象光电扫描 ERA 180 编码器一样,磁阻扫描的编码器 ERM 180 所允许的扫描头与磁毂的轴
向偏置误差为 ± 1 mm 包括扫描头的安装误差和电机温度影响造成的轴承浮动误差。只要轴向窜动在此范围内就不会对位置偏差有影响。编码器输出高质量正弦信号，信号幅值为 1VPP。允许的最高温度为100 °C。最高轴速取决于编码器的外径。齿轮式编码器的齿形在高转速下会产生啸叫声。而ERM 180 却是平稳安静的。
ERM 180 非常容易安装:轮毂安装在与之相配的轴上，并用螺栓紧固。轮毂的内径与对中环对中。用安装片设定扫描头与轮毂外圈的间隙。将扫描头靠紧安装片固定后，再将安装片移出。
光电式准单一场扫描原理的角度编码器
直径大于500 毫米的旋转轴, 摇摆轴或旋转工作台需要用准确度为角秒级或准确度更高的角度编码器。对于1 米直径的转台，编码器位置偏差为 ± 2 角秒， 将会在其圆周上产生± 5 μm的位置偏差。
ERA 780 和 ERA 880 模块式角度编码器是为这种应用场合设计的。这种编码器是海德汉开发的采用准单一场扫描原理，刻度周期为40 微米，钢带标尺式的角度编码器。这种扫描方法的扫描掩模是由交错的相位光栅组成，利用准单一扫描场原理产生四个标准扫描掩模的影象，每个影象具有1/4 光栅周期的相位移(图 6)。（图片）
图 6a:钢带标尺和准单一场影像扫描原理 (反射光)
（图片）
图 6b:扫描掩模的电子放大图
因为只有一个扫描窗口产生四个影象， 光强的变化对四个影象的影响是等同的，既标尺的污染对四个影象的影响是对称的，对四个光电池信号的影响是均等的，见(图 7)。标尺的污染使输出信号对称和保持较高质量。这种扫描原理的抗污染特性高于其它的敞开式光电扫描原理的光栅尺。（图片）
图 7: 污染示意图
（图片）
图 8: 污染效应
(图中上半部分为普通的四场扫描原理, 下半部分为准单一场扫描原理, 右图为 Lissajous图)
ERA 780 模块式旋转编码器是由扫描头，标尺载体和标尺带组成。 如果将标尺带安装在测量轴内径的槽内，则安装较为简单。如(图 9)，标尺带放入槽内使两端能够接上。标尺带的长短应保证标尺带具有一定的张力使得标尺带贴紧在槽内。内槽设计在测量轴上，不需要额外的安装调整件。（图片）
图 9: ERA 780 的安装
与以前的系统不同，在接头处没有额外的位置偏差 (图 10)。因而可以确保一转内具有同样的精度。（图片）
图 10: 标尺带直径为一米的ERA 780 和ERA 880 模块式角度编码器的位置偏差与以前的方法的对比 (上图包括一个信号周期内的位置偏差)。
这种方案已在许多场合中得以应用，如日本的超大型望远镜 (图 11),在这个案例中，方位角和俯仰角轴准确度高于± 0.1 角秒。（图片）
图 11: 组装中的日本SUBARU 大型望远镜
钢带式 ERA 880 模块角度编码器是用于安装在测量轴圆周上的。由特殊的张力夹板紧固。
象ERA 780 一样, 该编码器在接头部分没有额外的位置偏差。这两种编码器的每转的信号周期与对应的直径相关。
这两种角度编码器所能达到的精度主要取决与测量轴的的轴承。一个信号周期内的位置误差小于± 1% ，直径为1 米的编码器每转的信号周期约为80 000 ，相应的一个信号周期的位置偏差小于 ± 0.2 角秒。例如经1024 份细分后，输出信号每转约为8 千万个测量步距。输出信号为1 VPP。
这两种角度编码器都有距离编码参考标记可选。距离编码的参考标记可以大大减少建立绝对基准所需移动的距离。（图片）
图 12a: ERA 780 增量模块式角度编码器
ERA 780 和 ERA 880 也可用于测量角度段。ERA 880 提供固定安装件将标尺带两端固定在测量轴上。其中一个固定头可以调节标尺带的张力。固定元件可以长期多次使用使钢带尺固定在测量轴上；同时可以保证轴自由移出测量范围和移过固定元件。
长期以来海德汉一直都生产ERO 725 这种用于空心轴的模块式角度编码器，其直径约为40mm 到 150 mm。它的特点是光栅在玻璃基体上，每转的信号周期最高到36 000。系统精度为 ± 1 角秒或更高。
该编码器主要用于高精度，带轴承的低转速轴和清洁的测量环境下，例如测量机上带气垫的转台上。（图片）
图 12b: ERA 880 增量模块式角度编码器
总结
新型的位置测量装置——不带内置轴承的模块式旋转和角度编码器，其准确度在± 20 角秒到± 0.1 角秒，内径为 50 毫米到10 米的。除此之外，还有空心直径小于50 毫米，带或不带内置轴承的编码器。带内置轴承的编码器达到IP66 防护等级。
HEIDENHAIN 提供的模块式空心轴旋转编码器具有广泛的位置测量应用范围。选用这种不带内置轴承的编码器，主要取决应用场合，最好在设备的设计阶段开始作出选择。
（图片）
关于作者
Ing. Rainer Hagl 先生为德国Stuttgart大学的博士毕业生生。
1992 加入德国海德汉公司，现任海德汉公司旋转和角度编码器研发部主管。
6/19/2005
