J. Bộ mã hóa quay và góc

Trong hình 9, một loạt các thang đo mã hóa góc/ quay được làm cứng trong xưởng công nghiệp được mô tả. Các bộ mã hóa quay cụ thể này thường có thể có độ chính xác góc là ≥ ± 10 s. Các bộ mã hóa góc như vậy được tìm thấy trong nhiều ứng dụng máy công cụ mà yêu cầu đo góc chính xác với độ chính xác, tin cậy trong vòng vài giây. Thiết bị lắp ráp phụ được định vị trên máy công cụ CNC cũng có thể sử dụng các bộ mã hóa góc/ quay này, bao gồm bàn quay, đầu xoay/ đầu rơvonve , cũng như trục C của trung tâm tiện.

Hình các đường ray trượt được điều khiển bằng laser hiện đang trở nên khả dụng cho máy công cụ.

Trong đó:

• X-axis interferometer: Giao thoa kế trục X
• Y-axis interferometer: Giao thoa kế trục Y
• 70/30 beam splitter: Bộ tách chùm tia 70/30
• Laser: Tia laze
• Laser electric: Điện Laze
• Fiber-optic return signals: Các tín hiệu trở lại sợi quang
• 50/50 beam splitter: Bộ tách chùm tia 50/50

a) Các dấu tham chiếu được mã hóa theo khoảng cách trên thang đo tròn.

Line count z: Đếm dòng z

Number of reference marks: Số lượng dấu tham chiếu

Nominal Increment I: Gia tăng danh nghĩa I

b) Các vạch chia tròn của bộ mã hoá góc tăng dần.

c) Các vạch chia tròn của bộ mã hoá góc tuyệt đối.

Hình 9 Bộ mã hóa quay/ góc để dịch chuyển trục máy

Bộ mã hóa góc có thể về mặt đặc trưng bao gồm thiết kế cơ học sau, chẳng hạn như: bộ mã hóa có vòng bi tích hợp, với trục rỗng và khớp nối stato tích hợp. Do thiết kế và lắp ghép của khớp nối stato, nó sẽ chỉ hấp thụ mô-men xoắn gây ra bởi ma sát trong vòng bi trong suốt quá trình gia tăng góc của trục quay. Loại bộ mã hóa góc này do đó sẽ cung cấp hiệu suất động học tuyệt vời. Với khớp nối stato tích hợp, độ chính xác của hệ thống được chỉ định cũng bao gồm các sai lệch so với khớp nối trục. Các loại bộ mã hóa như vậy kết hợp các tiêu chuẩn đo lường của cấu trúc tuần hoàn, được gọi là phân độ/ chia độ – xem Hình 9. Các chia độ này được áp dụng cho kính – Hình 9c – hoặc cách khác cho nền thép. Thông thường, các thang đo thủy tinh được sử dụng chủ yếu trong bộ mã hóa cho tốc độ lên đến 10,000 m min^-1. Đối với các bộ mã hóa được sử dụng cho các ứng dụng tốc độ cao hơn – lên đến 20,000 m min ^-1 – thì trống quay thép được sử dụng. Thang đo nền đối với đường kính bộ mã hóa lớn thường là một băng thép. Các vạch chia độ chính xác này được sản xuất trong nhiều quy trình quang khắc khác nhau. Các vạch chia độ được chế tạo từ các đường crom cực kỳ cứng trên thủy tinh, hoặc trống quay thép mạ vàng, các đường khắc mờ trên băng thép mạ vàng hoặc các cấu trúc ba chiều được khắc vào thủy tinh thạch anh. Các quy trình sản xuất quang khắc này có thể tạo ra khoảng thời gian cách tử chỉ từ 40 đến 4 µm trên thủy tinh thạch anh khắc – tùy thuộc vào môi trường khắc (xem Hình 9b, c). Do đó, các quá trình quang khắc này cho phép các khoảng thời gian cách tử rất tốt và được đặc trưng bởi độ nét cao và tính đồng nhất của các cạnh- Hình 9a. Cùng với phương pháp quét quang điện, độ nét cạnh cao này là điều kiện tiên quyết để có chất lượng cao của tín hiệu đầu ra. Các bộ mã hóa góc tuyệt đối, sẽ có các rãnh chia độ  được đa mã hóa (được hiển thị trong Hình 9c). Việc sắp xếp mã cung cấp thông tin vị trí tuyệt đối, thông tin này có sẵn ngay sau khi máy bật lên. Đường rãnh với cấu trúc cách tử tốt nhất được nội suy cho giá trị vị trí, đồng thời nó được sử dụng để tạo ra tín hiệu gia tăng.

Trong trường hợp cách tử với một phương pháp đo tăng dần (xem Hình 9b), sự chia độ bao gồm một cấu trúc cách tử tuần hoàn. Thông tin vị trí được thu thập bằng cách đếm từng bước gia tăng (tức là các bước đo) từ một số điểm gốc cụ thể. Vì cần có một tham chiếu tuyệt đối nhằm xác định vị trí, các thang đo hoặc băng chia tỷ lệ được cung cấp với việc thêm một rãnh bổ sung mang dấu tham chiếu – thể hiện trong Hình 9a. Vị trí tuyệt đối trên thang đo được thiết lập bởi dấu tham chiếu được lấy bằng chính xác một bước đo. Do đó, dấu tham chiếu phải được quét để thiết lập một tham chiếu tuyệt đối hoặc để tìm mốc tính toán được lựa chọn cuối cùng, trong khi trong một số trường hợp nhất định, điều này có thể yêu cầu xoay lên đến gần 360°. Theo sau đó, để tăng tốc độ và đơn giản hóa các lần chạy tham chiếu như vậy, nhiều bộ mã hóa có các dấu tham chiếu được mã hóa theo khoảng cách – xem Hình 9a – mà nhiều dấu tham chiếu được đặt cách nhau theo một thuật toán toán học. Ở đây, các điện tử hậu thức sẽ tìm thấy tham chiếu tuyệt đối sau khi đi qua hai mốc tham chiếu liên tiếp – có nghĩa là điều này đạt được chỉ sau một vài độ di chuyển ngang – xem mức gia tăng danh nghĩa I trong bảng. (trong Hình 9a, bên phải).

Trong trường hợp các dấu tham chiếu được mã hóa theo khoảng cách (tức là được hiển thị trong Hình 9a), tham chiếu tuyệt đối được tính bằng cách đếm chu kỳ tín hiệu giữa hai dấu tham chiếu và bằng cách sử dụng biểu thức sau:

α1 = (abs A − sgn A − 1) × I/­2 + (sgn A − sgn D) ×abs MRR/ ­2

Trong đó:

• A = 2 × abs MRR−I­ / GP
• α1 = Vị trí góc tuyệt đối của mốc tham chiếu đi ngang qua đầu tiên đến vị trí 0 được tính bằng độ (º)
• abs = Giá trị tuyệt đối
• sgn = Hàm dấu (“+1” hoặc “-1”)
• MRR = Khoảng cách đo được giữa các dấu tham chiếu đi ngang qua được tính bằng độ (º)
• I = Gia số danh nghĩa giữa hai dấu tham chiếu cố định (xem bảng trong hình 1.12.6-9)
• GP = Chu kỳ cách tử (360°/ số dòng)
• D = Chiều quay (“+1” hoặc “–1”) – quay sang phải (nghĩa là như được nhìn từ phía trục của bộ mã hóa góc) ứng với “+1”.

Nhiều bộ mã hóa ngày nay hoạt động bằng cách sử dụng nguyên tắc quét quang điện tử. Quét quang điện của một tiêu chuẩn đo là tiếp xúc tự do và do đó không bị mài mòn. Kỹ thuật quét quang điện này có thể phát hiện các đường rất nhỏ có chiều rộng không quá vài micromet, dẫn đến việc tạo ra tín hiệu đầu ra với chu kỳ tín hiệu rất nhỏ. Do đó, chu kỳ cách tử của tiêu chuẩn đo càng nhỏ thì ảnh hưởng của nhiễu xạ đối với quá trình quét quang điện càng lớn. Trong tài liệu về sản phẩm của công ty cụ thể này cho thiết bị đo được thể hiện trong Hình 1.43, hai nguyên tắc quét được sử dụng với bộ mã hóa góc, là một trong hai đối với:

1. Nguyên tắc quét hình ảnh – đối với chu kỳ cách tử từ 10 đến ≈70 µm;
2. Nguyên tắc quét giao thoa – được sử dụng cho các cấp độ rất tốt với chu kỳ cách tử 4 µm.

Đơn giản và chi tiết hơn đối với kỹ thuật trước đây của nguyên tắc quét hình ảnh, nó hoạt động bằng cách tạo ra tín hiệu ánh sáng chiếu; ở đây, hai vạch chia với chu kỳ cách tử bằng nhau được di chuyển tương đối với nhau – chúng là thang chia độ và ô quét. Vật liệu phần tử mang của ô quét là trong suốt, mặc dù vạch chia trên tiêu chuẩn đo có thể được áp dụng cho bề mặt trong suốt hoặc phản chiếu. Do đó, khi ánh sáng song song đi qua cách tử, các bề mặt sáng và tối được chiếu ở một khoảng cách cụ thể. Ở khoảng cách này, một cách tử chỉ số có cùng chu kỳ được đặt tại vị trí này. Vì vậy, khi hai cách tử chuyển động tương đối với nhau, thì ánh sáng tới bị biến điệu. Kết quả là, nếu các khe hở trong lưới được căn chỉnh, ánh sáng sẽ truyền qua chúng. Nếu các đường của một cách tử trùng với các khoảng trống của cách tử kia, thì trong trường hợp này, không có ánh sáng nào đi qua. Tế bào quang điện chuyển những biến đổi cường độ ánh sáng này thành tín hiệu điện. Cách tử có cấu trúc đặc biệt của ô quét, lọc dòng ánh sáng để tạo ra tín hiệu đầu ra gần như hình sin. Chu kỳ của cấu trúc cách tử càng nhỏ thì khoảng cách giữa ô quét và thang đo tròn phải gần và chặt chẽ hơn. Dung sai lắp thực tế cho các bộ mã hóa này với nguyên tắc quét hình ảnh đạt được với chu kỳ cách tử là 10 µm.