电磁线性编码器的救星
超越传统机器人应用的自动运动控制需要非传统的线性编码器。电磁编码器就是答案。控制工程专题文章;见图。
许多前沿线性运动控制应用的技术要求不是精度和稳定性，而是环境的坚固性，长距离和高速。以铝制飞机结构为例。虽然航空航天制造商在许多新设计中尝试使用复合材料，比如波音787梦想客机(787 Dreamliner)，但由钣金(尤其是铝)制成的旧设计仍是该行业的支柱。
传统的飞机制造方法仍然主要是手工操作，比如在机翼蒙皮上钻固定孔。人们会期望这是自动化的沃土，但这种操作涉及在几米到几十米宽的图案中放置微米级公差的孔。你怎么用自动化的机器来做呢?
答案是，你需要通过线性编码器进行反馈控制，该编码器的范围为几十米，精度不到一毫米。光学玻璃编码器做不到这一点。一些制造商已经转向电磁现象来提供线性定位反馈系统-线性编码器-具有与这些不同寻常的应用相匹配的特性。
类似于20世纪30年代和40年代开发的磁带录音机，磁带技术系统以一长而薄的可磁化材料带(磁带)开始，并将其与读出磁头相匹配，以检测磁带上的磁域。这种胶带可以是简单的不锈钢箔，也可以是复杂的复合材料。读出磁头不同于音频记录/回放磁头，因为它必须感知静态磁场。磁带磁头感知磁场强度的变化，而不是静电场本身，因此除非磁带和磁头相互相对移动，否则无法提供任何输出。
下面描述的设计使用霍尔效应半导体芯片来感知软铁“喇叭”之间的磁场，这些“喇叭”定义了皮卡的敏感区域。在两个角之间的磁带部分上的磁化作用驱动磁通通过霍尔传感器，从而产生与磁带磁化成正比的电压。由于霍尔传感器对静磁场作出反应，无论磁带是否移动，系统都能工作。
图尔克的产品专家Marty Cwach描述了该公司使用这种技术构建的增量线性编码器。胶带是10毫米宽，并有一个粘合剂的后盾，使其可以放在任何表面长达90米。读头为10mm宽× 40mm长× 25mm高，在磁带表面1mm(推荐为0.4 mm)范围内运行。通过在磁带上的两极之间插补，该系统可以在90米以上实现5微米的分辨率。
这种磁带预先录好了重复的磁模式，每卷90米。用户通过将胶带切割到适合应用的长度来确定编码器的范围。金属衬底机械地稳定氧化铁，压敏粘合剂层将其固定。覆盖层钝化氧化层防止环境退化。该系统已应用于电梯、测量台和自动切削工具。
直线电机的挑战
直线电机为编码器提供了一个特别具有挑战性的应用。直线电机的优点是不需要齿轮或丝杠将电机的旋转运动转换为直线运动，因此它的运动速度比基于伺服电机的直线运动系统快得多。为了获得准确的位置信息，线性编码器必须同样快速地感知和报告位置。
此外，直线电机缺乏紧凑的外部框架特征的伺服电机结构。他们的定子暴露在工厂环境中。缺乏装甲外壳的电机暴露线性编码器的环境损害以及。这就要求编码器的坚固性和环保性。
德国自动化设备制造商Sick的业务发展经理Mark Eustache指出，他们的TTK70线性编码器是专门为高速直线电机的位置反馈而设计的。他说:“这主要是为了提高编码器的读取速度。”
TTK70线性测量系统由绝对读数头和磁带组成，作为测量刻度，宽10毫米，长可达4,000毫米。传感器PCB与测量平面对齐，在两个平行轨道上安装霍尔传感器。
在运行中，读取头在直线电机启动时首先通过曼彻斯特编码检测到绝对启动位置，计算出绝对位置值。驱动器的所有进一步位置都是通过磁轨道上的增量位置确定的，即正弦/余弦信号。由此形成的数值通过该公司的Hiperface接口传输到线性驱动器的评估电子设备，允许在位移速度高达1.3 m/s时以小于10微米的分辨率内插位置读数。在精度降低的情况下，它有可能达到10米/秒的速度。
感应线性技术
在第二种技术中——电感式线性编码器——移动元件是一个发射线圈，在几百千赫兹的低无线电频率下工作。这个信号是由嵌入轨道的线圈接收的。该系统可以通过确定哪个感应回路接收到最强信号来确定运动元件相对于轨道的绝对位置。该系统可以通过比较相邻回路的信号强度在感应回路之间进行插值。
Cwach描述了图尔克感应线性位置传感器的物理外观，该传感器的跨度从100毫米到1米，是一个长铝挤压件，横截面为25毫米x 25毫米，顶部是聚碳酸酯嵌件。传感器元件设置了一个187khz的高频交流场。接收器线圈印刷在电路板上的轨道重复每10毫米。标准系统提供12位模拟输出，在单元测量范围内提供4,096个脉冲。增强版提供高达20位或1微米的分辨率。
Cwach表示，该设备的应用包括移动设备、机械加工、仓储、叉车、包装、辊磨机、印刷机械和卷筒纸加工。坚固的结构达到了IP64等级，用于焊接和涉及飞溅流体的应用，如食品和饮料行业。
这些磁驱动线性编码器的应用特点包括相对较大的测量跨度(从一米到几十米)，几十微米级或更好的精确测量，以及恶劣的环境。磁性系统能够以相对较低的成本满足这些需求，因为电磁相互作用可以在很长一段时间内发生，并且相对不受环境干扰。还有一些良好的非磁性结构材料，如铝和塑料，也可以用于装甲线性编码器以抵御环境危害。磁相互作用的长范围允许测量毫米大小的间隙而不损失精度。
- - - - - -C.G. Masi是《。》的特约编辑控制工程．联络他的地址是cgmasi@cgmasi.com．
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