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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，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,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，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、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控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統等來處理。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。讀數系統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，從而調節變頻器的輸出數據。故障現象：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量確定的，而型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數是的；　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，一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是“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和不透光區來表示代碼的狀態是“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脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。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，通過計數設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數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，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、數據的可靠性大大提高了。

　　由于編碼器在定位方面明顯地優于增量式編碼器，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，連接電纜芯數多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，編碼器在多位數輸出型，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。

　　如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。

　　A.B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯接，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。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模達到13億元，同比增長42.9%。

　　從行業來看，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，編碼器生產企業的競爭主要集中在給這些機械行業提供伺服電機的電機生產廠環節。起重機械目前*也較小，僅占4%-5%。在冶金和電子行業等項目型行業，編碼器目前應用比例較低，僅占14%的*。此外，編碼器在醫療機械、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勢；日韓主要占據中端市場，也占三分之一以上的*，產品價格定位中端，在電梯、機床、伺服電機等行業應用較為廣泛；而大陸企業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。

　　*較高的企業包括Heidenhain、Tamagawa、Nemicon、Yuheng、Baumer、Rep、P+F、Danaher、Koyo、Omron等。其中前三名企業*占市場總額的將近50%，市場集中度較高，各企業主要針對的應用行業集中性較高、行業競爭較少。主流廠商業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行業，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。在這些重工業行業應用中，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更豐富的接口方式，使更多的設備實現智能化。

　　目前整個工業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，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,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，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、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。

　　如單相聯接，用于單方向計數，單方向測速。

　　A.B兩相聯接，用于正反向計數、判斷正反向和測速。

　　A、B、Z三相聯接，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，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、數據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。