【李家同】為台灣加油打氣專欄_(98)光編碼器

張貼者:2017年3月23日 下午8:28台灣精密工程學會   [ 已更新 2017年3月23日 下午8:29 ]

 我們知道很多控制系統都用馬達,在馬達旋轉的時候我們要知道它究竟轉了多少,請看圖一:

 

圖一


    因為馬達轉得非常之快,所以要很精確地知道轉了多少角度是不容易的事。所謂光編碼器,就是利用光學來精確地測量馬達轉的角度,請看圖二:

 

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圖二

 

    光編碼器會利用一個很窄的光束,射到兩個光感測器上,從圖二我們可以看出這兩個光感測器是相疊的,請看圖三:

 

圖三

 

    這個光是隨著馬達的旋轉而移動的,假設一開始這個光沒有碰到任何一個光感測器,我們就說這個光編碼的輸出是(00)

 

    然後因為馬達的旋轉光束移動了一點點,而且碰到了B光感測器,但沒有碰到A,如圖四,這時我們說光編碼的輸出是(01)

 

圖四

 

    再下去光會碰到AB,輸出是(1,1),如圖五:

 

圖五

 

    再下一次會只碰到A,不碰到B,所以輸出會是(10),如圖六:

 

圖六

 

    我們可以看出來輸出的序列是(00)(01)(11)(10),再下去仍然是這個序列,每一次輸出改變就表示馬達轉了一個小的角度,這個序列是一再重複的。

 

    請看圖七,光編碼器的示意圖是圖七:

 

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圖七

 

    光編碼器是圓的,半徑是15mm(1mm等於1000分之1),圖七的很多小的半圓形其實是凸透鏡,因為有了這種凸透鏡,光速就變得非常窄小,光速的直徑只有0.020.03mm。每一個凸透鏡的直徑是0.13mm,凸透鏡是透明塑膠的。

     這個圓周上有720個凸透鏡,所以我們的光編碼器的精密度是 度。圖八是在顯微鏡下看到的光編碼器的部分:

 

圖八

 

    要做出如此精密的設備,必須要有能力做出一個非常精密的模具,圖九是模具在顯微鏡下看到的。

 

圖九

 

    這個精密的模具要利用一種特別的工具機,而且要用一種特別的線,這一根線的直徑只有0.03mm。遺憾的是,這一個特別的工具機要從瑞士買來;這一條線也要從日本買來,日本有0.01mm的細線,可是這種線是日本政府禁止銷售到國外的。

 

    在過去,國外的光編碼器不用凸透鏡,所以要得到非常細的光束只好用雷射,當然價格也就非常之貴。我們國家所設計出來的光編碼器改用了凸透鏡,這是有專利權的,也使得這個光編碼器價格降了下來,而且我們的工程師正在製作一種光編碼器,圓周上有2500個凸透鏡,精密度當然又提升了。

 

    如果我們要有精密的工業,一定要有非常精密的量測能力,我們國家也在發展伺服馬達,而伺服馬達當然就要知道馬達旋轉的狀況,以便隨時採取行動。我們的工程師在這一個技術上所花的時間長達近30年才有今天的成就,我們應該感到很高興的是,我們有這麼多對工程技術有熱情的工程師,請大家對這些工程師給予掌聲。但是我們也應該知道我們的精密工業還是有進步的空間,希望有一天我們可以不要向瑞士去購買那一架精密的工具機,也能夠磨出0.03mm的細線。


李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長

 劃撥帳號:22482053

(300)新竹市光復路清華大學資訊工程系 

網站http://erdos.csie.ncnu.edu.tw/~rctlee/article/index.htm
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