5 調試
5.1 訊號傳輸
為提高抗雜訊能力，建議使用符合 RS-422 標準的差分訊號。平衡訊號傳輸使用相反訊號相位，可以幾乎完全防止干擾。幾乎所有現代驅動控制器都支援此選項。
使用雙絞線傳輸訊號（A+、B+、R+）和對應的反相訊號（A-、B-、R-）。在接收端，透過取兩個訊號電平的差值來產生訊號。
對於單端訊號傳輸，訊號電平相對於參考電位變化。這種類型的訊號傳輸更容易受到干擾。在這種情況下，訊號振幅是差分傳輸訊號的一半。
介面模組的類比輸出訊號。可用作單端（參考接地）或差分訊號。
介面模組的數位輸出訊號。可用作單端（參考接地）或差分訊號。
RS 422 的匯流排終端電阻應為 120 歐姆。
5.2 腳位定義
5.2.1 類比與數位介面模組
公頭 9-pin D-Sub 連接器或焊接端子：
D-Sub 9 連接器腳位
焊接端子腳位
| Pin | 類比訊號 | 數位訊號 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 1 | Ua1- | A - | 正交訊號 |
| 2 | 0V | 0V | 接地 |
| 3 | Ua2- | B - | 正交訊號 |
| 4 | ERR NOT | ERR NOT | 錯誤訊號（Low = 錯誤） |
| 5 | Ua0 - | R - | 參考訊號 |
| 6 | Ua1 + | A + | 正交訊號 |
| 7 | + 5V DC | + 5V DC | 供電電壓 |
| 8 | Ua2 + | B + | 正交訊號 |
| 9 | Ua0 + | R + | 參考訊號 |
公頭 10-pin Micro Match 連接器：
Micro Match 10P 連接器腳位
| Pin | 類比訊號 | 數位訊號 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 1 | nc | nc | |
| 2 | Ua1 + | A + | 正交訊號 |
| 3 | + 5V DC | + 5V DC | 供電電壓 |
| 4 | Ua2 + | B + | 正交訊號 |
| 5 | Ua0 + | R + | 參考訊號 |
| 6 | Ua1 - | A - | 正交訊號 |
| 7 | 0V | 0V | 接地 |
| 8 | Ua2 - | B - | 正交訊號 |
| 9 | ERR NOT | ERR NOT | 錯誤訊號（Low = 錯誤） |
| 10 | Ua0 - | R - | 參考訊號 |
5.2.2 感測排線
注意：此資訊僅與直接處理原始訊號因此不使用現有介面模組的客戶相關。
柔性感測排線的腳位連接
| Pin | 訊號 | 說明 |
|---|---|---|
| 1 | PZ | 原始訊號參考 |
| 2 | GND | 接地 |
| 3 | NZ | 原始訊號參考 |
| 4 | +5V DC | 供電電壓 |
| 5 | Diode | 照明供電 |
| 6 | PSIN | 原始正弦訊號 |
| 7 | NSIN | 原始正弦訊號 |
| 8 | PCOS | 原始餘弦訊號 |
| 9 | NCOS | 原始餘弦訊號 |
5.3 控制器
MINISCALE PLUS 相容於所有具有增量編碼器埠的控制器，支援 1 Vpp 訊號（類比正弦/餘弦）或 RS-422 埠（數位 TTL）。MINISCALE PLUS 可連接至 RS-422 或 RS-485 編碼器輸入。
主要控制器製造商均提供合適的模組，包括 Siemens、Beckhoff、ACS 等。
對於簡單應用，可使用 USB 計數器（例如 Heilig & Schwab 產品；參見產品型錄第 5.2 節）直接將 MINISCALE PLUS 連接至電腦。
選擇控制器時必須考慮最大輸入頻率。根據行進速度和解析度，頻率可達 8 MHz。計算範例請見第 6.4 節。
具有 1 Vpp 訊號或正交訊號編碼器埠的控制器
5.3.1 設定
類比訊號
類比訊號必須在客戶提供的設備中進行內插，以獲得適當的解析度。訊號週期對應 100 μm 的距離。
範例：訊號週期 100 μm，內插倍率 250，四邊沿計數，可得 0.1 μm 解析度。
數位訊號
驅動控制器中的步進尺寸必須根據所選的解析度和邊沿計數類型進行配置。
MINISCALE PLUS 的標準解析度為 0.1 μm。可選配 1 μm 或 10 μm 解析度。
大多數控制器允許選擇邊沿計數類型：四邊沿、二邊沿和單邊沿計數（見第 6.3 節）。
5.4 功能檢查
如果 MINISCALE PLUS 供電正常，綠色 LED 將亮起。
未連接 MINISCALE PLUS 柔性感測排線的介面模組。綠色和紅色 LED 均亮起。
正確連接 MINISCALE PLUS 柔性感測排線的介面模組。綠色 LED 亮起。
如果滑塊在導軌上且柔性感測排線已插入但紅色 LED 亮起，應使用第 9.2 節「錯誤描述」中的表格查找錯誤。
| LED | 未供電 | 供電連接，正常運行 | 錯誤狀態 |
|---|---|---|---|
| 紅色 | 不亮 | 不亮 | 亮紅色 |
| 綠色 | 不亮 | 亮綠色 | 亮綠色 |
介面模組的狀態以電子方式透過輸出（「ERR NOT」）顯示。ERR NOT 是 5 伏特輸出（TTL 電平），其中「低電平訊號」= 「待處理錯誤」，「高電平訊號」= 「無錯誤」。
錯誤訊號應連接至高阻抗輸入。如果輸入阻抗過低，電流將流過紅色 LED 並導致其微亮。
6 技術原理
6.1 MINISCALE PLUS 性能參數
| 最大加速度 | 300 m/s² |
| 最大速度 | 5 m/s（類比），3.2 m/s（數位） |
| 預壓等級 | V1 預壓 0 至 0.03 C（C = 動態負載能力） |
| 精度等級 | G1 |
| 材料 | |
| - 導軌、滑塊、滾珠軸承 | 不鏽鋼，淬火硬化 |
| - 滾珠循環件 | POM |
| 應用領域 | |
| - 溫度範圍 (1) | -40 °C 至 +80 °C（-40 °F 至 +176 °F） |
| - 真空 | 依需求 |
| - 濕度 | 10 % 至 70 %（無冷凝） |
| - 無塵室 | 無塵室等級 ISO 7 或 ISO 6（依 ISO 14644-1） |
| 解析度 | TTL 輸出 0.1 μm (3)（選配：1 μm / 10 μm） |
| 精度 (2) | 1000 mm ± 5 μm (4) |
| 重複定位精度 (2) | 單向 ± 0.1 μm 雙向 ± 0.2 μm（解析度 0.1 μm 時） |
| 尺度刻度 | 節距 100 μm，最大長度 1000 mm 熱膨脹係數 11.7 × 10-6 K-1 |
| 供電電壓 | 5 V DC ± 5 % |
| 電流消耗（典型） | 60 mA（類比）/ 90 mA（數位） |
| 輸出訊號 | 類比：1 Vpp（於 120 Ω） 數位：TTL 符合 RS 422 標準 |
| 訊號格式 | 差分正弦/餘弦類比訊號帶參考脈衝，或 差分內插數位訊號（A、B、R） 參考訊號與增量訊號同步 |
(1) 標準潤滑涵蓋 -20 °C 至 +80 °C 的溫度範圍。其他溫度的潤滑劑可向 SCHNEEBERGER 索取。
(2) 數值適用於 20 °C（68 °F）的室溫。
(3) 高解析度和高速度時請注意高訊號頻率。
(4) 線性度證書可依需求提供。
6.2 系統精度
6.2.1 系統精度
系統精度由長波偏差（尺度刻度的線性度）和短波偏差（例如掃描系統（感測器和介面模組）的內插精度）組成。精度值以 20 °C（68 °F）室溫為參考。
長波偏差
尺度刻度的線性度以整個導軌長度為參考。在此長度內，尺度刻度在理想刻度下的偏差始終小於 ± 5 μm。
短波偏差
所有增量式距離量測系統都受到週期偏差效應的影響。這種週期偏差也稱為短波偏差，是由感測器系統或電子訊號處理中的微小偏差引起的。這意味著正弦和餘弦訊號偏離了數學精確形式。如果週期偏差僅在數位化和位置計算期間發生，則稱為內插誤差。
MINISCALE PLUS 的短波偏差始終在 ± 0.6 μm 範圍內。
每個系統的尺度刻度線性度都有記錄，可依需求提供給客戶。記錄始終對應特定的導軌（見導軌編號）。
系統精度由長波偏差和短波偏差決定。
紅色粗虛線：最大正/負長波偏差 [+/- 3 μm]
藍色實線：尺度刻度的絕對偏差
紅色細虛線：感測器系統的最大正/負短波偏差 [+/- 0.6 μm]
6.3 內插
在距離量測應用中，內插是指將類比輸入訊號轉換為具有較小訊號週期的數位輸出訊號的過程。這是必要的，因為計數讀數和/或位置讀數無法直接從類比訊號中產生。
內插倍率定義了類比輸入訊號與數位輸出訊號的訊號週期比。
內插過程的輸出是正交訊號，即兩個具有 90° 相位偏移的脈衝波形。解析度由正交訊號兩個邊沿之間的距離定義。
類比輸入訊號（sin、cos、REF）經內插（紅色箭頭）轉換為數位輸出訊號（+A、+B、+R）。反相訊號（-A、-B、-R）未顯示。
1. 類比輸入訊號：sin、cos、REF
2. 數位輸出訊號：+A、+B、+Z
3. 下游電子設備
4. 內插
5. 訊號傳輸
6. 類比輸入訊號（cos）
7. 類比輸入訊號（sin）
8. 類比輸入訊號（REF）
9. 數位輸出訊號（+A）
10. 數位輸出訊號（+B）
11. 數位輸出訊號（+Z）
12. 量測計數器、PC、機器控制器等
6.4 數位訊號的評估
數位訊號由兩個增量訊號 A 和 B 以及參考訊號 R 組成，傳輸至下游電子設備。這可以是簡單的顯示器、PC 或機器控制器。
下游電子設備透過計算訊號邊沿來確定位置值。計數方向由訊號 A 和 B 的相位關係決定。根據計數的邊沿數量，分為：
1. 單邊沿計數
每個通道僅計數一個邊沿。因此一個量測步驟對應一個數位訊號週期。
2. 二邊沿計數
一個通道的上升沿和下降沿都被計數。因此一個量測步驟對應數位訊號週期的一半。
3. 四邊沿計數
兩個通道的上升沿和下降沿都被計數。因此一個量測步驟對應數位訊號週期的四分之一。
1. 單邊沿計數 2. 二邊沿計數 3. 四邊沿計數
4. 每種情況下的一個量測步驟 5. 解析度 6. 數位訊號週期
6.4.1 解析度
解析度是量測系統可量測的最小位置變化。這對應正交訊號兩個邊沿之間的距離。解析度由類比訊號的週期、內插倍率和計數方法決定。
解析度計算範例 (A)
| I 內插倍率（預設） | 250 |
| P 輸入訊號週期 | 100 μm |
| E 計數方式（4 邊沿） | 倍率 = 4 |
A = PI × E = 100 μm250 × 4 = 0.1 μm
6.5 訊號頻率
介面模組輸出的訊號頻率取決於行進速度和解析度（數位模組）或尺度刻度的增量（類比模組）。為確保不丟失步數，控制器的最大輸入頻率必須大於介面模組計算出的最大輸出頻率。
f = vP
f = 頻率（Hz） v = 速度（m/s） P = 增量（m）
6.5.1 類比 MINISCALE PLUS 計算範例
| v 行進速度 | 2 m/s |
| P 訊號週期（對應尺度刻度增量） | 100 μm |
f = vP = 2 m/s100 × 10-6 m = 20,000 Hz = 20 kHz
6.5.2 數位 MINISCALE PLUS 計算範例
數位介面模組的最大輸出頻率為每通道 8 MHz。這意味著 A 訊號和 B 訊號各可有最高 8 MHz 的頻率。在四邊沿計數模式下，計數速率為 32 MHz，對應 0.1 μm 解析度時的最大速度為 3.2 m/s。
數位 MINISCALE PLUS 的最大性能
| v 最大速度 | 3.2 m/s |
| A 解析度 | 0.1 μm |
| P 數位訊號週期（4 × 解析度） | 0.4 μm |
介面模組最大輸出頻率的計算（即控制器所需的最低輸入頻率範圍）：
f = vP = 3.2 m/s0.4 × 10-6 m = 8,000,000 Hz = 8 MHz
最低控制器計數頻率的計算（四邊沿計數）：
fcount = vA = 3.2 m/s0.1 × 10-6 m = 32,000,000 Hz = 32 MHz
速度 v 計算範例
反向計算時，可以從給定頻率（例如受所選控制器限制）計算速度或解析度。
| f 控制器最大輸入頻率 | 1 MHz |
| A 解析度 | 0.1 μm |
| P 數位訊號週期（4 × 解析度） | 0.4 μm |
Vmax = f × P = 1 MHz × 0.4 μm = 0.4 m/s