步進電機直線推桿（SMLA）將步進電機、精密梯形絲杠和螺母組合在一個緊湊的外殼中，為直線運動提供了一種高度可配置、可定制和穩(wěn)健的解決方案。在運動控制器和步進驅(qū)動器的幫助下，所有SMLA都可以通過編程將負載定位到精確位置。然而，標準配置并不提供反饋機制來告訴操作人員是否已完成運動。
盡管反饋對于許多應用來說并非必需，但反饋是一種可以在更復雜的直線運動系統(tǒng)中使用的強大工具。為此，鑒于對精確負載定位信息的需求不斷增長，為SMLA配備編碼器可能是獲取您應用實時運動反饋的一種有效且簡單的解決方案。
SMLA核心配置
圖1顯示了三種常見的SMLA結(jié)構(gòu)：電動梯形絲杠（MLS）、電動梯形螺母（MLN）和電動直線推桿（MLA）。這些結(jié)構(gòu)的核心都具有一個步進電機、梯形絲杠和螺母，但在獲得運動的方式上有所不同。
圖1.SMLA類型（從左到右：MLS、MLN和MLA）。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
對于MLS裝置，梯形絲杠直接連接到電機軸上，電機軸在旋轉(zhuǎn)時平移螺母。MLN裝置將螺母集成在電機軸內(nèi)，當旋轉(zhuǎn)時，會平移梯形絲杠而不是螺母。MLA配置本質(zhì)上是帶有附加組件的MLS單元，這些組件可容納梯形絲杠和螺母，同時還集成了支撐和導向功能。
開環(huán)直線推桿
圖2描述了適用于所有配置的開環(huán)SMLA架構(gòu)。用戶通過人機界面（HMI）與系統(tǒng)交互。他們將所需的運動序列編程到運動控制器中，運動控制器將其發(fā)送到步進電機驅(qū)動器進行轉(zhuǎn)換和放大，然后再將其傳輸?shù)絊MLA實現(xiàn)運動。通信途徑是單向的，運動控制器和HMI都不會收到任何表示預期的移動已成功完成的反饋通知。
圖2：用于驅(qū)動SMLA的基本開環(huán)系統(tǒng)設(shè)置架構(gòu)。圖片由Thomson Industries，Inc. 提供
準確了解負載的位置對醫(yī)療儀器、測量裝置和實驗室設(shè)備等眾多高精度應用而言至關(guān)重要。此外，某些應用可能會遇到意外關(guān)閉電源或負載被強制脫離位置的情況。在這種情況下，如果不使用反饋機制，就不可能知道負載的確切位置。
從編碼器功能中獲益的一個很好應用示例是自動移液機。（圖 3）這些設(shè)備利用水平軸上的編碼器來準確跟蹤分液移液器的位置，并確保液體轉(zhuǎn)移到正確的試管中。其他示例包括流體泵、3D打印機和XY載物臺。
圖3：自動移液機在其水平軸上使用編碼器。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
使用光學旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)閉環(huán)
許多SMLA可以通過添加旋轉(zhuǎn)編碼器來提供反饋。旋轉(zhuǎn)編碼器，也稱為軸編碼器，將軸的角度位置轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字輸出信號。光學旋轉(zhuǎn)編碼器是向SMLA組件添加反饋功能的常用選項。圖4說明了將編碼器添加到SMLA如何向控制器提供反饋并共享重要運動數(shù)據(jù)，例如位置、速度或方向。
圖4：用于驅(qū)動SMLA的基本閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置架構(gòu)。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
使用編碼器進行定位
旋轉(zhuǎn)編碼器有兩種主要類型：增量式或絕對式。（圖5）
增量式旋轉(zhuǎn)編碼器使用連接到軸并位于光源和光電傳感器之間的旋轉(zhuǎn)盤。圍繞圓盤周邊均勻布置有多個狹縫，光線可以通過其到達傳感器，其脈沖模式代表了運動特性。
對于需要更詳細的運動數(shù)據(jù)或斷電時額外保護級別的應用，可使用絕對編碼器。與增量編碼器一樣，絕對編碼器也采用中心安裝，與光源和光電傳感器之間的電機軸一起旋轉(zhuǎn)。絕對編碼器不像增量編碼器那樣使用均勻排列的狹縫，而是在圓盤的更大表面上使用獨特開口的復雜排列。這些會以特定模式遮擋光信號，即使沒有歸零裝置，檢測芯片也可以讀取行程每個角度位置的高保真表征。
圖5：增量編碼器（左）和絕對編碼器（右）的過程如上圖所示。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
實施旋轉(zhuǎn)編碼器
在許多情況下，編碼器可以集成到所有三種SMLA配置類型（MLS、MLN 和 MLA）中。只需要一個平面即可固定編碼器主體和一個軸來安裝光盤。軸必須是原始電機軸的延伸，以便光盤可以隨之旋轉(zhuǎn)以準確捕捉電機的運動，如圖6所示。
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圖6：將編碼器安裝到具有所需突出軸和安裝表面的電機上。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
帶有額外光學編碼器的SMLA（從左到右：MLS、MLN和MLA）。圖片由Thomson Industries，Inc.提供
增強配置
盡管開環(huán)SMLA系統(tǒng)適合許多應用，但希望實時反饋負載位置的步進電機用戶應考慮在其電機中添加編碼器。編碼器可以提供位置反饋、速度、方向和其他實時特性數(shù)據(jù)，同時改善對負載的控制和監(jiān)控。對于基本的定位反饋，用戶可使用增量編碼器，但如果需要高精度或在設(shè)備通電后保持位置的能力，則應考慮絕對編碼器。
使用光學旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)反饋回路的閉環(huán)不僅滿足當今精密應用的需求，而且使得SMLA成為不斷發(fā)展的工業(yè)4.0和數(shù)字互聯(lián)創(chuàng)新領(lǐng)域的寶貴組件，確保其在下一代工業(yè)自動化中的持續(xù)相關(guān)性和有效性。