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Order-no:00130547-03編碼器

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KUKA Roboter編碼器

碼器工作原理及作用

工作原理

德國siko編碼器

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

　　分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

作用

　　它是一種將旋轉位移轉換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結合在一起，也可用于測量直線位移。

　　編碼器產生電信號后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來處理。這些傳感器主要應用在下列方面：機床、材料加工、電動機反饋系統(tǒng)以及測量和控制設備。在ELTRA編碼器中角位移的轉換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。此系統(tǒng)全部用一個紅外光源垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準直儀，它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的光變化，然后將光變化轉換成相應的電變化。一般地，旋轉編碼器也能得到一個速度信號，這個信號要反饋給變頻器，從而調節(jié)變頻器的輸出數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：1、 旋轉編碼器壞（無輸出）時，變頻器不能正常工作，變得運行速度很慢，而且一會兒變頻器保護，顯示“PG斷開"。..聯(lián)合動作才能起作用。要使電信號上升到較高電平，并產生沒有任何干擾的方波脈沖，這就必須用電子電路來處理。編碼器pg接線與參數(shù)矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號相對應。一般而言,編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口,因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理.

　　編碼器一般分為增量型與型，它們存著大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是的；　因此，當電源斷開時，型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當前的，有效的；　不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。

　　現(xiàn)在編碼器的廠家生產的系列都很全，一般都是的，如電梯型編碼器、機床編碼器、伺服電機型編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設備通訊。

　　編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。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式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。

　　旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

　　編碼器由機械位置決定的每個位置的性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時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。

　　由于編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經越來越多地應用于工控定位中。型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于較復雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，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，德國生產的型編碼器串行輸出常用的是SSI（同步串行輸出）。

　　多圈式編碼器。編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼不重復，而無需記憶。多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。多圈式編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經越來越多地應用于工控定位中。

編輯本段信號輸出

　　信號輸出有正弦波（電流或電壓），方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN），推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-），HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

　　如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減小，抗干擾，可傳輸較遠的距離。

　　對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150。

　　對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300。

編輯本段編碼器市場

　　編碼器在OEM市場的應用比例較高，主要應用于機床、電梯、伺服電機配套、紡織機械、包裝機械、印刷機械、起重機械等行業(yè)。2010年，中國OEM市場的高速增長拉動了編碼器市場的迅猛增長，2010年中國編碼器市場的市場規(guī)模達到13億元，同比增長42.9%。

　　從行業(yè)來看，電梯、機床和伺服電機配套是編碼器的重點應用領域，占整體應用市場53%的*。紡織機械、包裝機械和印刷機械等領域目前*較小，編碼器一般不直接進入這三個行業(yè)，編碼器生產企業(yè)的競爭主要集中在給這些機械行業(yè)提供伺服電機的電機生產廠環(huán)節(jié)。起重機械目前*也較小，僅占4%-5%。在冶金和電子行業(yè)等項目型行業(yè)，編碼器目前應用比例較低，僅占14%的*。此外，編碼器在醫(yī)療機械、風電、汽車生產線、混合動力汽車、水利、軌道交通等領域也有一定應用，但應用比例較低。

　　2010年風電行業(yè)自動化產品需求增長達到了50%以上，而電梯、伺服電機、紡織機械以及機床等編碼器的主要應用領域增長也比較明顯，是拉動增長的主要來源。

　　從廠商來看，目前歐美*，占三分之一以上的*，產品價格定位，在重工和風電等新能源領域具有優(yōu)勢；日韓主要占據(jù)中端市場，也占三分之一以上的*，產品價格定位中端，在電梯、機床、伺服電機等行業(yè)應用較為廣泛；而大陸企業(yè)主要參與中低端市場的競爭，產品價格較低，以占市場近半銷售量僅獲得25%的大陸市場銷售份額。

　　*較高的企業(yè)包括Heidenhain、Tamagawa、Nemicon、Yuheng、Baumer、Rep、P+F、Danaher、Koyo、Omron等。其中前三名企業(yè)*占市場總額的將近50%，市場集中度較高，各企業(yè)主要針對的應用行業(yè)集中性較高、行業(yè)競爭較少。主流廠商業(yè)績增長幅度也有明顯差距，增長幅度大的為60%，增長幅度小的低于10%。

　　編碼器分為值型和增量型。目前值編碼器的價格大約是增量型編碼器的4倍以上，國內市場上70%的應用是價格相對經濟的增量型編碼器，主要應用在如包裝、紡織、電梯等行業(yè)中僅要求測量轉速及對位置測量要求不高的機器設備上。而在高精度機械設備或鋼鐵、港口及起重等重工業(yè)行業(yè)，由于對測量的精度要求相對較高，更多情況會使用值編碼器。在這些重工業(yè)行業(yè)應用中，由于工況比較惡劣，所以對編碼器的抗沖擊和振動等指標要求較高。

　　隨著機械設備自動化程度的提高，編碼器產品的應用領域也越來越廣泛，客戶已不再滿足于編碼器僅能將物理的旋轉信號轉換為電信號，還要求編碼器集成度更高，產品更加耐用，并且希望能在值編碼器中出現(xiàn)更豐富的接口方式，使更多的設備實現(xiàn)智能化。

　　目前整個工業(yè)市場中生產安全及通信安全越來越被重視，國家層面也開始對產品的安全性能提出要求，編碼器在安全標準方面也有相應規(guī)范，但由于國內編碼器市場對產品技術要求相對較低，客戶對中低端產品更為青睞。

編輯本段增量型編碼器與型編碼器的區(qū)別

　　編碼器如以信號原理來分，有增量型編碼器,型編碼器。

　　增 量 型 編 碼 器 （旋轉型）

　　工作原理:

　　由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號;另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。

　　編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

　　分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

　　信號輸出:

　　信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

　　如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。

　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。

　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減小，抗干擾，可傳輸較遠的距離。

　　對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達150。

　　對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達300。

　　增量式編碼器的問題：

　　增量型編碼器存在零點累計誤差，抗干擾較差，接收設備的停機需斷電記憶，開機應找零或參考位等問題，這些問題如選用型編碼器可以解決。

　　增量型編碼器的一般應用:

　　測速，測轉動方向，測移動角度、距離（相對）。

　　型編碼器（旋轉型）

　　編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，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2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

　　編碼器由機械位置決定的每個位置是的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時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。

　　從單圈值編碼器到多圈值編碼器

　　旋轉單圈值編碼器，以轉動中測量光電碼盤各道刻線，以獲的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合編碼的原則，這樣的編碼只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈值編碼器。

　　如果要測量旋轉超過360度范圍，就要用到多圈值編碼器。

　　編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼不重復，而無需記憶。

　　多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。