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从增量式编码器到绝对式编码器

发布时间:2011-07-04 10:17   类型:原创文章   人浏览

从增量式编码器到绝对式编码器

  增量值旋转编码器,也叫圆光栅、脉冲码盘,从这些名称可以知道,它是圆形的光栅刻线码盘,旋转后通过光通量的明暗变化,产生脉冲,通过外部设备的计数脉冲,来增量地加(或减)脉冲数而测得旋转的角度。例如,圆光栅每周刻有360条刻线,每个刻线产生的一个脉冲就相当于1度,测得脉冲累计增加30个,就是正向旋转了30度。

  实际上读取这些刻线的光眼有两个(或有四个),两个光眼各自输出A相与B相,用以判断刻线是从哪个方向过来的,是A提前于B,还是B提前于A,就像人的左右眼,从而知道编码器的旋转方向,这样,判断脉冲的计数是增还是减,从而获得真实的旋转角度。

  在实际使用中,A相与B相的位置相差1/4个脉冲周期,这样,从正方向过来是1/4周期差,而从反方向过来就是3/4,可用于判断旋转方向。如果以一个脉冲周期为360度“相位”角,这样的1/4就是90度相位差,而3/4就是270度相位差。另外,旋转编码器每圈还有一个单独的刻线,相当于零位(Zero),也称为Z相,用于读取每周的起始点。

  这些圆光栅码盘,最早是由圆金属片刻蚀获得,而金属刻蚀精度有限,转而用玻璃镀膜刻蚀,玻璃码盘的精度是最高的,但易碎。对于一些经济型的编码器,也有用塑料菲林做的,近期有新技术用树脂材料,与玻璃码盘一样的加工工艺,可在较高精度与稳定性的情况下,而相比玻璃码盘不易损坏,这可能是大工业批量化生产的趋势。

  旋转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,只有错误的生产结果出现后才能知道。实际上,工业控制由于使用的设备越来越多,干扰信号越来越多而且越来越复杂,对于增量信号更多的是干扰信号对于脉冲的多计与漏计无从判断,造成累计误差。

  解决的方法是增加外部参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进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。

  这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),有些是连续工作而不允许经常去找零的,于是就有了绝对值编码器的出现。

  绝对编码器光码盘上有许多道由里至外的刻线码道,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过n个光眼读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方变化的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,每个位置的编码是唯一、绝对的,所以称为绝对值编码器。它不受停电、干扰的影响。

  绝对值编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就可以去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器

  旋转单圈绝对值编码器,以转动中测量光码盘各码道刻线,以获取唯一的一组编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对式编码器。

  如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对式编码器。

  早先的多圈计算,是每转超过360度,在计数器内增加一个圈数计数(计圈的方法类似于增量编码器),但这种方法在编码器如停在360度附近停电或受干扰就很危险,有可能漏过了计圈而编码相差一圈,也有用编码器内置电池来计圈的,但电池的寿命、振动接触、低温失效等问题,仍然是危险的。有些电池以间隙式工作来延长寿命,但间隙式工作对于编码器转动的速度就有限制。这些方法,对于多圈绝对的使用,是有很大风险的。

  真实多圈绝对值编码器:编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,增加了一组机械齿轮组码盘,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组齿轮码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为真实多圈绝对值编码器,对于多圈的数值,同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。

  多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多,这样在安装时不必要费劲找零点,将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。

  过去,绝对值齿轮组真多圈编码器主要有欧美编码器厂家生产,而现在,上海精浦机电有限公司也已经能够生产具有自主知识产权的绝对值齿轮组真多圈编码器了,实现了该产品的Made in China!

  真实多圈绝对值编码器在长度定位方面的优势明显,尤其是可靠性方面无可替代,已经越来越多地应用于工控定位中。

                                                                                       文章摘自:博客-精品编码器
                                                                         http://blog.gkong.com/more.asp?name=gemple&id=29582

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