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楓林殘陽
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樓主  發(fā)表于: 2009-04-18 01:47
編碼器介紹
編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。前者成為碼盤,后者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出,一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”;非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”。

按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào),再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖,用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼,因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān),而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。
從接近開關(guān)、光電開關(guān)到旋轉(zhuǎn)編碼器

工業(yè)控制中的定位,接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟了,而且很好用。可是,隨著工控的不斷發(fā)展,又有了新的要求,這樣,選用旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)就突出了:
  信息化:除了定位,控制室還可知道其具體位置;
  柔性化:定位可以在控制室柔性調(diào)整;
  現(xiàn)場(chǎng)安裝的方便和安全、長(zhǎng)壽:拳頭大小的一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器,可以測(cè)量從幾個(gè)μ到幾十幾百米的距離,n個(gè)工位,只要解決一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題,可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械安裝麻煩,容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤,無機(jī)械損耗,只要安裝位置準(zhǔn)確,其使用壽命往往很長(zhǎng)。
  多功能化:除了定位,還可以遠(yuǎn)傳當(dāng)前位置,換算運(yùn)動(dòng)速度,對(duì)于變頻器,步進(jìn)電機(jī)等的應(yīng)用尤為重要。
  經(jīng)濟(jì)化:對(duì)于多個(gè)控制工位,只需一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的成本,以及更主要的安裝、維護(hù)、損耗成本降低,使用壽命增長(zhǎng),其經(jīng)濟(jì)化逐漸突顯出來。
  如上所述優(yōu)點(diǎn),旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于各種工控場(chǎng)合。
從增量式編碼器到絕對(duì)式編碼器
  旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖,通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置,當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí),依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣,當(dāng)停電后,編碼器不能有任何的移動(dòng),當(dāng)來電工作時(shí),編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。
  解決的方法是增加參考點(diǎn),編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn),將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前,是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn),開機(jī)找零等方法。
  比如,打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,每次開機(jī),我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,它在找參考零點(diǎn),然后才工作。
  這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩,甚至不允許開機(jī)找零(開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置),于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn)。
絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)光電編碼器,因其每一個(gè)位置絕對(duì)唯一、抗干擾、無需掉電記憶,已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長(zhǎng)度測(cè)量和定位控制。
  絕對(duì)編碼器光碼盤上有許多道刻線,每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。。。。。。編排,這樣,在編碼器的每一個(gè)位置,通過讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。
  絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性,它無需記憶,無需找參考點(diǎn),而且不用一直計(jì)數(shù),什么時(shí)候需要知道位置,什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。
  由于絕對(duì)編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。絕對(duì)型編碼器因其高精度,輸出位數(shù)較多,如仍用并行輸出,其每一位輸出信號(hào)必須確保連接很好,對(duì)于較復(fù)雜工況還要隔離,連接電纜芯數(shù)多,由此帶來諸多不便和降低可靠性,因此,絕對(duì)編碼器在多位數(shù)輸出型,一般均選用串行輸出或總線型輸出,德國(guó)生產(chǎn)的絕對(duì)型編碼器串行輸出最常用的是SSI(同步串行輸出)。
從單圈絕對(duì)式編碼器到多圈絕對(duì)式編碼器  
旋轉(zhuǎn)單圈絕對(duì)式編碼器,以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí),編碼又回到原點(diǎn),這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量,稱為單圈絕對(duì)式編碼器。
  如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍,就要用到多圈絕對(duì)式編碼器。 
  編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理,當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí),通過齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍,這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器,它同樣是由機(jī)械位置確定編碼,每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù),而無需記憶。
  多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大,實(shí)際使用往往富裕較多,這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn),將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了,而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。
  多圈式絕對(duì)編碼器在長(zhǎng)度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。
絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械安裝使用:
  絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機(jī)械裝置安裝等多種形式。
  高速端安裝:安裝于動(dòng)力馬達(dá)轉(zhuǎn)軸端(或齒輪連接),此方法優(yōu)點(diǎn)是分辨率高,由于多圈編碼器有4096圈,馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)在此量程范圍內(nèi),可充分用足量程而提高分辨率,缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)物體通過減速齒輪后,來回程有齒輪間隙誤差,一般用于單向高精度控制定位,例如軋鋼的輥縫控制。另外編碼器直接安裝于高速端,馬達(dá)抖動(dòng)須較小,不然易損壞編碼器。
  低速端安裝:安裝于減速齒輪后,如卷揚(yáng)鋼絲繩卷筒的軸端或最后一節(jié)減速齒輪軸端,此方法已無齒輪來回程間隙,測(cè)量較直接,精度較高,此方法一般測(cè)量長(zhǎng)距離定位,例如各種提升設(shè)備,送料小車定位等。
  輔助機(jī)械安裝:
  常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉(zhuǎn)輪、收繩機(jī)械等。
作為位置檢測(cè)的傳感器,現(xiàn)在普遍采用了絕對(duì)位置測(cè)量,為保證高精度、高位數(shù)絕對(duì)型傳感器的數(shù)據(jù)傳輸可靠性,目前世界上通常采用先進(jìn)的SSI(synchronous-serial interface同步串行介面)輸出技術(shù),信號(hào)傳輸只需2根時(shí)鐘線,2根數(shù)據(jù)線,另外配以2根電源線,僅需6根線即可達(dá)到工作及傳輸?shù)哪康?
    通過SSI轉(zhuǎn)換模塊,傳感器輸出的信號(hào)就可進(jìn)行計(jì)算.
   現(xiàn)在用SSI信號(hào)的傳感器有絕對(duì)值編碼器、光柵尺、磁致伸縮直線位移傳感器等,盡管SSI已作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),但各個(gè)品牌產(chǎn)品間,其SSI的信號(hào)還是有屑微的差別,另外,讀取SSI信號(hào),還要做容錯(cuò)、抗干擾(EMC)等技術(shù)。

lyg1980
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1樓  發(fā)表于: 2009-04-19 15:23
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