技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)光電編碼器升級(jí)

在工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人或航空航天、雷達(dá)等高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，以及伺服系統(tǒng)測(cè)速編碼器中都可以看到身影。光電編碼器和電磁編碼器是兩種較為常見(jiàn)的類型。與電磁式測(cè)量相比，光電式測(cè)量精度更高，分辨率更高，結(jié)構(gòu)更緊湊。隨著智能制造的升級(jí)和各種高精度操作控制需求的出現(xiàn)，如何在提高光電編碼器穩(wěn)定性的同時(shí)提高分辨率、減小尺寸，是許多編碼器供應(yīng)商目前正在克服的難題。


提高光電編碼器精度和分辨率的最簡(jiǎn)單方法是增加編碼通道的數(shù)量。一方面，碼盤被放大，另一方面，碼通道的寬度被減小。增加碼輪的尺寸無(wú)疑會(huì)增加編碼器的尺寸，機(jī)械和光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度也會(huì)增加。顯然不建議放大刻度盤。然而，減小碼通道的寬度以增加有限區(qū)域內(nèi)的數(shù)量將大大增加統(tǒng)一描述碼通道的難度，并且分辨率和準(zhǔn)確性將受到影響。

跳出現(xiàn)有技術(shù)，采用新技術(shù)理論已成為一條新的道路。一路上，升級(jí)編碼器的核心內(nèi)部組件已成為當(dāng)務(wù)之急，尤其是光電檢測(cè)設(shè)備，其性能的各個(gè)方面都需要改進(jìn)。

利用MEMS技術(shù)，在PD芯片上形成通孔，可以放置特殊的LED，實(shí)現(xiàn)LED和PD芯片級(jí)的集成。還可以調(diào)整PD芯片的厚度，使LED的高度與光敏PD區(qū)域的高度相匹配。使用過(guò)孔技術(shù)的光電探測(cè)設(shè)備大大提高了分辨率。

編碼器供應(yīng)商Heidenhain生產(chǎn)的ECA 4000和ERA 4000鋼柵/鼓柵編碼器采用了類似的技術(shù)。目前，我國(guó)許多高精度設(shè)備都使用了海德漢測(cè)量設(shè)備，如望遠(yuǎn)鏡和高精度雷達(dá)。ECA 4000系統(tǒng)的精度為±3英寸至±1.5英寸，信號(hào)周期數(shù)在8195至44000之間。ERA 4000的系統(tǒng)精度為±5英寸至±2英寸。雖然精度似乎有所降低，但這實(shí)際上是因?yàn)樵撓盗泻w了更大范圍的信號(hào)周期，可以涵蓋3000到13000、6000到44000以及12000到52000。在每個(gè)信號(hào)周期系列中，其精度處于行業(yè)最高水平。

特殊柵極的電路加工和制造

當(dāng)然，海德漢絕對(duì)壟斷的原因不止一項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)。優(yōu)秀的電路加工和專業(yè)的光柵制造能力是許多光電編碼器制造商所不具備的核心技術(shù)。說(shuō)到點(diǎn)陣劃線生產(chǎn)技術(shù)，長(zhǎng)春宇恒在中國(guó)仍然是無(wú)與倫比的。線均勻性、線準(zhǔn)直和點(diǎn)陣精度在中端市場(chǎng)得到廣泛認(rèn)可。

這是宇恒的JZN-1系列編碼器，這個(gè)系列的絕對(duì)位數(shù)可以是23-29位。同時(shí)，即使在高分辨率下，精度也非常高，在20°C時(shí)誤差僅為±0.5”。這個(gè)參數(shù)被夸大了。十年前，余恒只能達(dá)到8-25位，但現(xiàn)在他最多可以達(dá)到29位。這里有很多贊揚(yáng)，這應(yīng)該歸功于核心電路處理和柵極劃線制造技術(shù)。

FOP安裝

微型光纖板（FOP）是一組微型光纖和一個(gè)透鏡，可以高效、低失真地傳輸光和圖像。FOP與感光區(qū)的耦合探測(cè)器可以縮短空間中的自由光路，幫助提高編碼器的分辨率，減少串?dāng)_，這是濱松獨(dú)有的專利技術(shù)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，濱松不生產(chǎn)編碼器，而是編碼器配件的上游供應(yīng)商。但它推出的主要光電產(chǎn)品極大地促進(jìn)了編碼器制造商的發(fā)展。

濱松6像素陣列硅PIN光電二極管編碼器是一個(gè)模塊，采用FOP耦合技術(shù)。一個(gè)模塊化、表面貼裝的6像素Si-PIN光電二極管陣列，六個(gè)像素中的每一個(gè)都是隔離的，這種布置非常適合編碼器。使用FOP和Si光電二極管的組合，透鏡可以聚焦到比正常光敏表面更高的FOP厚度，從而更容易在靠近光敏表面的位置安裝托架或其他組件。此外，可以通過(guò)使用低NA FOP來(lái)調(diào)節(jié)光敏方向性。

總結(jié)

還有許多技術(shù)推動(dòng)了光電編碼器的發(fā)展。例如，許多制造商已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)局部放電和外圍電路的集成設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)特殊的降噪電路結(jié)構(gòu)，以使設(shè)備更易于使用和發(fā)揮更好的性能。性能良好，或改善芯片的晶體結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)限流LED的更高可靠性，或重新設(shè)計(jì)發(fā)光直徑等。核心技術(shù)和核心工藝的不斷創(chuàng)新推動(dòng)了光電編碼器行業(yè)的不斷發(fā)展。