式編碼器有何區別？

增量式編碼器只能檢測相對於其當前位置或已知參考特徵的運動。當讀頭相對於尺運動時，位置訊號輸出會每次遞增或遞減（取決於方向）一個位置計數。

絕對式編碼器可以立刻解碼其當前位置，無需任何運動。

增量式編碼器和絕對式編碼器光學尺之間關鍵區別是，它們如何對斷電情況做出回應。如果絕對式編碼器斷電，讀頭在電源恢復時仍能正確報告其當前位置，即使讀頭在斷電期間發生移動。增量式編碼器在斷電期間會失去它的位置資訊，並需要在電源恢復時重新取得其原點位置。

另一個關鍵區別與通訊有關：絕對式編碼器光學尺在控制器和讀頭之間提供雙向串列通訊，而增量式光學尺通過類比或數位訊號提供從讀頭至控制器的單向通訊。

增量式編碼器通常以兩個彼此相位差為 90 度的模擬波形（如正弦波和餘弦波）或兩個相距 90 度的數位訊號（稱為「正交」）的形式輸出其位置資訊。控制器可以解析這些訊號，計算沿光學尺運動的幅度和方向。

增量式編碼器可以製造成適合大型機器的長尺寸，也可以按需裁剪以適應任何軸長。

絕對式編碼器的尺依靠由刻線和空白組成的獨特圖案（或稱為「 節」）來識別位置。由於這類圖案的可能排列數量有限，因此絕對式編碼器光學尺存在最大量測長度。以 Renishaw RESOLUTE™ 絕對式光學尺系統為例，其最大測量長度為 21 公尺。