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电机编码器的分类
来源:http://buys-online.net | 作者:504 | 发布时间: 2018-04-17 | 1140 次浏览 | 分享到:
商用级:比如打印机,磁卡机内部的编码器,构造简单,很多外壳都没有的,几乎不用谈温度、防尘防水和电磁兼容的,价格极其便宜。芯片级:价格很低,目前国外一些半导体芯片厂家提供,或下游厂家简单封装的,无外壳或简单外壳,电源和信号仅简单处理,适用于厂家二次电路开发,接收线路距离编码器不宜超过50cm,一些流量计、阀门电调厂家选用此等级,该类编码器的防护与电磁兼容抗干扰,应由二次开发的厂家去兼顾的,如不了解,较易造成损坏。


经济级与工业级
  经济级的已有简单封装与简单处理,适用于单机设备,例如绣花机类的,但经济级的特点就是与工业级比较的经济性,其设计与选材都定位在经济实惠上,并不适合大型设备、流水线和工程项目,而工业级的设计、选材与检测都是按标准工业要求做的,适合于各种工业设备、流水线和工程项目,两种级别的典型区别,可从外观和参数表上看到的差别如下:
轴承
  经济级的转轴轴承为单轴承,(芯片级的有些都不用滚珠轴承),有些经济级的轴承外部是由卡子固定,可以看到卡簧(如下图),有些较聪明,轴承前面加个零件遮住了卡簧,单轴承的在使用一段时间后,由于受力支撑的单一,精度自然就难以保证了,密封性也差些。而工业级的是双滚珠轴承结构,多平衡支撑点,轴的精密性、抗冲击性、密封性都要高。双轴承的结构,对于轴的加工精度和安装精度要求很高,因为如果精度不够,因两个轴承的相互作用,转起来就有“卡”的感觉,所以拿着轴转一下,也可以感觉到轴的精密性。奇怪的是,有些标称“高精度”的编码器,轴承也是单轴承方法,其“高精度”在长期使用下,我不知是如何保证的2
外壳封装
  经济级的外壳封装依赖于三个螺丝固定(在编码器的外壳外径上如有三个螺丝固定,由于螺丝的顶入,而造成外圆轻微变形而不圆,会影响密封性能),而工业级的外壳没有螺丝固定,密封是挤压式+O型密封圈一次密封的。有些用户以为工作环境没有尘、水汽的问题,怎么还会损坏呢?其实编码器在使用中,必然有开机与停机的变化中,由于热胀冷缩的温差而造成内外气压差,防护等级差的编码器,会产生“呼吸性”水汽,由于压差水汽吸入编码器,因时间的积累而损坏光学组件和电气线路,影响使用或损坏编码器,较典型的是用一段时间不准或信号不稳定。而有些编码器在较高温度下使用出现问题,以为是温度问题,实际却是密封性问题。
温度等级
  经济级的一般只有-10度~60度,一般不会超过70度,而工业级的工作温度一般为零下20度~70度,好的为零下25度~80度的。温度等级其实反映的是内部零件选用的等级,大家要知道,一般民用级电子零件的温度大部分是到55度或60度,而到70度以上的优级工业级零件价格常常就会贵一倍以上,不同的等级不仅仅是温度问题,而且是其在使用中反映的失效概率。而宽范围不仅仅是可适用于这些极限温度范围,而且抗温度冲击波动的能力好。有些用户以为使用的环境到不了这些温度极限范围,55度就够了,但他们忽视了开机关机等温度冲击波动可能对器件的损坏,以及内部芯片的失效概率。


输出信号与电源
  经济级的输出大部分是集电极开路的PNP或NPN,电源与信号没有极性保护和短路保护,集电极开路输出为单边非平衡形。抗干扰与信号远传要差,在有些工况下使用,尤其是工程型,其实是很不适用的。而工业级的输出是推挽式(兼顾PNP与NPN),或差分驱动的平衡输出,或其他标准工业信号。例如SSI信号,有些经济级的也标为SSI,但那个并非标准工业级RS422的SSI,买回来连起来才发现不对;工业级的电源为10-30Vdc,长距离压降衰减不影响,信号线往往带短路保护。很多工业现场电源会有短瞬间的不稳定,宽电源很重要,确保编码器工作不受影响,而极性短路保护可避免工程及检修中的接错线、偶发事故而损坏编码器。
电磁兼容性
  经济级电磁兼容等级不是很高,基本没有为此的特别设计,而工业级电磁兼容性EMC一般要达到二级以上,(必须有检测标准及提供检测证书),包括浪涌、快速脉冲群、静电等标准测试,这些指标,关系到编码器在复杂电气环境下的稳定工作。
编码器的线数就是分辨率,每转的脉冲数 从增量值编码器到绝对值编码器
旋转增量值编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来计算其位置,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,计数设备计算并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。


解决的方法是增加参考点,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),于是就有了绝对编码器的出现。


  绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线,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。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。 绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,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。


  从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器,旋转单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,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 只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。 如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(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多圈式绝对编码器,它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。一般多圈的绝对编码器应为数据量大使用通讯传输。


  最近还有好多朋友,让我介绍一下什么是编码器的高圈和单圈,我们之前对于伺服及编码器都有介绍,今天小编给大家在普及一下编码器的原理及分类等等一些你所不明白的知识,希望认真研读,消化吸收!


 所谓单圈和多圈编码器都是指绝对式编码器,绝对式编码器可以在任何时刻,尤其是在刚上电的时刻,就能感知当前的绝对角位置。单圈的只可以感知一圈之内的绝对角位置。多圈的不仅可以感知一圈之内的绝对角位置,而且可以感知编码器自使用之日起已经转过了多少圈。


 主流的伺服电机位置反馈元件包括增量值编码器,单圈绝对值编码器,多圈绝对值编码器,旋转变压器等。下面分别介绍:


增量值编码器
        增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。
        编码器是把角位移转换成电信号的一种装置。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。


特点
        增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其旋转方向的判别和脉冲数量的增减借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号,作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时,可利用 90 度相位差的 A、B两路信号对原脉冲数进行倍频,或者更换高分辨率编码器。
   (图片文字依次为:光源、码盘、光敏元件、放大整形、脉冲输出)
        在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙(分为透明和不透明部分),在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随工作轴一起转动时,每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗变化,再经整形放大,可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号,脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数,从测得的数码数就能知道码盘转过的角度。
为了判断旋转方向 ,可以采用两套光电转换装置。令它们在空间的相对位置有一定的关系,从而保证它们产生的信号在 相位上相差1/4周期。
增量值编码器的问题
停电移动问题:对于第一个问题,似乎大家都明白,单圈绝对值可以通过后续设备做加圈计数,那么停电后,在加圈计数部分不工作的情况下,最大可以顺时针或逆时针最多移动半圈。而多圈绝对值如果最大计数圈数是4096圈,那么停电可以顺时针或逆时针移动2048圈,可以满足绝大部分应用。


信号抗干扰问题,增量编码器因为脉冲的缘故,很容易被干扰掉。被抗干扰问题头痛的要命,也没有想到可以换绝对值编码器---其实换绝对值单圈就可以了,只要连续干扰的时间不超过转半圈的时间,绝对值信号还在。
后续设备的CPU资源问题,这个问题了解的人就不多了,用增量编码器,尤其是高分辨率编码器,后续设备要“眼睛一眨也不能眨”,如果是多轴的,那不累死啊,还能干啥别的活?实际的结果是出错几率大增。 而绝对值编码器,只要保证采样时间单圈的在转动半圈内,多圈的在转动2048圈内,想什么时间采数,就什么时间采数,节省了大量CPU 时间去干别的,这就是高端伺服用绝对值真正的优势了。


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