编码器

机械电子学增量式光电编码器、绝对式光电编码器光电编码器光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。光电编码器应用实例光电编码器应用举例t为丝杠螺距θ为光电编码器测得角度编码器分类增量式绝对式信号性质辨别方向零位信号可辨向的增量式编码器不可辨向的增量式编码器有零位信号无零位信号光电式接触式增量式光电编码器输出信号为一串脉冲，每一个脉冲对应一个分辨角，对脉冲进行计数N，角位移＝N。如：＝0.352，脉冲N＝1000，则：＝0.352×1000＝352增量式光电编码器的结构码盘光栏板LED零位标志光敏元件＝360°／条纹数透光条纹增量式编码器原理动画演示增量式光电编码器辨向信号——三通道增量式编码器光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辨向。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。零位标志（一转脉冲）一转（360）CC在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。测量精度取决于它所能分辨的最小角度，这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，即最小能分辨的角度为：增量式光电编码器的分辨力分辨力为=n360如果电机装了一个2500线编码器，则在不倍频的情况下，电机每转一圈可输出2500个脉冲；如果经过4倍频电路处理，则可以得到一圈10000个脉冲的输出，电机一圈为360°，所以每个脉冲代表的位置为360°/10000，相比360°/2500,分辨率提高4倍。倍频：增量编码器的倍频物理分割的码盘因受到工艺及材质的限制，无法做到更细，更精。但是通过数字电路的转换可以实现更高的脉冲。二倍频信号通过A相和B相的“异或”转换获得增量编码器的倍频四备频信号计数器同样也在通道A和B的每个沿上发生增加或者减少。计数器的数目是增加还是减少，取决于哪个通道引导哪个通道。计数器的数目每个周期都会增加4个或减少4个。增量式编码器优点：增量式编码器的优点1.增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90度相位差的A、B两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。2.原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。增量式编码器缺点：增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正至计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。增量式编码器缺点绝对式编码器绝对式编码器按照角度直接进行编码，直接用数字代码表示。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等。绝对式编码器的编码盘由透明及不透明区组成，编码盘上码道的条数就是数码的位数。绝对式光电编码器绝对式光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。构成：由光学玻璃制成的圆形码盘，码盘上刻有同心码道，码道上有亮区和暗区；光源经光学系统形成一束平行光通过狭缝形成窄光束照射在光电元件上码盘（以6位二进制码盘为例）1.有多少条码道，就有多长的二进制数，工业上常用的是21码道。2.从里向外读数3.亮区：定义为高电平14.暗区：定义为低电平05.零位（全黑）：000000缺点：码道多，要求制造精度高，否则，会产生很大的误差。110001绝对式光电编码器大多数编码器都是单盘的，全部码道则在一个圆盘上。但如要求有很高的分辨率时，码盘制作困难，圆盘直径增大，而且精度也难以达到。如要达到1°左右的分辨率，至少采用20位的码盘。对于一个刻划直径为400mm的20位码盘，其外圈分划间隔不到1.2μm，可见码盘的制作不是一件易事，而且光线经过这么窄的狭缝会产生光的衍射。这时可采用双盘编码器，它的特点是由两个分辨率较低的码盘组合成为高分辨率的编码器。光电码盘的特点是除了转轴之外，不存在接触磨损，所以允许高速旋转。绝对式接触式编码器工作原理4个电刷4位二进制码盘导电为“1”，非导电为“0”涂黑处为导电区，电刷接触导电部分时，输出高电平（“1”），白处为绝缘区，电刷接触绝缘部分时，输出低电平（“0”）编码器精度00000000122.50010451111337.5输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。绝对式编码器测量精度取决于它所能分辨的最小角度，这与码盘上的码道数n有关，即最小能分辨的角度为：＝360°／2n当n＝4，＝360°／24＝22.5°编码器精度显然，编码器的分辨率与码道数n有关，位数n越大，分辨率越高，测量准确度就越高。若要提高分辨能力，就必须增加码道数。自然二进制码二进制代码，虽然简单，但有使用的问题，这是由于模式的点的位置不清楚造成的总误差。例如，在一个位置将被转换从7到8，光束将通过编码器盘0111和1000的交界处。由于编码盘和光电元件安装误差的制造过程，可使内读头位置上光电元件超前或滞后一点，这将导致可能的两个极端读数值1111和0000，造成严重的错误读数，这是不允许的。为了避免位置不分明而引起的粗大误差，可采用格雷码（Groycode）图案的编码盘。格雷码和自然二进制码的比较表D十进制B二进制R格雷码D十进制B二进制R格雷码012345670000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100891011121314151000100110101011110011011110111111001101111111101010101110011000格雷码从表看出，格雷码具有代码从任何值转换到相邻值时字节各位数中仅有一位发生状态变化的特点。而自然二进制则不同，代码经常有2-3位甚至4位数值同时变化的情况。例如3到4二进制码转格雷码二进制码转换成二进制格雷码，其法则是保留二进制码的最高位作为格雷码的最高位，而次高位格雷码为二进制码的高位与次高位相异或，而格雷码其余各位与次高位的求法相类似。异或运算相同为0相异为1工位定位示意图1－绝对式编码器2－电动机3－转轴4－转盘5－工件6－刀具4光电编码器的应用在数控加工中心的刀库选刀控制中的应用旋转刀库被加工工件刀具角编码器的输出为当前刀具号4光电编码器的应用在伺服电机中的应用应用方面：•转速测量•转子磁极位置测量•角位移测量4光电编码器的应用编码器的安装注意事项机械方面：安装时注意允许的轴负载应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度＜0.20mm，与轴线的偏角＜1.5°安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系和码盘长期使用时，定期检查固定编码器的螺钉是否松动（每季度一次）编码器的安装注意事项电气方面：接地线应尽量粗，一般应大于1.5平方编码器的输出线彼此不要搭接，以免损坏输出电路编码器的信号线不要接到直流电源上或交流电流上，以免损坏输出电路与编码器相连的电机等设备，应接地良好，不要有静电1增量型或绝对型（绝对型有断电记忆功能，开机不用找零点，增量型不行，所以绝对型编码器一般是增量型价格的好几倍）2分辨率的精确度的选择3外形尺寸（中空轴，杆轴）4轴允许负载5最大允许转速6最高响应频率（＝转速/60×分辨率）注意要留有余度7保护结构（防水，防油，灰尘等）8轴的旋转启动转矩9输出电路方式（长距离时，要选择线路激励器）编码器选型标准编码器品牌海德汉Heidenhain（德国）编码器第一品牌。库柏KUBLER（德国）品种齐全，应用广泛。施克STEGMANN（德国），主要用于机床、电机回馈系统等方面。霍勒Hohner(德国，西班牙)编码器第二大生产厂商。欧姆龙OMRON（日本）以小型编码器居多，价格低廉。光洋KOYO（日本），主要为TRD系列。国内品牌：倍信、安华、瑞普等谢谢!