空心轴不带内置轴承的角度编码器
空心轴编码器安全操作及保养规程
空心轴编码器安全操作及保养规程空心轴编码器是一种常用的位置传感器，主要用于测量转动物体的角度、速度和方向等信息。
由于空心轴编码器具有精度高、响应迅速等优点，因此在各种机械设备和自动化系统中得到广泛应用。
然而，在使用空心轴编码器时，为了保证其性能和安全，需要注意一些操作和保养规程。
一、安全操作规程1. 编码器的安装在安装空心轴编码器时，需要注意以下几点：•现场环境应保持清洁、干燥、通风。
•安装位置需要注意与机械相对位置的匹配，并保证紧固螺栓牢固可靠。
•必须选择合适的连接电缆类型和规格，以确保安装和使用的可靠性和适应性。
•上电前，应检查接线是否正确且安全可靠。
2. 编码器的使用在使用空心轴编码器时，需要注意以下几点：•接通电源前，必须确认电源电压与编码器标识的电源要求相匹配。
•确保编码器的稳定性、准确性，及时对编码器进行校正和调整。
•当编码器受到较大冲击、震动或其他外力时，应及时停止使用，并检查和维修后再重新使用。
•编码器的使用温度范围为-40℃ ~ +85℃，不得超出此范围。
3. 编码器的维护在使用过程中，需要进行周期性的保养和维护，以保证其性能和寿命：•定期清洁编码器表面和光电器组件，以保证传感器指示灯可以正常发光。
•定期检查机械部件是否有松动和磨损现象，及时更换或修理。
•定期检查编码器的连接和电缆是否正常，维护电气连接的可靠性和耐久性。
二、保养规程1. 清洁编码器空心轴编码器在工作期间，表面容易被积聚灰尘和其它杂物，这些杂物会影响其工作效果和寿命。
因此需要定期清洁编码器表面。
具体步骤如下：1.先用软刷子或垃圾袋清除表面灰尘和细小杂物。
2.用棉纱蘸无水酒精，轻轻擦拭编码器表面，注意使用力度不能太大，否则会损坏灵敏的光电器组件。
3.最后用干净的棉纱擦拭干净。
2. 检查机械部件空心轴编码器是直接安装在轴上的，随着轴的转动，机械部件也会受到冲击和震动。
因此，需要检查机械部件是否松动或磨损，及时进行更换或者维修。
海德汉角度编码器
2013年9月内置轴承角度编码器以下产品信息•无内置轴承角度编码器•模块式磁栅编码器•旋转编码器•伺服驱动编码器•敞开式直线光栅尺•NC数控机床用直线光栅尺•接口电子电路•海德汉数控系统欢迎索取，或访问本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。
订购海德汉公司的产品仅以订购时有效的样本为准。
产品遵循的标准（ISO，EN等），请见样本中的标注。
内置轴承和定子联轴器的角度编码器分离式联轴器内置轴承的角度编码器有关所有可用接口和一般电气信息，参见海德汉编码器接口样本。
2目录4海德汉角度编码器角度编码器通常是指精度高于±5"和线数高于10 000的编码器。
角度编码器用于精度要求在数角秒以内的高精度角度测量。
举例：•机床回转工作台 •机床摆动铣头 •车床C轴 •齿轮测量机•印刷机的印刷装置 •光谱仪 •望远镜等等与之对应的旋转编码器用于精度要求略低的应用，例如自动化系统，电气驱动等其它许多应用。
安装在机床内回转工作台中RCN 8000角度编码器RCN 8580型绝对式角度编码器角度编码器的机械机构有：内置轴承、空心轴和定子联轴器的角度 编码器由于定子联轴器的结构和安装特点，轴进行角加速时，定子联轴器必须只吸收轴承摩擦所导致的扭矩。
因此，这些角度编码器具有出色的动态性能。
对于定子联轴器的角度编码器，技术参数中的系统精度已包括联轴器的偏差。
RCN、RON 和RPN 角度编码器带定子联轴器，ECN 的定子联轴器安装在编码器外。
其它优点还有：•尺寸小，适用于安装空间有限地方 •空心轴直径最大达100 mm，为电源线 穿线等要求提供等所需空间。
•安装简单选型指南绝对式角度编码器参见第6/7页增量式角度编码器参见第8/9页5分离式联轴器内置轴承角度编码器实心轴的ROD 系列角度编码器特别适用于轴速高及/或需较大安装公差的应用。
联轴器允许±1 mm 的轴向公差。
“选型指南”的第8/9页无内置轴承角度编码器无内置轴承ERP、ERO 和ERA 系列角度编码器（模块式角度编码器）适用于安装在机器部件或装置上。
海德汉直线光栅尺产品说明书
用于NC数控机床10/20212更多信息，请访问海德汉官网• ，•也欢迎索取。
有关以下产品的样本：••敞开式直线光栅尺••内置轴承角度编码器••无内置轴承角度编码器••旋转编码器••海德汉后续电子电路••海德汉数控系统••机床检测和验收测试的测量装置技术信息：••海德汉编码器接口••进给轴精度••高安全性位置测量系统••EnDat•2.2－位置编码器双向数字接口••直驱编码器本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。
订购海德汉公司的产品仅以订购时有效的样本为准。
有关产品所遵循的标准（ISO，EN等）仅以样本中的标注为准。
目录4直线光栅尺用于NC数控机床用于数控机床的海德汉直线光栅尺几乎适用于任何应用。
也是进给轴为闭环控制的机器和设备的理想选择，例如铣床、加工中心、镗铣床、车床和磨床。
动态性能优异的直线光栅尺允许高速运动，沿测量方向的加速性能使其不仅能满足常规轴高动态性能要求，也能满足直驱电机对高动态性能的要求。
海德汉也提供其它应用所需的直线光栅尺，例如：••手动操作机床••冲压机和弯板机••自动化生产设备•直线光栅尺优点如果用直线光栅尺测量滑座位置，位置控制环就包括全部进给机构。
这就是全闭环控制模式。
进给轴的直线光栅尺检测机械运动误差并在控制系统电路中进行修正。
因此，能消除潜在的多个误差源：••滚珠丝杠发热导致的定位误差••反向误差••滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差因此，直线光栅尺是高精度定位和高速加工机床不可或缺的基础技术手段。
机械结构用于数控机床的直线光栅尺为封闭式测量设备：铝制的尺壳保护尺带、读数头和导轨，避免切屑、灰尘和切削液进入。
自动向下压的弹性密封条保持外壳密封。
读数头沿光栅尺带上摩擦力极小的导轨运动。
联接件将读数头与安装架连接在一起并补偿光栅尺与机床滑座间的不对正误差。
光栅尺与安装块间允许±•0.2•mm至•±•0.3•mm的横向和轴向误差，具体•数值与光栅尺型号有关。
德国HEIDENHAIN编码器
HEIDENHAIN德国【HEIDENHAIN】公司主要产品：HEIDENHAIN编码器、HEIDENHAIN光栅尺、HEIDENHAIN 封闭式光栅尺、HEIDENHAIN敞开式光栅尺、HEIDENHAIN长度计、HEIDENHAIN旋转编码器、HEIDENHAIN角度编码器、HEIDENHAIN光栅、HEIDENHAIN数控系统等。
HEIDENHAIN海德汉公司是一家研发、生产和销售高质量直线光栅尺和角度编码器，旋转编码器，数显装置和数控系统的制造商。
HEIDENHAIN海德汉公司产品主要用于精密机床和电子元件的生产和加工设备。
HEIDENHAIN公司的丰富经验、技术开发和制造的测量设备和数字控制，为工厂和生产的自动化奠定了基础和开拓了未来。
德国HEIDENHAIN产品的应用范围十分广泛，几乎覆盖各行各业。
HEIDENHAIN产品在中国钢铁及汽车等行业使用非常广泛，HEIDENHAIN系列产品广泛用于各大钢铁行业，HEIDENHAIN系列产品以其卓越的铸造工艺，多年来成熟稳定的品质，HEIDENHAIN长期以来对品质的严谨求精和不断创新的精神，成为众多同类产品中的佼佼者，受到广大用户的一致认可。
德国HEIDENHAIN广泛应用于钢铁，汽车、机床、生产设备、自动化机器等领域。
德国海德汉公司在2001年成立了中国的子公司。
由于海德汉公司有着几十年的精湛的技术和管理经验，使得我们能为中国市场提供优质的海德汉产品以及完善的服务。
一流的技术、产品和服务使得海德汉在中国市场的业务发展非常迅速，目前我们的客户已经遍及全国工业、科研和教育等许多不同的领域。
海德汉中国为了更进一步贴近客户的需求，海德汉中国按照德国海德汉的生产技术、管理经验和质量标准，这确保了海德汉德国的品质要求和服务理念在中国的贯彻和实施。
为客户提供最优质的服务、品质最优良的产品。
成为广大客户在发展各自事业过程中最紧密的伙伴。
HEIDENHAIN封闭式光栅尺海德汉的封闭式光栅尺能有效防尘、防切屑和防飞溅的切削液，是用于机床的理想选择。
海德汉伺服驱动编码器
2014年11月伺服驱动编码器有关所有可用接口的全面说明和一般电气信息，参见海德汉编码器接口样本，ID 1078628-xx。
本样本是以前样本的替代版，所有以前版本均不再有效。
订购海德汉公司的产品仅以订购时有效的样本为准。
产品遵循的标准（ISO，EN等），请见样本中的标注。
本样本不是海德汉公司全线产品的介绍。
只适用于选择伺服驱动编码器。
选型表是关于海德汉公司所有电机驱动编码器的概要信息以及最重要的技术参数信息。
技术特性说明是关于电机驱动旋转编码器、角度编码器和直线光栅尺的基本信息。
有关安装信息和详细技术参数，参见专为驱动技术开发的旋转编码器。
其它旋转编码器信息，参见其单独产品样本。
有关选型表中直线光栅尺和角度编码器的安装、技术参数和尺寸信息，详见相应的产品样本。
样本旋转编码器产品概要电梯行业的旋转编码器样本直线光栅尺用于NC数控机床样本敞开式直线光栅尺产品概要应用于有爆炸危险环境中的旋转编码器样本内置轴承角度编码器样本无内置轴承角度编码器样本模块式磁栅编码器August 2012Längenmessgerätefür gesteuerteWerkzeugmaschinen März 2012OffeneL Januar 2009ProduktübersichtDrehgeberfür explosionsgefährdeteBereiche (ATEX)August 2013Winkelmessgerätemit EigenlagerungSeptember 2012MagnetischeE目录4伺服驱动编码器伺服驱动的控制系统需要测量系统提供位置和速度控制单元所需的反馈信息和电子换向信号。
编码器性能对电机的重要特性具有决定性影响，例如： •定位精度 •速度稳定性•带宽，它决定对驱动指令信号的响应速度和抗干扰性能 •功率损失 •尺寸 •噪音 •安全数字位置和速度控制系统海德汉公司为旋转电机和直线电机提供所需的全面产品：•带或不带换向刻轨的增量式旋转编码器和绝对式旋转编码器 •增量式和绝对式角度编码器 •增量式和绝对式直线光栅尺 •增量式模块型编码器旋转编码器5旋转编码器“数字”驱动系统的电机（数字位置和速度控制）本样本中的所有海德汉编码器都具有方便电机制造商安装和接线的特点，而且安装和接线成本低。
编码器工作原理
编码器工作原理编码器是一种常见的电子设备，用于将物理量转换成数字信号或者编码形式，以便于处理和传输。
它在许多领域中都有广泛的应用，例如工业自动化、通信系统、机器人技术等。
本文将详细介绍编码器的工作原理。
一、编码器的基本原理编码器的基本原理是通过测量和转换输入物理量来生成相应的输出编码。
常见的编码器有旋转编码器和线性编码器两种。
1. 旋转编码器旋转编码器主要用于测量旋转角度或者位置。
它通常由一个旋转轴和一个带有刻度的圆盘组成。
当旋转轴转动时，圆盘上的刻度会与一个传感器进行接触或者挨近，从而生成相应的输出信号。
旋转编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式编码器通过测量旋转轴的角度变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅刻度组成。
当旋转轴旋转时，光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式编码器可以提供角度变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式编码器可以直接测量旋转轴的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码盘组成。
二进制码盘上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
绝对式编码器可以提供旋转轴的精确位置信息。
2. 线性编码器线性编码器主要用于测量直线位移或者位置。
它通常由一个测量尺和一个传感器组成。
当测量尺挪移时，传感器会测量到相应的位移并生成输出信号。
线性编码器可以分为增量式编码器和绝对式编码器两种类型。
- 增量式编码器：增量式线性编码器通过测量测量尺的位移变化来生成脉冲信号。
它通常由一个光电传感器和一个光栅尺组成。
当测量尺挪移时，光栅尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生脉冲变化，从而生成输出信号。
增量式线性编码器可以提供位移变化的方向和速度信息。
- 绝对式编码器：绝对式线性编码器可以直接测量测量尺的绝对位置。
它通常由一个光电传感器和一个二进制码尺组成。
二进制码尺上的光栅刻度会使光线在光电传感器上产生特定的脉冲组合，从而生成输出信号。
角度编码器工作原理
角度编码器工作原理
角度编码器是一种用于测量或编码旋转角度的设备，它常用于机械控制、位置检测和导航系统等领域。
角度编码器通过将旋转角度转化为电信号来实现测量的目的。
角度编码器通常由两部分组成：一个固定部分和一个旋转部分。
固定部分固定在机械设备上，而旋转部分则与机械设备一起旋转。
在旋转过程中，角度编码器会感知旋转角度，并将其转化为相应的电信号。
角度编码器的工作原理可以分为两种类型：增量式角度编码器和绝对式角度编码器。
增量式角度编码器基于两个信号输出：一个是用于计数的A
相信号，另一个是用于方向判断的B相信号。
A相信号是一
个正弦波，而B相信号是A相信号的相位差90°的正弦波。
通过统计A相和B相的脉冲数量和脉冲的相位差，可以计算出
旋转的角度和方向。
绝对式角度编码器可以直接输出旋转的绝对角度值。
它通过在旋转部分和固定部分之间安装一组编码器码盘和光电传感器来实现。
这组编码器码盘和光电传感器产生的信号序列对应着不同的角度值，通过解码这组信号序列，就可以准确地获取旋转的绝对角度。
总的来说，角度编码器通过感知旋转角度并将其转化为电信号
来实现角度的测量或编码。
它在机械控制和导航系统中发挥重要作用，提供准确的角度信息用于控制和定位。
EC28中空型编码器
EC28中空型编码器中空编码器型号EC280105X5A-HA1应用领域汽车音响、汽车空调、汽车导航、家用电器等特点本体厚度薄型化，长寿命，有良好的操作手感，中空空间可附加按压开关机构主要功能调节音量、调节温度、调频、功能切换等主要格规参数外形尺寸：∮28mm额定电压:DC10V；定位数:18个或30个；脉冲数：15或18；工作温度：-40°C to85°C；旋转寿命：50000次以上EC28规格参数一、MECHANICAL CHARACTERISTIC机械特性1、Detent Torque定位点力矩：120±50gf.cm&180±70gf.cm2、Number and position of detent定位点数及位置：18点定位（间隔角度20°±3°）&30点定位（间隔角度12°±3°）3、Shaft wobble轴摆动：0.2mm MAX4、Shaft play in rotational wobble轴的回转方向摆动：2°MAX二、ELECTRICAL CHARACTERISTIC电气特性1、Resolution分解能力：18个脉冲/360°&15个脉冲/360°2、Phase difference相位差：≥5ms3、Rated voltage额定电压:DC10V4、Insulation Resistance绝缘电阻：100MΩ1Minute at DC250V5、Dielectric Voltage耐电压：1Minute at AC300V三、ENDURANCE CHARACTERISTIC耐久特性1、Rotational life回转寿命：50,000cycles MinNote:In this catalog,if some parame ters lr drawings are different from the"Approval sheet",it's subject to the"Approval sheet".注明:如说明书与承认书规格参数、图面有异，均以承认书为准。
海德汉新产品
新型RCN8000的定子连轴器
新型定子连轴器的显著特性是：增加了抗扭刚度，提高了轴向何径向的动态性能。
4
3) 比较公差带
放宽安装公差
HCN-MT 2011
带环形螺母的连轴器 RCN 200* 轴向: 轴的径向跳动
± 2.5“ ± 5“
0.01 0.02 0.04 A A A
前端连轴器
± 0.1
± 0.1
Position errors within one signal period
≤ ± 0.4―
≤ ± 0.3―
≤ ± 0.4―
≤ ± 0.8―
RCN 5000 Series
RCN 5310
±5― EnDat22
RCN 5380
±5― EnDat02
RCN 5510
±2.5― EnDat22
RCN 5580
外壳
空心轴
现有编码器的密封结构 由于新的RCN 所特有的密封圈，使其获得较大的安装公差.
新型编码器的密封结构
4
2) 优化定子连轴器
放宽安装公差
HCN-MT 2011
轴向达 ± 0.3 mm 的误差可被补偿 (无 限制的功能和精度) 配合轴的径跳达± 0.04
现有RCN 700/800的定子连轴器
功能安全
大的安装公差 (e.g. 驱动轴允许的轴向窜动± 0.3 mm) 抗震阻尼达200 m/s2 (符合EN 60068-2-6) 最大转速达3000 rpm (for speed cycles, details upon request)
新的RCN 5000系列
动)
角度编码器
零点校正示意图
增量编码器的倍频
物理分割的码盘因受到工艺及采制的限制,无法做 到更细,更精.但是通过数字电路的转换可以实现更 高的脉冲 二倍频信号 通过A相和B相的”异或”转换获得
数字式编码器的原理
2） 光源（一般为LED）会向接收器（可能 是一个 光电二极管）发出一道狭窄的光束。光源和接收 器都被严格安装在旋转连接轴承的静止部位。编 码器是一个带有透明开口或小窗的遮光圆盘，被 安装在轴承的转动部位。
增量编码器的输出
▪ 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗 的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得方波信 号组合成A、B，-A -B,信号反向，每组信号相差 90度相位差（一个周波位360度）
▪ 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。
绝对值编码器的输出形式
▪ 同步串行界面（SSI）输出： 串行输出就是数据集中在一组电缆上传输， 通过约定，在时间上有先后时序的数据输出， 这种约定称为通讯规约。
▪ 串行输出连接线少，传输距离远，对于编码 器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位 数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用 串行输出的。
Hale Waihona Puke 绝对值编码器的输出形式增量编码器的倍频
空心轴编码器工作原理
空心轴编码器工作原理空心轴编码器是一种用于测量物体转动角度的设备。
它由一个内部不可动的轴和一个外部可转动的轴组成。
在内部轴上固定着一个固定编码盘，而在外部轴上安装着一个可转动编码盘。
编码盘上有一系列的光学或者磁性编码标记，这些标记可以被编码器的传感器读取。
通过读取这些标记，编码器可以确定外部轴的转动位置和方向。
以下是空心轴编码器的工作原理的详细介绍。
首先，编码器的内部轴固定在待测物体上，而外部轴固定在测量设备上。
内部轴上的固定编码盘上有一系列的等距的标记，这些标记可以是透明的光栅标记，也可以是磁性编码标记。
这些标记的数量和间距根据测量的精度和要求来确定。
在传感器旁边，有一个光源和一个光敏器件，用于读取编码盘上的标记。
当物体转动时，外部轴和编码盘也一同转动。
光源照射在固定编码盘上的标记上，而光敏器件接收到从标记上反射回来的光。
光敏器件会根据标记的特点，例如光栅的周期性变化或者磁性标记的磁场变化，产生电信号。
这些电信号经过检测和处理后，可以转换为数字信号，用于计算外部轴的位置和方向。
在编码器的检测和处理电路中，使用一种称为「相位差比较」的技术来测量外部轴的转动角度和方向。
相位差比较是通过比较两个连续标记间的相位差来确定转动角度和方向的。
对于光栅编码器，相位差是通过计算光敏器件输出电信号的周期来确定的。
光敏器件的输出信号经过放大和滤波处理，然后输入到一个比较器中。
比较器会将光敏器件的输出信号与一个参考信号进行比较，并确定它们之间的相位差。
相位差的大小和方向表明了外部轴的转动角度和方向。
对于磁性编码器，相位差是通过计算磁性标记产生的磁场变化的角度来确定的。
磁性标记的磁场变化被传感器探测到，并转换为电信号。
这些电信号经过放大和滤波处理，然后输入到比较器中进行比较。
比较器会将磁性标记的输出信号与一个参考信号进行比较，并确定它们之间的相位差。
相位差的大小和方向表明了外部轴的转动角度和方向。
最后，经过一系列的测量和计算，空心轴编码器可以确定外部轴的转动角度和方向。
海德汉-空心轴不带内置轴承的角度编码器
空心轴不带内置轴承的角度编码器作者：Dr.Ing.Rainer Hagl 王桂芳翻译/art_9598.html数控或电子同步轴越来越普遍地使用无框架电机或密封式空心轴电机，尤其在机床行业，印刷机械和纺织机械。
这对消除如同步齿型带等带来的机械传动误差，提高传动的位置精度，减少速度波动和提高传动的动态特性显得非常重要。
也容比较易设计象附加轴，夹紧轴或材料处理轴的信号线和电源线。
这些电机的位置编码器相应地也许要单独的设计。
编码器的空心轴内径相应需要50mm。
对于带摆动轴的机床旋转工作台轴，其轴径由0.5 米到几米。
如望远镜电机的方位和提升轴要求的直径在5 米以上。
设计人员希望将编码器内置于电机或轴承中从而模块化。
如果电机轴承和测量轴达到一定的精度，编码器可以不用内置轴承。
本文主要介绍用于带空心轴的驱动电机的模块式编码器的研究动态以及该编码器的特征和与其它设计的对比。
精度和扫描原理旋转编码器和角度编码器的精度定义为一圈内及一个信号周期内的位置偏差如(图1)。
模块式编码器在一圈内的位置偏差主要是由刻度盘相对于扫描头的径向跳动和刻度本身的误差引起的。
图1:一个信号周期内的位置偏差u (上图) 和一圈内的位置偏差a (下图)一圈内的位置偏差的绝大部分来源于轴承，测量轴的机械结构和安装产生的径向跳动。
而一个信号周期内的位置偏差来自扫描质量和信号周期的质量。
上述两种位置偏差对驱动特性具有实质性的影响（表1）并要越小越好，尤其是数字式速度一个信号周期内的偏差控制。
由于实际位置值决定了实际速度值，因而编码器的位置偏差决定了控制特性。
表1: 模块式编码器对驱动特性的影响特别是一个信号周期内的位置偏差，对控制特性的影响尤其重要。
这是编码器的制造误差。
因此海德汉公司投入极大的精力研制和生产这种在一个信号周期内误差非常小的编码器。
包括使用各种信号滤波器及设计复杂的电路以达到此目的；从而使模块式旋转和角度编码器相对于信号周期的误差限定在信号周期的± 1% 以内。
空心轴编码器
空心轴编码器什么是空心轴编码器空心轴编码器是一种测量转速和位置的装置，广泛应用于各种工业应用和机械设备中。
空心轴编码器是由一个固定的编码器和一个旋转的轴组成。
在空心轴编码器中，编码器固定在机器的框架上，而轴则被连接到旋转部件，用来测量它的运动。
空心轴编码器的工作原理空心轴编码器的工作原理是利用光学传感器或磁传感器测量轴旋转的角度。
其中，光学传感器发出一个光束，当轴旋转时，通过反射回来的光束数量来测量旋转角度。
而磁传感器通过检测在轴上安装的磁体在旋转过程中产生的磁场变化来测量轴的旋转角度。
在空心轴编码器中，编码器上有许多细小的凸起，这些凸起组成了一个二进制编码序列，其中0表示凸起为向下凸起，1表示凸起为向上凸起。
编码器在旋转时，凸起的变化被传递到控制器。
通过用解码器识别凸起的位置来恢复旋转偏移量和轴的方向，从而测量位置和旋转速度。
通过进一步分析编码器输出的信号，可以实现自动控制和闭环反馈系统。
空心轴编码器的应用空心轴编码器在许多不同的应用中都被广泛使用。
在自动控制和反馈系统中，空心轴编码器可以被用来测量任意旋转机械件的位置和速度，这包括工业机械、航空、汽车、摩托车以及机器人等。
空心轴编码器还可以用于测量高速旋转轴的速度和位置，如风力涡轮机和重型机械的转子。
在这些应用中，空心轴编码器可以提供非常精确的测量，确保机器的运行精确性和可靠性。
空心轴编码器的优点与传统编码器相比，空心轴编码器具有许多优点。
首先，由于空心轴编码器是安装在轴上的而非在轴两端，所以空心轴编码器的结构更加紧凑和轻便。
其次，由于空心轴编码器不需要与轴直接接触，因此它的使用寿命更长，且更加抗震，适用于各种工作环境。
最后，由于空心轴编码器在测量转速和位置时非常精确，因此它是各种自动控制系统和反馈系统的首选装置。
总结空心轴编码器是一种用于测量转速和位置的装置，由固定的编码器和旋转的轴组成。
空心轴编码器的工作原理是利用光学传感器或磁传感器测量轴旋转的角度，并通过进一步分析编码器输出的信号，可以实现自动控制和闭环反馈系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本篇文章发表在《制造技术与机床》2003年4期空心轴不带内置轴承的角度编码器准确度±20”±0.1”,内径50 mm至10 m作者：Dr.Ing.Rainer Hagl 翻译：王桂芳 关于作者Ing. Rainer Hagl 先生为德国Stuttgart大学的博士毕业生生。
1992 加入德国海德汉公司，现任海德汉公司旋转和角度编码器研发部主管。
数控或电子同步轴越来越普遍地使用无框架电机或密封式空心轴电机，尤其在机床行业，印刷机械和纺织机械。
这对消除如同步齿型带等带来的机械传动误差，提高传动的位置精度，减少速度波动和提高传动的动态特性显得非常重要。
也容比较易设计象附加轴，夹紧轴或材料处理轴的信号线和电源线。
这些电机的位置编码器相应地也许要单独的设计。
编码器的空心轴内径相应需要50mm。
对于带摆动轴的机床旋转工作台轴，其轴径由0.5 米到几米。
如望远镜电机的方位和提升轴要求的直径在5米以上。
设计人员希望将编码器内置于电机或轴承中从而模块化。
如果电机轴承和测量轴达到一定的精度，编码器可以不用内置轴承。
本文主要介绍用于带空心轴的驱动电机的模块式编码器的研究动态以及该编码器的特征和与其它设计的对比。
精度和扫描原理旋转编码器和角度编码器的精度定义为一圈内及一个信号周期内的位置偏差如(图 1)。
模块式编码器在一圈内的位置偏差主要是由刻度盘相对于扫描头的径向跳动和刻度本身的误差引起的。
一个信号周期内的偏差图 1:一个信号周期内的位置偏差u (上图) 和一圈内的位置偏差a (下图)一圈内的位置偏差的绝大部分来源于轴承，测量轴的机械结构和安装产生的径向跳动。
而一个信号周期内的位置偏差来自扫描质量和信号周期的质量。
上述两种位置偏差对驱动特性具有实质性的影响（表1）并要越小越好，尤其是数字式速度控制。
由于实际位置值决定了实际速度值，因而编码器的位置偏差决定了控制特性。
位置偏差一圈内一个信号周期内位置精度+++速度波动0++表 1:模块式编码器对驱动特性的影响特别是一个信号周期内的位置偏差，对控制特性的影响尤其重要。
这是编码器的制造误差。
因此海德汉公司投入极大的精力研制和生产这种在一个信号周期内误差非常小的编码器。
包括使用各种信号滤波器及设计复杂的电路以达到此目的；从而使模块式旋转和角度编码器相对于信号周期的误差限定在信号周期的± 1% 以内。
扫描原理决定了光栅周期和扫描头与光栅之间的间隙的公差。
一个信号周期内的位置偏差见下表(表 2)：表 2: 无接触式扫描原理的对比扫描原理信号周期一个信号周期内的相对位置偏差一个信号周期内的最大位置偏差光电式影像原理 20 µm到200 µm< ± 1% ** ± 0.2 µm到± 2 µm衍射(干涉原理) 0.128 µm到4 µm< ± 1% ** ± 0.001 µm到± 0.04 µm磁式 400 µm *到10 mm< ± 1% ** ± 4 µm到± 100 µm感应式 2 mm *到10 mm< ± 0.1% ± 2 µm到± 10 µm* 无接触式扫描原理，具有工业适用的扫描间隙公差** 使用海德汉的编码器干涉型编码器–编码器应用光的干涉和衍射原理，允许非常精细的光栅条纹周期和信号周期，因而可以保证较小的位置偏差。
光电扫描的编码器通常采用"传统的" 影像非接触式测量原理，一般可以达到一个信号周期内的位置偏差在± 0.2 µm 以下。
该偏差要比磁式和感应式测量原理小10 到 20 倍。
要选择适合的扫描原理，只有采用光电扫描原理的编码器才可满足控制特性要求的较高和更高的精度。
不带内置轴承的旋转和角度编码器的精度主依赖于与其相配轴的轴承精度和用户安装编码器的安装精度。
图 2 表明由于码盘与被测量轴的不对中度引起的位置偏差。
通常要达到± 1 角秒到± 5 角秒，来自轴承和安装误差的径向跳动量要小于1µm。
该值是在负载下得到的，即考虑了工件重量和操作力。
图 2: 对中度对精度的影响带和不带内置轴承的编码器的对比不带内置轴承的编码器要求用户进行良好的安装；而不象那些带内置轴承编码器，制造商已进行优化设置了。
见(表 3)。
编码器不带内置轴承带内置轴承一圈内精度取决于用户的轴承和安装好坏由海德汉保证，加负载后防护和抗污性由用户保证由海德汉保证安装要求用户进行机械和电气调整简单，不需要用户进行机械和电气调整服务安装和用户轴承方面会存在问题存在问题较少–编码器容易更换表 3: 带和不带内置轴承的编码器的对比用户在购买编码器前要和编码器制造商仔细商讨上述问题。
用户一定要仔细研究究竟哪种编码器更适合自己的使用情况。
磁式旋转编码器的扫描原理对于无框架电机或空心电机，所用的空心轴编码器的内径通常约为40 mm 到 180 mm。
如果用带内置轴承的编码器就太不经济了，如果精度不超过10角秒，也不需要这样的编码器。
已有的轴承或电机轴承允许使用光栅式编码器。
但是通常的安装环境会使光电扫描的编码器受到空气中的灰尘和油汽的污染，因而需要封装。
对于高达20 000 rpm和这么大的直径的编码器，显然这样的防护是不且实际的。
对于这情况，海德汉研发了磁阻扫描原理的模块式编码器。
ERM 180 增量式模块式旋转编码器是由磁毂和扫描头两部分组成的，见(图 3)。
图 3: 磁阻扫描原理的ERM 180 增量模块式旋转编码器磁毂的圆周上是沿轴线方向排列的硬磁体，信号周期为 395 µm。
扫描头上放置了由海德汉公司研制的磁阻传感器和相应的电子器件，参见(图 4) 。
磁阻传感器的工作原理是变化的磁场对电阻具有调制效应。
图 4: ERM 180 旋转编码器的磁阻扫描原理由于编码器是非接触式的，与接触式的磁编码器比，其抗污染性大大提高。
因而可以安装在使用无框架电机的车床主轴上。
见(图 5)。
扫描头轮毂图 5: 安有ERM 180 磁阻模块式旋转编码器的车床主轴ERM 180有不同的直径。
对于不同的直径刻度误差和一个信号周期内的位置偏差是不同的(表 4)。
外径每转的信号周期刻度精度一个信号周期内的位置偏差约129 mm 1024± 10 角秒± 14 角秒约257 mm 2048± 6 角秒± 7 角秒表 4: ERM 180 增量磁阻式模块化旋转编码器的主要特性(例)外径最高允许的轴速约129 mm 18,000 rpm *约257 mm 8,000 rpm*现在正在研制更高的转速表 5: ERM 180 所允许的最高转速齿轮式编码器在一个刻度周期内的位置偏差为0.8 mm 到1 mm，每转的信号周期一般为 256 到512，取决于编码器的直径。
位置偏差通常是ERM 180的二到四倍。
不象齿轮编码器ERM 所能达到的精度不依赖于电子元气件，它所扫描的刻度周期较大且稳定，即使在较高的操作温度下对输出信号的影响也非常小。
海德汉还有光电扫描原理的ERA 180 角度编码器，它是轴向光栅编码器，一个信号周期内的位置偏差比ERM 编码器要小5到10倍。
ERA 180只可用于清洁的环境。
象光电扫描 ERA 180编码器一样,磁阻扫描的编码器 ERM 180所允许的扫描头与磁毂的轴向偏置误差为± 1 mm包括扫描头的安装误差和电机温度影响造成的轴承浮动误差。
只要轴向窜动在此范围内就不会对位置偏差有影响。
编码器输出高质量正弦信号，信号幅值为 1V P P。
允许的最高温度为100 °C。
最高轴速取决于编码器的外径。
齿轮式编码器的齿形在高转速下会产生啸叫声。
而ERM 180却是平稳安静的。
ERM 180 非常容易安装:轮毂安装在与之相配的轴上，并用螺栓紧固。
轮毂的内径与对中环对中。
用安装片设定扫描头与轮毂外圈的间隙。
将扫描头靠紧安装片固定后，再将安装片移出。
光电式准单一场扫描原理的角度编码器直径大于500毫米的旋转轴, 摇摆轴或旋转工作台需要用准确度为角秒级或准确度更高的角度编码器。
对于1米直径的转台，编码器位置偏差为± 2 角秒，将会在其圆周上产生± 5 µm 的位置偏差。
ERA 780 和 ERA 880 模块式角度编码器是为这种应用场合设计的。
这种编码器是海德汉开发的采用准单一场扫描原理，刻度周期为40微米，钢带标尺式的角度编码器。
这种扫描方法的扫描掩模是由交错的相位光栅组成，利用准单一扫描场原理产生四个标准扫描掩模的影象，每个影象具有1/4光栅周期的相位移(图 6)。
图 6a:钢带标尺和准单一场影像扫描原理(反射光)图 6b:扫描掩模的电子放大图因为只有一个扫描窗口产生四个影象，光强的变化对四个影象的影响是等同的，既标尺的污染对四个影象的影响是对称的，对四个光电池信号的影响是均等的，见(图 7)。
标尺的污染使输出信号对称和保持较高质量。
这种扫描原理的抗污染特性高于其它的敞开式光电扫描原理的光栅尺。
图 7: 污染示意图图 8: 污染效应(图中上半部分为普通的四场扫描原理, 下半部分为准单一场扫描原理, 右图为 Lissajous 图)ERA 780 模块式旋转编码器是由扫描头，标尺载体和标尺带组成。
如果将标尺带安装在测量轴内径的槽内，则安装较为简单。
如(图 9)，标尺带放入槽内使两端能够接上。
标尺带的长短应保证标尺带具有一定的张力使得标尺带贴紧在槽内。
内槽设计在测量轴上，不需要额外的安装调整件。
图 9: ERA 780的安装与以前的系统不同，在接头处没有额外的位置偏差(图 10)。
因而可以确保一转内具有同样的精度。
图 10: 标尺带直径为一米的ERA 780 和ERA 880 模块式角度编码器的位置偏差与以前的方法的对比(上图包括一个信号周期内的位置偏差)。
这种方案已在许多场合中得以应用，如日本的超大型望远镜(图 11),在这个案例中，方位角和俯仰角轴准确度高于± 0.1 角秒。
图 11: 组装中的日本SUBARU大型望远镜钢带式 ERA 880 模块角度编码器是用于安装在测量轴圆周上的。
由特殊的张力夹板紧固。
象ERA 780一样, 该编码器在接头部分没有额外的位置偏差。
这两种编码器的每转的信号周期与对应的直径相关。
这两种角度编码器所能达到的精度主要取决与测量轴的的轴承。
一个信号周期内的位置误差小于± 1% ，直径为1米的编码器每转的信号周期约为80 000 ，相应的一个信号周期的位置偏差小于± 0.2 角秒。