绝对式磁栅尺是一种高精度的位置测量设备,广泛应用于数控机床、自动化设备、机器人等需要精确位置控制的领域。其工作机制基于磁性编码技术,能够直接输出绝对位置信息,而无需依赖增量式编码器的累积计数。
1. 基本原理
通过读取磁性刻度上的编码信息,直接确定当前位置的绝对坐标。其核心组成部分包括:
磁性刻度尺:由磁性材料制成,表面刻有一系列具有编码的磁性图案(如二进制或格雷码)。
读头(传感器):包含磁场检测元件(如霍尔效应传感器或磁阻元件),用于检测磁性刻度上的编码。
信号处理电路:将检测到的磁性信号转换为数字信号,输出绝对位置值。
2. 磁性刻度尺的结构
磁性刻度尺上每个位置对应一个磁性编码,常见的编码方式包括:
二进制编码:每个位置由多个磁道组成,每个磁道代表二进制的一位(0或1)。
格雷码编码:相邻位置的编码仅有一位变化,减少误码风险。
多速编码:结合高分辨率和长行程特点,通过不同周期的编码组合实现。
每个磁性刻度的位置都有编码,因此读头可以直接读取并解析出绝对位置。
3. 绝对式磁栅尺读头的工作方式
读头通常包含多个磁场检测单元,每个单元对应磁性刻度的一个磁道。当读头移动到某个位置时:
磁场检测:读头检测磁性刻度上的磁场分布,每个检测单元输出对应的磁状态(0或1)。
编码解析:将检测到的磁状态组合成二进制或格雷码,转换为数字信号。
绝对位置输出:通过信号处理电路,直接输出当前位置的绝对坐标(如毫米级或更高精度)。
4. 绝对位置的优势
与增量式编码器相比,绝对式磁栅尺的主要优势在于:
无需归零操作:每次开机或断电后,可直接读取当前位置,无需重新校准。
抗干扰能力强:磁性编码对灰尘、油污等环境因素不敏感,适合恶劣工业环境。
高精度:分辨率可达微米级,满足高精度定位需求。
长行程支持:通过多段编码组合,可覆盖较长的测量范围。
5. 信号处理与输出
读头检测到的磁性信号经过以下处理:
放大与滤波:增强信号强度,去除噪声。
模数转换(ADC):将模拟信号转换为数字信号。
编码解析:将数字信号转换为绝对位置值(如二进制或格雷码)。
通信接口:通过串行通信(如SSI、BiSS、EnDat)或并行接口输出位置数据。
