編碼器類型
編碼器是工業自動化與精密運動控制系統的「眼睛」，可將機械運動精確轉換為電信號。根據不同應用需求與技術實現，可從輸出信號類型、測量形式與檢測原理三方面進行分類，以下為更專業、詳盡的解析。
一、按輸出信號類型分類
1. 增量編碼器（Incremental Encoder）
- 工作原理：透過光電或磁性感測生成 A/B 相正交脈衝，並以 Z 相輸出一次性歸零脈衝。
- 關鍵指標：
- 分辨率：典型 500–10 000 PPR；可透過插值（4×、16×）提升至數萬或百萬 PPR。
- 信號品質：相位誤差 < 5°，抖動 < ±1 LSB。
- 輸出標準：TTL (0–5 V)、HTL (10–30 V)、RS‑422 差分驅動。
- 優缺點：
- 優勢：成本低、回應速度快，適合閉迴路速度／位置控制。
- 限制：斷電失去位置資訊，需外部計數器與回零動作。
- 典型應用：伺服驅動器、電機轉速監測、往復機械行程控制。
2. 絕對編碼器（Absolute Encoder）
- 工作原理：每一位置對應唯一二進位或 Gray 碼值，無需歸零即可讀出絕對位置；多圈型透過齒輪組或電子計圈。
- 關鍵指標：
- 單圈分辨率：8–20 bit；多圈量測範圍：16–32 bit。
- 編碼格式：Gray、Binary、BCD、Excess‑3 等。
- 通訊介面：SSI、BiSS‑C、EnDat 2.2（同步）、CANopen、Profinet（網路化）。
- 優缺點：
- 優勢：斷電保留位置，適合高可靠度與多軸系統；支援線上參數化設定。
- 限制：成本較高；串列介面需搭配高頻寬控制器。
- 典型應用：機器人關節、多軸聯動加工中心、安全關鍵系統。
3. 混合編碼器（Hybrid Encoder）
- 定義：結合增量與絕對兩種訊號輸出，兼顧高速脈衝與斷點續測功能。
- 特點：同時提供高速脈衝反饋與絕對位置資訊，常用於安全等級冗餘系統。
- 典型應用：功能安全 (SIL) 級系統、航空航天伞繩監測、智慧物流 AGV。
二、按測量形式分類
1. 旋轉編碼器（Rotary Encoder）
- 結構：實心／空心／半空心軸，法蘭或面板安裝。
- 機械指標：軸徑 φ3–φ20 mm，徑向負載 10–50 N，軸向負載 5–20 N；L₁₀ 軸承壽命 ≥ 10⁷ h。
- 安裝要點：確保同心度 < 0.05 mm，避免懸臂負載及高頻振動。
- 應用示例：伺服馬達反饋、轉臺控制、閥門定位。
2. 線性編碼器（Linear Encoder）
- 類型：光學量尺、磁性尺、電容尺，測頭與尺之間需保持 0.1–1 mm 間隙。
- 精度：分辨率 0.01–1 µm，線性誤差 < ±1 µm/m。
- 環境適應：光學型需潔淨無塵；磁性型可在油霧及灰塵環境運行。
- 應用示例：CNC 機床滑臺、三坐標測量臂、半導體曝光機台。
3. 拉繩編碼器（Draw‑Wire Encoder）
- 結構：鋼絲繩捲盤配彈簧張力機構，行程可達數公尺。
- 精度：分辨率 0.1 mm；重複性 < ±0.5 mm。
- 適用場景：升降台高度量測、捲簾門位置偵測、隧道探測。
- 安裝建議：確保繩索垂直張直，避免側向拉扯與彎曲。
三、按檢測原理分類
1. 光學編碼器（Optical Encoder）
- 檢測方式：光源 → 光柵盤 → 光電探測器，依透光／反射變化產生脈衝。
- 分辨率優勢：可達百萬級 PPR；抖動 < ±0.1 arcsec。
- 缺點：對灰塵、油污及溫度變化敏感。
- 行業標準：符合 ISO 23125 光電編碼器規範。
2. 磁性編碼器（Magnetic Encoder）
- 檢測方式：透過霍爾元件或磁阻傳感器偵測磁場變化。
- 可靠性：抗污染、抗振動、溫漂小，典型精度 0.1–0.5°。
- 應用：電梯轎廂定位、重型機械角度監控。
- 標準：符合 DIN 32701 磁柵編碼器規範。
3. 電容式編碼器（Capacitive Encoder）
- 檢測方式：電容板間距隨位移變化而改變，利用 AC 激勵與測量。
- 特點：低功耗、結構緊湊、抗振動；精度可達 ±1 µm。
- 缺點：對金屬環境及靜電較為敏感。
- 應用：微型機器人、醫療機械手臂、微納製程平台。
4. 電感式編碼器（Inductive Encoder）
- 檢測方式：透過感應線圈與金屬目標間耦合變化量測距離。
- 優勢：耐高溫、高壓及強電磁干擾。
- 精度：常見 ±10 µm；適用於重工、軌道交通等惡劣環境。
- 標準：參照 IEC 62130 電感式位置傳感器指南。
四、選型綜合建議
- 明確需求：運動形式（旋轉／線性）、訊號類型（增量／絕對）。
- 精度與速度匹配：高分辨率需考量控制器帶寬與插值能力。
- 環境適應性：潔淨室選光學型，油霧或灰塵環境選磁性或電感型。
- 機械可靠度：關注軸承負載、使用壽命及安裝對中要求。
- 通訊相容性：確保所選介面／協議支援系統整合與診斷需求。
透過上述三大維度的專業分類與性能對比，您可以迅速鎖定最適用的編碼器類型，進而優化設備性能並降低研發及維護成本。