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發(fā)表于 2007-12-1 21:51:07
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編碼器: M( R2 m( V0 j4 x+ Z4 s+ |: M% b
編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)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(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＂．6 s6 Z- w* }2 c4 i2 F
6 z T6 f; ^9 _7 b按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類．增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小．絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)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(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)． ' S4 G8 h; w9 I/ _4 z7 }& B
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% i/ c8 @. ]5 N \從接近開關(guān)、光電開關(guān)到旋轉(zhuǎn)編碼器：
* Y% E; J ]% z$ o" S/ y- m& r! L 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)點就突出了：
, c( N' \4 y5 s4 N# U 信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置；
" A* r- l$ }# N1 ?" q" [3 X 柔性化：定位可以在控制室柔性調(diào)整；6 @' t* X3 g1 l
現(xiàn)場安裝的方便和安全、長壽：拳頭大小的一個旋轉(zhuǎn)編碼器，可以測量從幾個μ到幾十幾百米的距離，n個工位，只要解決一個旋轉(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。$ \! w8 i8 J* I$ B. U; |8 y9 n1 c6 o
多功能化：除了定位，還可以遠(yuǎn)傳當(dāng)前位置，換算運(yùn)動速度，對于變頻器，步進(jìn)電機(jī)等的應(yīng)用尤為重要。* Y# B+ }* }7 I6 h, P# x( h
經(jīng)濟(jì)化：對于多個控制工位，只需一個旋轉(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，其經(jīng)濟(jì)化逐漸突顯出來。
7 x6 g# S& t9 y4 ?' O, W1 k6 L/ B" ` 如上所述優(yōu)點，旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于各種工控場合。 }- `- t3 H# b8 x( y+ j z* s
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從增量式編碼器到絕對式編碼器：3 p& D0 L# b! a5 Y
旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(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，當(dāng)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(shè)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(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。
( M6 ]$ k; b# v7 U, \0 a 解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進(jìn)計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前，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，開機(jī)找零等方法。+ ]3 z* q7 I3 x0 u$ B
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，然后才工作。) B9 x( W, x" u. L7 L0 `) U
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。
" f# ?. x$ U, i/ ]0 n6 }9 U 絕對型旋轉(zhuǎn)光電編碼器，因其每一個位置絕對唯一、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、長度測量和定位控制。, W- _' w- f4 \& O/ r/ [
絕對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。
$ _" W% e4 S5 o8 [, K- Q 絕對編碼器由機(jī)械位置決定的每個位置的唯一性，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。
/ G/ [% S% g) n5 Z: q5 |# o 由于絕對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(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(chǎn)的絕對型編碼器串行輸出最常用的是SSI（同步串行輸出）。
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從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器：
7 ^& H3 g9 C! ?1 k& ^ 旋轉(zhuǎn)單圈絕對式編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對式編碼器。3 Q) y" d9 r3 |7 }+ j6 F; p
如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。
) C3 s: C, h, x# \ 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，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(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。
- \' p3 {6 E# k/ ^ 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(diào)試難度。
! ~: N q( l) [" x, W9 Y 多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。
$ I+ ~; U1 b/ v絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械安裝使用：
J6 ^% }. a& F- D5 E) t& ~$ D 絕對型旋轉(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。; v+ `" t8 x; Z" n
高速端安裝：安裝于動力馬達(dá)轉(zhuǎn)軸端（或齒輪連接），此方法優(yōu)點是分辨率高，由于多圈編碼器有４０９６圈，馬達(dá)轉(zhuǎn)動圈數(shù)在此量程范圍內(nèi)，可充分用足量程而提高分辨率，缺點是運(yùn)動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)抖動須較小，不然易損壞編碼器。6 g m9 s& K( n/ ^
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，測量較直接，精度較高，此方法一般測量長距離定位，例如各種提升設(shè)備，送料小車定位等。
- N# m9 @4 A8 E- ~/ W/ G) l: @8 ] 輔助機(jī)械安裝：
2 r* S! z8 \- J$ k, z# M 常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉(zhuǎn)輪、收繩機(jī)械等。 |
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