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线性编码器通过校正机械连接下游的错误来提高精度。
线性编码器在没有中间机械元件的情况下轨道位置。编码器甚至测量来自机械连接（例如旋转线性机械设备）的传输误差，这有助于控制源自机器的错误。因此，该反馈让控制账户在位置控制循环中的所有机制。
光电扫描在编码器中如何工作
许多精密线性编码器是通过光学或光电扫描工作的。简而言之，读头跟踪只有几微米宽的周期性刻度，输出信号周期小的信号。测量标准通常是玻璃或(对于较大的测量长度)钢，在载体基片上有周期性的刻度。这是一种无接触的位置跟踪模式。
PRC(绝对)码图像扫描线性编码器用于光栅周期在4 ~ 40 μm之间的增量光栅。两个光栅(在刻度和扫描标线上)彼此相对移动。扫描标线的材料是透明的，但刻度的材料可以是透明的或反射的。当两者相互经过时，入射光就会调制。如果光栅的缝隙对齐，光就可以通过。如果一个光栅的线条与另一个的缝隙重合，就会挡住光。光伏电池将光强的变化转换成正弦形式的电信号。
左：图像扫描线性编码器通过光信号生成工作。右：在很大程度上没有谐波的输出信号，并且可以高度内插的输出信号。这使得它们对需要高分辨率和准确性的应用程序有用。
具有8μm和更小的光栅周期的渐变选择是干扰扫描。该线性编码器的操作模式利用衍射和光干扰。阶梯式光栅用作测量标准，在反射表面上具有0.2μm的线。在前面的是扫描掩模版透明光栅，其周期与尺度相匹配。当光波穿过掩模版时，它将其衍射到具有大致相等强度的-1,0和1个偏振中的三个部分波。刻度衍射波形，使得在衍射令1和-1中的发光强度集中。这些波在掩模版的相位光栅再次相遇，在那里它们再次衍射并干扰。这使得三个波在不同的角度离开扫描掩模版。然后将光伏电池转换为电信号输出的交流光强度。
在干扰扫描中，掩模版和尺度之间的相对运动使衍射波前沿进行相移。当光栅移动一个时段时，第一阶的波前移动在正方向上的一个波长，并且衍射量级-1的波长在负极中移动一个波长。当退出光栅时，两个波相互干扰，因此通过两个波长相对于彼此移动（对于仅在一个光栅周期的移动的两个信号时段）。
用于位置反馈的线性编码器直接捕获进给轴的实际位置，然后将其输出发送到控制器的位置控制回路。机械部件对测量没有影响，消除了由于热行为造成的定位误差;由于驱动机构变形引起的反转误差;旋转对直线再循环滚珠丝杠的节距误差引起的运动学误差。
两个encoder-scanning变化
一些线性编码器使绝对测量值，因此当机器开启时，位置值始终可用，并且电子设备可以随时引用。没有必要将轴移动到参考。刻度刻度具有串行绝对代码结构，并且在同时生成可选的增量信号的同时为位置值内插单独的增量轨道。
相比之下，工作逐渐测量的线性编码器与周期光栅的使用渐变，并且编码器数单个增量（测量步骤）从某些原点获取位置。由于此设置使用绝对引用来确定位置，因此这些设置的刻度磁带具有带有参考标记的第二曲目。
由参考标记建立的绝对比例尺位置以一个信号周期进行门控。因此，读头必须定位和扫描一个参考标记，以建立绝对参考或找到最后选定的基准(这有时需要长笔画参考运行)。
这里的一个解决方案是用距离编码的参考标记——根据数学算法间隔的多个参考标记。然后，电子设备可以在连续穿过两个参考标记后计算出绝对位置——这通常只需要移动几毫米。带有距离编码参考标记的编码器通过计算两个参考标记之间的信号周期来计算绝对参考，并使用:
P1 =在信号周期中的第一个穿过的参考标记的位置
b = 2×mRR- N
米RR=遍历参考标记之间的信号周期数
d =横向运动方向，值为+1或-1;符号约定是D = +1当扫描单元向右（正确安装时）
n =在信号周期中的两个固定参考标记之间的标称递增（如下表所示）：
线性编码器迭代
线性编码器集成中的一个挑战是设备在运动轴上操作，因此暴露于机器环境。因此，密封一些线性编码器。铝制外壳保护尺度，扫描托架及其导轨从芯片，灰尘和流体以及向下取向的弹性嘴唇密封壳体。这里，扫描托架沿着低摩擦指南的刻度行进。联接器将扫描托架与安装块连接，并补偿秤和机器导轨之间的错位。在大多数情况下，允许尺度和安装块之间±0.2至±0.3mm的横向和轴向偏移。
这是线性编码器的侧视图。一些制造商使用光刻过程来获得胶带上的精密刻度 - 例如，镀金钢带上的磨砂线，具有40μm的渐变周期;玻璃上的铬线，周期为约20μm;玻璃上的三维铬结构，刻度为约8μm;和反射3D平面结构，用于2μm和更细的刻度。
典型的例子:机床应用
对于许多应用来说，生产率和准确性是至关重要的，但不断变化的操作条件往往使这些设计目标变得具有挑战性。考虑机床。零件的制造已经转向越来越小的批量尺寸，因此设置必须在各种负载和冲程下保持精度。也许要求最高的是航空航天零件的加工，它需要最大的切削能力来进行粗加工，然后需要最大的精度来进行后续的精加工。
更具体地说，铣削质量的模具需要快速的材料去除和加工后的高表面质量。同时，只有快速的轮廓进给速度才能让机器在可接受的加工时间内以最小的路径距离输出零件。但特别是在小批量生产时，几乎不可能保持热稳定的条件。这是因为钻孔、粗加工和精加工之间的变化会导致机床温度的波动。
更重要的是，工件准确性是制作生产订单盈利的关键。在粗加工操作期间，铣削率增加到80％或更高;低于10％的值对于整理是常见的。
这里显示的是驱动精度对小零件的系列生产的影响。
问题是，越来越高的加速度和进给速度会导致机器线性进给驱动的子部件发热，尤其是那些使用旋转电机驱动的滚珠丝杠的部件。因此，在这里，位置测量是至关重要的，以稳定机床热行为校正。
解决热稳定性问题的方法
主动冷却，对称的机器结构，温度测量和修正已经是解决热引起的精度变化的常见方法。另一种方法是纠正一种特别常见的热漂移模式，即旋转电机驱动的进给轴与循环滚珠丝杠结合。在这里，滚珠丝杠上的温度可以随着进给速率和移动力迅速变化。由此产生的长度变化(通常在20分钟内变化100 μm/m)会导致显著的工件缺陷。这里的两个选项是测量通过滚珠丝杠与旋转编码器或通过线性编码器的数控进给轴。
前一个设置使用旋转编码器来确定从馈送螺距的滑动位置。因此，驱动器必须传输大力并充当测量系统中的连杆 - 提供高精度的值并可可靠地再现螺距。但是位置控制循环仅考虑旋转编码器行为。因为它不能补偿由于磨损或温度导致的驱动力学的变化，这实际上是半闭环操作。驱动定位误差变得不可避免地和降低工件质量。
相反，线性编码器测量滑动位置，并包括位置控制回路中的完整进料力学（用于真正闭环操作）。在机器的转移元件中的戏剧和不准确性对位置测量精度没有影响。因此，几乎完全取决于线性编码器的精度和安装。这里有一边注意：直接编码器测量还可以改善旋转轴运动的测量值。传统的设置使用连接电机上旋转编码器的速度减速机制，但高精度角度编码器提供更好的准确性和再现性。
滚珠仪设计的方式解决了热量
其他三种处理滚珠丝杠加热的方法都有其自身的局限性。
1。一些滚珠丝杠防止内部加热（和围绕机器部件的加热），采用空心芯进行冷却剂循环。但即使这些表现出热膨胀，也只有1 k的温度增加导致定位误差为10μm/ m。这很重要，因为常见的冷却系统不能保持温度变化，小于1 k。
2.有时工程师在控制中模拟滚珠丝杠的热膨胀。但由于在运行过程中温度分布难以测量，且受循环滚珠螺母磨损、进给速度、切削力、使用的横向范围等因素的影响，该方法可能会造成相当大的残余误差(至50 μm/m)。
3.有些滚珠丝杠两端装有固定轴承，以提高传动机构的刚性。但是，即使是特别刚性的轴承也不能防止局部产生热量而膨胀。由此产生的力是相当大的，甚至使最刚性的轴承结构变形——有时甚至导致机器几何结构的变形。机械张力也改变了驱动器的摩擦行为，降低了机器的轮廓精度。而且，半闭环运行不能补偿由于磨损或弹性驱动机械变形引起的轴承预紧力变化的影响。
第一次运行问题
当生产运行很小时，即使是第一个工件的质量计数也是如此。但工件设置，钻孔，粗加工和整理变化温度的定期变化。用于粗加工工件的典型进料速率为3至4米/分钟，但精加工速率为0.5至1米/分钟是典型的。在钻井和铰孔期间的工具交换和中馈速率期间在快速横向运动中混合（在再循环滚珠丝中的发热可以忽略），并且存在宽的温度分布变化。
在点中的情况：来自一个空白的许多部分
考虑这样一种应用:一台机器钻一个500毫米长的铝坯料，然后将其铰孔。在这些操作过程中，介质进料速率很低，所以在循环滚珠丝杠中产生的热量最初是可以忽略不计的。但下一个生产步骤是铣削轮廓，因此进给率尖峰-引起相当大的热量在滚珠丝杠。
如果铣床在半闭环中运行，请重新滚动滚珠丝热膨胀会导致钻孔和铣削图案之间的偏差（在一个实际情况下，偏离滚珠丝杠的松动轴承附近的135μm）。闭环操作避免了这些错误。
请参阅加工应用的插图。注意孔位置和双分配工件线之间的功能尺寸是如何12毫米，并且必须满足公差等级IT8（这允许偏离±13μm）。半闭环模式发生高达135μm的偏差，这意味着工件仅符合公差等级IT13（而不是所需的公差等级IT8）。
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