5 调试
5.1 讯号传输
为提高抗杂讯能力，建议使用符合 RS-422 标准的差分讯号。平衡讯号传输使用相反讯号相位，可以几乎完全防止干扰。几乎所有现代驱动控制器都支持此选项。
使用双绞线传输讯号（A+、B+、R+）和对应的反相讯号（A-、B-、R-）。在接收端，透过取两个讯号电平的差值来产生讯号。
对於单端讯号传输，讯号电平相对于参考电位变化。这种类型的讯号传输更容易受到干扰。在这种情况下，讯号振幅是差分传输讯号的一半。
接口模组的模拟输出讯号。可用作单端（参考接地）或差分讯号。
接口模组的数字输出讯号。可用作单端（参考接地）或差分讯号。
RS 422 的汇流排终端电阻应为 120 欧姆。
5.2 脚位定义
5.2.1 模拟与数字接口模组
公头 9-pin D-Sub 连接器或焊接端子：
D-Sub 9 连接器脚位
焊接端子脚位
| Pin | 模拟讯号 | 数字讯号 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | Ua1- | A - | 正交信号 |
| 2 | 0V | 0V | 接地 |
| 3 | Ua2- | B - | 正交信号 |
| 4 | ERR NOT | ERR NOT | 错误讯号（Low = 错误） |
| 5 | Ua0 - | R - | 参考讯号 |
| 6 | Ua1 + | A + | 正交信号 |
| 7 | + 5V DC | + 5V DC | 供电电压 |
| 8 | Ua2 + | B + | 正交信号 |
| 9 | Ua0 + | R + | 参考讯号 |
公头 10-pin Micro Match 连接器：
Micro Match 10P 连接器脚位
| Pin | 模拟讯号 | 数字讯号 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | nc | nc | |
| 2 | Ua1 + | A + | 正交信号 |
| 3 | + 5V DC | + 5V DC | 供电电压 |
| 4 | Ua2 + | B + | 正交信号 |
| 5 | Ua0 + | R + | 参考讯号 |
| 6 | Ua1 - | A - | 正交信号 |
| 7 | 0V | 0V | 接地 |
| 8 | Ua2 - | B - | 正交信号 |
| 9 | ERR NOT | ERR NOT | 错误讯号（Low = 错误） |
| 10 | Ua0 - | R - | 参考讯号 |
5.2.2 感测排线
注意：此资讯仅与直接处理原始讯号因此不使用现有接口模组的客户相关。
柔性感测排线的脚位连接
| Pin | 讯号 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | PZ | 原始讯号参考 |
| 2 | GND | 接地 |
| 3 | NZ | 原始讯号参考 |
| 4 | +5V DC | 供电电压 |
| 5 | Diode | 照明供电 |
| 6 | PSIN | 原始正弦讯号 |
| 7 | NSIN | 原始正弦讯号 |
| 8 | PCOS | 原始余弦讯号 |
| 9 | NCOS | 原始余弦讯号 |
5.3 控制器
MINISCALE PLUS 相容于所有具有增量编码器埠的控制器，支持 1 Vpp 信号（模拟正弦/余弦）或 RS-422 埠（数字 TTL）。MINISCALE PLUS 可连接至 RS-422 或 RS-485 编码器输入。
主要控制器制造商均提供合适的模组，包括 Siemens、Beckhoff、ACS 等。
对于简单应用，可使用 USB 计数器（例如 Heilig & Schwab 产品；参见产品型录第 5.2 节）直接将 MINISCALE PLUS 连接至电脑。
选择控制器时必须考虑最大输入频率。根据行进速度和分辨率，频率可达 8 MHz。计算范例请见第 6.4 节。
具有 1 Vpp 信号或正交信号编码器埠的控制器
5.3.1 设定
模拟讯号
模拟讯号必须在客户提供的设备中进行内插，以获得适当的分辨率。信号周期对应 100 μm 的距离。
范例：信号周期 100 μm，内插倍率 250，四边沿计数，可得 0.1 μm 分辨率。
数字讯号
驱动控制器中的步进尺寸必须根据所选的分辨率和边沿计数类型进行配置。
MINISCALE PLUS 的标准分辨率为 0.1 μm。可选配 1 μm 或 10 μm 分辨率。
大多数控制器允许选择边沿计数类型：四边沿、二边沿和单边沿计数（见第 6.3 节）。
5.4 功能检查
如果 MINISCALE PLUS 供电正常，绿色 LED 将亮起。
未连接 MINISCALE PLUS 柔性感测排线的接口模组。绿色和红色 LED 均亮起。
正确连接 MINISCALE PLUS 柔性感测排线的接口模组。绿色 LED 亮起。
如果滑块在导轨上且柔性感测排线已插入但红色 LED 亮起，应使用第 9.2 节「错误描述」中的表格查找错误。
| LED | 未供电 | 供电连接，正常运行 | 错误状态 |
|---|---|---|---|
| 红色 | 不亮 | 不亮 | 亮红色 |
| 绿色 | 不亮 | 亮绿色 | 亮绿色 |
接口模组的状态以电子方式透过输出（「ERR NOT」）显示。ERR NOT 是 5 伏特输出（TTL 电平），其中「低电平讯号」= 「待处理错误」，「高电平讯号」= 「无错误」。
错误讯号应连接至高阻抗输入。如果输入阻抗过低，电流将流过红色 LED 并导致其微亮。
6 技术原理
6.1 MINISCALE PLUS 性能参数
| 最大加速度 | 300 m/s² |
| 最大速度 | 5 m/s（模拟），3.2 m/s（数字） |
| 预紧等级 | V1 预紧 0 至 0.03 C（C = 额定动载荷） |
| 精度等级 | G1 |
| 材料 | |
| - 导轨、滑块、球轴承 | 不锈钢，淬火硬化 |
| - 钢球循环件 | POM |
| 应用领域 | |
| - 温度范围 (1) | -40 °C 至 +80 °C（-40 °F 至 +176 °F） |
| - 真空 | 依需求 |
| - 湿度 | 10 % 至 70 %（无冷凝） |
| - 洁净室 | 洁净室等级 ISO 7 或 ISO 6（依 ISO 14644-1） |
| 分辨率 | TTL 输出 0.1 μm (3)（选配：1 μm / 10 μm） |
| 精度 (2) | 1000 mm ± 5 μm (4) |
| 重复定位精度 (2) | 单向 ± 0.1 μm 双向 ± 0.2 μm（分辨率 0.1 μm 时） |
| 尺度刻度 | 节距 100 μm，最大长度 1000 mm 热膨胀系数 11.7 × 10-6 K-1 |
| 供电电压 | 5 V DC ± 5 % |
| 电流消耗（典型） | 60 mA（模拟）/ 90 mA（数字） |
| 输出讯号 | 模拟：1 Vpp（于 120 Ω） 数字：TTL 符合 RS 422 标准 |
| 讯号格式 | 差分正弦/余弦模拟讯号带参考脉冲，或 差分内插数字讯号（A、B、R） 参考讯号与增量讯号同步 |
(1) 标准润滑涵盖 -20 °C 至 +80 °C 的温度范围。其他温度的润滑剂可向 SCHNEEBERGER 索取。
(2) 数值适用于 20 °C（68 °F）的室温。
(3) 高分辨率和高速度时请注意高讯号频率。
(4) 线性度证书可依需求提供。
6.2 系统精度
6.2.1 系统精度
系统精度由长波偏差（尺度刻度的线性度）和短波偏差（例如扫描系统（传感器和接口模组）的内插精度）组成。精度值以 20 °C（68 °F）室温为参考。
长波偏差
尺度刻度的线性度以整个导轨长度为参考。在此长度内，尺度刻度在理想刻度下的偏差始终小于 ± 5 μm。
短波偏差
所有增量式距离测量系统都受到周期偏差效应的影响。这种周期偏差也称为短波偏差，是由传感器系统或电子讯号处理中的微小偏差引起的。这意味著正弦和余弦讯号偏离了数学精确形式。如果周期偏差仅在数字化和位置计算期间发生，则称为内插误差。
MINISCALE PLUS 的短波偏差始终在 ± 0.6 μm 范围内。
每个系统的尺度刻度线性度都有记录，可依需求提供给客户。记录始终对应特定的导轨（见导轨编号）。
系统精度由长波偏差和短波偏差决定。
红色粗虚线：最大正/负长波偏差 [+/- 3 μm]
蓝色实线：尺度刻度的绝对偏差
红色细虚线：传感器系统的最大正/负短波偏差 [+/- 0.6 μm]
6.3 内插
在距离量测应用中，内插是指将模拟输入讯号转换为具有较小信号周期的数字输出讯号的过程。这是必要的，因为计数读数和/或位置读数无法直接从模拟讯号中产生。
内插倍率定义了模拟输入讯号与数字输出讯号的信号周期比。
内插过程的输出是正交信号，即两个具有 90° 相位偏移的脉冲波形。分辨率由正交信号两个边沿之间的距离定义。
模拟输入讯号（sin、cos、REF）经内插（红色箭头）转换为数字输出讯号（+A、+B、+R）。反相讯号（-A、-B、-R）未显示。
1. 模拟输入讯号：sin、cos、REF
2. 数字输出讯号：+A、+B、+Z
3. 下游电子设备
4. 内插
5. 讯号传输
6. 模拟输入讯号（cos）
7. 模拟输入讯号（sin）
8. 模拟输入讯号（REF）
9. 数字输出讯号（+A）
10. 数字输出讯号（+B）
11. 数字输出讯号（+Z）
12. 量测计数器、PC、机器控制器等
6.4 数字讯号的评估
数字讯号由两个增量讯号 A 和 B 以及参考讯号 R 组成，传输至下游电子设备。这可以是简单的显示器、PC 或机器控制器。
下游电子设备透过计算讯号边沿来确定位置值。计数方向由讯号 A 和 B 的相位关系决定。根据计数的边沿数量，分为：
1. 单边沿计数
每个通道仅计数一个边沿。因此一个量测步骤对应一个数字信号周期。
2. 二边沿计数
一个通道的上升沿和下降沿都被计数。因此一个量测步骤对应数字信号周期的一半。
3. 四边沿计数
两个通道的上升沿和下降沿都被计数。因此一个量测步骤对应数字信号周期的四分之一。
1. 单边沿计数 2. 二边沿计数 3. 四边沿计数
4. 每种情况下的一个量测步骤 5. 分辨率 6. 数字信号周期
6.4.1 分辨率
分辨率是量测系统可量测的最小位置变化。这对应正交信号两个边沿之间的距离。分辨率由模拟讯号的周期、内插倍率和计数方法决定。
分辨率计算范例 (A)
| I 内插倍率（默认） | 250 |
| P 输入信号周期 | 100 μm |
| E 计数方式（4 边沿） | 倍率 = 4 |
A = PI × E = 100 μm250 × 4 = 0.1 μm
6.5 讯号频率
接口模组输出的讯号频率取决于行进速度和分辨率（数字模组）或尺度刻度的增量（模拟模组）。为确保不丢失步数，控制器的最大输入频率必须大于接口模组计算出的最大输出频率。
f = vP
f = 频率（Hz） v = 速度（m/s） P = 增量（m）
6.5.1 模拟 MINISCALE PLUS 计算范例
| v 行进速度 | 2 m/s |
| P 信号周期（对应尺度刻度增量） | 100 μm |
f = vP = 2 m/s100 × 10-6 m = 20,000 Hz = 20 kHz
6.5.2 数字 MINISCALE PLUS 计算范例
数字接口模组的最大输出频率为每通道 8 MHz。这意味著 A 讯号和 B 讯号各可有最高 8 MHz 的频率。在四边沿计数模式下，计数速率为 32 MHz，对应 0.1 μm 分辨率时的最大速度为 3.2 m/s。
数字 MINISCALE PLUS 的最大性能
| v 最大速度 | 3.2 m/s |
| A 分辨率 | 0.1 μm |
| P 数字信号周期（4 × 分辨率） | 0.4 μm |
接口模组最大输出频率的计算（即控制器所需的最低输入频率范围）：
f = vP = 3.2 m/s0.4 × 10-6 m = 8,000,000 Hz = 8 MHz
最低控制器计数频率的计算（四边沿计数）：
fcount = vA = 3.2 m/s0.1 × 10-6 m = 32,000,000 Hz = 32 MHz
速度 v 计算范例
反向计算时，可以从给定频率（例如受所选控制器限制）计算速度或分辨率。
| f 控制器最大输入频率 | 1 MHz |
| A 分辨率 | 0.1 μm |
| P 数字信号周期（4 × 分辨率） | 0.4 μm |
Vmax = f × P = 1 MHz × 0.4 μm = 0.4 m/s