3.3.2旋转编码器解析
合集下载
相关主题
- 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)。
一是和伺服电动机同轴联接在一起(称为内装式编码器)，伺服电动机再和滚珠丝杠连接 ，编码器在进给转动链的前端，如图3-10a所示；二是编码器连接在滚珠丝杠末端 (称为外装式编码器)，如图3-10b所示。由于后者包含的进给转动链误差比前者多， 因此，在半闭环伺服系统中，后者的位置控制精度比前者高。
图3-10 编码器的安装方式 a)内装式 b)外装式 1-伺服电动机 2-编码器 由于增量式光电编码器每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号，因此，根据脉冲的数量、 传动比及滚珠丝杠螺距即可得出移动部件的直线位移量。如某带光电编码器的 伺服电动机与滚珠丝杠直 联(传动比1：1)，光电编码器1024脉冲／r，丝杠螺距8mm，
由倍频前的0.004mm提高到0.001mm。 此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹C，用以每转产生一个脉冲， 该脉冲信号又 称一转信号或零标志脉冲，作为测量基准。 同样，该脉冲也以差动形式C、Ć输出。
2．绝对式旋转编码器
绝对式旋转编码器可直接将被测角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有对应的
相对变化，若电刷接触的是导电区域，则经电刷、码盘、电阻和电源形成回路，该回路
中的电阻上有电流流过，为“1”，反之，若电刷接触的是绝缘区域，则不能形成回路，
电阻上无电流流过，为“0”。由此可根据电刷的位置得到由“1”、“0”组成的4位二进制码 通过图3-8b可看出电刷位置与输出代码的对应关系。码道的圈数就是二进制的位数，且 高位在内，低位在外。由此可以推断出，若是n位二进制码盘，就有n圈码道，且圆周均 分2n等分，即共有2n个数据来分别表示其不同位置，所能分辨的角度为：
在数控系统伺服中断时间内计脉冲数 1024脉冲，则在该时间段里，工作台移动的距离
为1／1024r／脉冲ⅹ8mm／rⅹl024脉冲＝8mm。
在数控回转工作台中，通过在回转轴末端安装编码器，可直接测量回转工作台的 角位移。数控回转工作台与直线轴联动时，可加工空间曲线，如图3-11所示。
图3-11 数控回转工作台（卡盘） 1-数控回转卡盘 2-工件 在交流电动机变频控制中，与电动机同轴联接的编码器可检测电动机转子磁极相对 定子绕组的角度位置，用于变频控制。
绝对式编码器在高精度伺服系统中，分辨力可达163840脉冲/r，最大输出频率 9.557MHz，控制分辨力 。如具有高分辨力、高速响应的绝对式编码器
(FANUCF Sl5系列)每周可分辨10万个等分，能使用在10000r／min的高速运转系统中。
3．编码器在数控机床中的应用 （1）位移测量
编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种安装方式：
α = 分辩力=
图3-9 绝对式光电码盘 （1/4圆）
显然，位数n越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。 图3-8c为4位格雷码盘，其特点是任何两个相邻数码间只有一位是变化的，可消除非
单值性误差。
（2）绝对式光电码盘
绝对式光电码盘与接触式码盘结构相似，只是其中的黑白区域不表示导电区和绝缘区， 而是表 示透光区或不透光区。 其中黑的区域指不透光区，用“0”表示； 白的区域指透光区，用“1”表示。如此，在任意角度都有“1”、“0”组成的二进制代码。 另外，在每一码道上都有一组光电元件，这样，不论码盘转到哪一角度位置， 与之对应的各光电元件受光的输出为“1”电平，不受光的输出为“0”电平， 由此组成n位二进制编码。图3-9为8码道光电码盘示意图，表3-1为海德汉 （HEIDENHAIN）公司绝对式旋转编码器部分数据。
图3-7 增量式光电编码器结构示意图 1-光源 2-透镜 3-光栏板 4-光电码盘 5-光电元件 6-参考标记
光电编码器的输出信号A、Ā和B、B为差动信号。差动信号大大提高了传输的抗干扰能力。 在 数控系统中，常对上述信号进行倍频处理，以进一步提高分辨力。 例如，配置2000脉冲／r光电编 码器的伺服电动机直接驱动8mm螺距的滚珠丝杠， 经数控系统4倍频处理后， 相当于8000脉冲／r的角度分辨力， 对应工作台的直线分辨力
实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹A、Ā和B、B， 每组条纹的间隙与
光电码盘相同，而A组与B组的条纹彼此错开1/4节距，
两组条纹相对应的光电元件所产生的信号彼此相差90°相位，用于辨向。 当光电码盘正转时，A信号超前B信号90°，当光电码盘反转时，B信号超前A信 号90°，数控系统正是利用这一相位关系来判断方向的。
3．3．2 Байду номын сангаас转编码器
旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上， 随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形 式或绝对式的代码形式。
1．增量式旋转编码器
常用的增量式旋转编码器为增量式光电编码器，如图3-7所示。 光电编码器由光源、聚光镜、光栏板、光电码盘、光电元件及信号处理电路组成。 其中，光电码盘是在一块玻璃圆盘上镀上一层不透光的金属薄膜， 然后在上面制成 圆周等距的透光与不透光相间的条纹，光栏板上具有和光电码盘上相同的透光条纹。 当光电码盘旋转时，光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相间的变化，由光电元件接受。 光电元件将光信号转换成电脉冲信号。光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的 最小角度，而这与码盘圆周的条纹数有关，即分辨角 α=360°/条纹 如条纹数为1024，则分辨角α=360°/1024＝0.352°。
测量代码，因此这种测量方式即使断电也能读出被测轴的角度位置，即具有断电记忆功能。 （1）接触式码盘 图3-8a所示为接触式码盘示意图。
a)结构简图 b)4位二进制码盘 c)4位格雷码盘
图3-8b为4位二进制码盘。它在一个不导电基体上做成许多金属区使其导电，其中涂黑 部分为导电区，用“1”表示；其它部分为绝缘区，用“0”表示。这样，在每一个径向上， 都有由“1”、“0”组成的二进制代码。最里一圈是公用的，它和各码道所有导电部分连在 一起，经电刷和电阻接电源正极。除公用圈以外，4位二进制码盘的四圈码道上也都 装有电刷，电刷经电阻接地，电刷布置如图3-8a所示。由于码盘是与被测转轴连在 一起的，而电刷位置是固定的，当码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生
图3-10 编码器的安装方式 a)内装式 b)外装式 1-伺服电动机 2-编码器 由于增量式光电编码器每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号，因此，根据脉冲的数量、 传动比及滚珠丝杠螺距即可得出移动部件的直线位移量。如某带光电编码器的 伺服电动机与滚珠丝杠直 联(传动比1：1)，光电编码器1024脉冲／r，丝杠螺距8mm，
由倍频前的0.004mm提高到0.001mm。 此外，在光电码盘的里圈里还有一条透光条纹C，用以每转产生一个脉冲， 该脉冲信号又 称一转信号或零标志脉冲，作为测量基准。 同样，该脉冲也以差动形式C、Ć输出。
2．绝对式旋转编码器
绝对式旋转编码器可直接将被测角用数字代码表示出来，且每一个角度位置均有对应的
相对变化，若电刷接触的是导电区域，则经电刷、码盘、电阻和电源形成回路，该回路
中的电阻上有电流流过，为“1”，反之，若电刷接触的是绝缘区域，则不能形成回路，
电阻上无电流流过，为“0”。由此可根据电刷的位置得到由“1”、“0”组成的4位二进制码 通过图3-8b可看出电刷位置与输出代码的对应关系。码道的圈数就是二进制的位数，且 高位在内，低位在外。由此可以推断出，若是n位二进制码盘，就有n圈码道，且圆周均 分2n等分，即共有2n个数据来分别表示其不同位置，所能分辨的角度为：
在数控系统伺服中断时间内计脉冲数 1024脉冲，则在该时间段里，工作台移动的距离
为1／1024r／脉冲ⅹ8mm／rⅹl024脉冲＝8mm。
在数控回转工作台中，通过在回转轴末端安装编码器，可直接测量回转工作台的 角位移。数控回转工作台与直线轴联动时，可加工空间曲线，如图3-11所示。
图3-11 数控回转工作台（卡盘） 1-数控回转卡盘 2-工件 在交流电动机变频控制中，与电动机同轴联接的编码器可检测电动机转子磁极相对 定子绕组的角度位置，用于变频控制。
绝对式编码器在高精度伺服系统中，分辨力可达163840脉冲/r，最大输出频率 9.557MHz，控制分辨力 。如具有高分辨力、高速响应的绝对式编码器
(FANUCF Sl5系列)每周可分辨10万个等分，能使用在10000r／min的高速运转系统中。
3．编码器在数控机床中的应用 （1）位移测量
编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种安装方式：
α = 分辩力=
图3-9 绝对式光电码盘 （1/4圆）
显然，位数n越大，所能分辨的角度越小，测量精度就越高。 图3-8c为4位格雷码盘，其特点是任何两个相邻数码间只有一位是变化的，可消除非
单值性误差。
（2）绝对式光电码盘
绝对式光电码盘与接触式码盘结构相似，只是其中的黑白区域不表示导电区和绝缘区， 而是表 示透光区或不透光区。 其中黑的区域指不透光区，用“0”表示； 白的区域指透光区，用“1”表示。如此，在任意角度都有“1”、“0”组成的二进制代码。 另外，在每一码道上都有一组光电元件，这样，不论码盘转到哪一角度位置， 与之对应的各光电元件受光的输出为“1”电平，不受光的输出为“0”电平， 由此组成n位二进制编码。图3-9为8码道光电码盘示意图，表3-1为海德汉 （HEIDENHAIN）公司绝对式旋转编码器部分数据。
图3-7 增量式光电编码器结构示意图 1-光源 2-透镜 3-光栏板 4-光电码盘 5-光电元件 6-参考标记
光电编码器的输出信号A、Ā和B、B为差动信号。差动信号大大提高了传输的抗干扰能力。 在 数控系统中，常对上述信号进行倍频处理，以进一步提高分辨力。 例如，配置2000脉冲／r光电编 码器的伺服电动机直接驱动8mm螺距的滚珠丝杠， 经数控系统4倍频处理后， 相当于8000脉冲／r的角度分辨力， 对应工作台的直线分辨力
实际应用的光电编码器的光栏板上有两组条纹A、Ā和B、B， 每组条纹的间隙与
光电码盘相同，而A组与B组的条纹彼此错开1/4节距，
两组条纹相对应的光电元件所产生的信号彼此相差90°相位，用于辨向。 当光电码盘正转时，A信号超前B信号90°，当光电码盘反转时，B信号超前A信 号90°，数控系统正是利用这一相位关系来判断方向的。
3．3．2 Байду номын сангаас转编码器
旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上， 随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形 式或绝对式的代码形式。
1．增量式旋转编码器
常用的增量式旋转编码器为增量式光电编码器，如图3-7所示。 光电编码器由光源、聚光镜、光栏板、光电码盘、光电元件及信号处理电路组成。 其中，光电码盘是在一块玻璃圆盘上镀上一层不透光的金属薄膜， 然后在上面制成 圆周等距的透光与不透光相间的条纹，光栏板上具有和光电码盘上相同的透光条纹。 当光电码盘旋转时，光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相间的变化，由光电元件接受。 光电元件将光信号转换成电脉冲信号。光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的 最小角度，而这与码盘圆周的条纹数有关，即分辨角 α=360°/条纹 如条纹数为1024，则分辨角α=360°/1024＝0.352°。
测量代码，因此这种测量方式即使断电也能读出被测轴的角度位置，即具有断电记忆功能。 （1）接触式码盘 图3-8a所示为接触式码盘示意图。
a)结构简图 b)4位二进制码盘 c)4位格雷码盘
图3-8b为4位二进制码盘。它在一个不导电基体上做成许多金属区使其导电，其中涂黑 部分为导电区，用“1”表示；其它部分为绝缘区，用“0”表示。这样，在每一个径向上， 都有由“1”、“0”组成的二进制代码。最里一圈是公用的，它和各码道所有导电部分连在 一起，经电刷和电阻接电源正极。除公用圈以外，4位二进制码盘的四圈码道上也都 装有电刷，电刷经电阻接地，电刷布置如图3-8a所示。由于码盘是与被测转轴连在 一起的，而电刷位置是固定的，当码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置发生