SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器基本簡(jiǎn)介

SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器基本簡(jiǎn)介
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理
由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以零位參考位。
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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，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(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。
分辨率-編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器信輸出
信輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。
信連接-編碼器的脈沖信一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。
如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。
A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。
A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。
A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信的連接，在后續(xù)的差分輸入電路中，將共模噪聲抑制，只取有用的差模信，因此其抗干擾能力強(qiáng)，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。
對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信輸出的編碼器，信傳輸距離可達(dá)150米。
旋轉(zhuǎn)編碼器由精密器件構(gòu)成，故當(dāng)受到較大的沖擊時(shí)，可能會(huì)損壞內(nèi)部功能，使用上應(yīng)充分注意。
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器注意事項(xiàng)
（1）安裝
安裝時(shí)不要給軸施加的沖擊。
編碼器軸與機(jī)器的連接，應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時(shí)，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷，或造成撥芯現(xiàn)象，因此，要特別注意。
軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小，可大大延長(zhǎng)軸承壽命。
不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長(zhǎng)期浸在水、油中，表面有水、油時(shí)應(yīng)擦拭干凈。
（2）振動(dòng)
加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動(dòng)，往往會(huì)成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此，應(yīng)對(duì)設(shè)置場(chǎng)所、安裝場(chǎng)所加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動(dòng)的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時(shí)，加在軸或本體上的振動(dòng)使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生誤脈沖。
（3）關(guān)于配線和連接
誤配線，可能會(huì)損壞內(nèi)部回路，故在配線時(shí)應(yīng)充分注意：
① 配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進(jìn)行，電源接通時(shí)，若輸出線接觸電源，則有時(shí)會(huì)損壞輸出回路。
② 若配線錯(cuò)誤，則有時(shí)會(huì)損壞內(nèi)部回路，所以配線時(shí)應(yīng)充分注意電源的性等。
3 若和高壓線、動(dòng)力線并行配線，則有時(shí)會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作成損壞，所以要分離開另行配線。
④ 延長(zhǎng)電線時(shí)，應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)，有問題時(shí)，采用施密特回路等對(duì)波形進(jìn)行整形。
⑤ 為了避免感應(yīng)噪聲等，要盡量用zui短距離配線。向集成電路輸入時(shí)，特別需要注意。
6 電線延長(zhǎng)時(shí)，因?qū)w電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時(shí)間加長(zhǎng)，容易產(chǎn)生信間的干擾（串音），因此應(yīng)用電阻小、線間電容低的電線（雙絞線、屏蔽線）。
對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信輸出的編碼器，信傳輸距離可達(dá)300米
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和特點(diǎn)
旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度位移傳感器。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信。該信經(jīng)后繼電路理后，輸出脈沖或代碼信。其特點(diǎn)是體積小，重量輕，品種多，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩(wěn)定，可靠使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
1、增量式編碼器
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的相位輸出。其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減，需借助后部的判向電路和計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)多圈的無限累加和測(cè)量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖的Z信，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖已固定，而需要提高分辨率時(shí)，可利用帶90度相位差A(yù)，B的兩路信，對(duì)原脈沖數(shù)進(jìn)行倍頻。
2、值編碼器
值編碼器軸旋轉(zhuǎn)器時(shí)，有與位置一一對(duì)應(yīng)的代碼（二進(jìn)制，BCD碼等）輸出，從代碼大小的變更即可判別正反方向和位移所的位置，而無需判向電路。它有一個(gè)零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開機(jī)重新測(cè)量時(shí)，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置地代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。一般情況下值編碼器的測(cè)量范圍為0～360度，但特殊型也可實(shí)現(xiàn)多圈測(cè)量。
3、正弦波編碼器
正弦波編碼器也屬于增量式編碼器，主要的區(qū)別在于輸出信是正弦波模擬量信，而不是數(shù)字量信。它的出現(xiàn)主要是為了滿足電氣領(lǐng)域的需要－用作電動(dòng)機(jī)的反饋檢測(cè)元件。在與其它系統(tǒng)相比的基礎(chǔ)上，人們需要提高動(dòng)態(tài)特性時(shí)可以采用這種編碼器。
為了保證良好的電機(jī)控制性能，編碼器的反饋信必須能夠大量的脈沖，尤其是在轉(zhuǎn)速很低的時(shí)候，采用傳統(tǒng)的增量式編碼器產(chǎn)生大量的脈沖，從許多方面來看都有問題，當(dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)（6000rpm）時(shí)，傳輸和理數(shù)字信是困難的。在這種情況下，理給伺服電機(jī)的信所需帶寬（例如編碼器每轉(zhuǎn)脈沖為10000）將很容易地超過MHz門限；而另一方面采用模擬信大大減少了上述麻煩，并有能力模擬編碼器的大量脈沖。這要感謝正弦和余弦信的內(nèi)插法，它為旋轉(zhuǎn)角度了計(jì)算方法。這種方法可以獲得基本正弦的高倍增加，例如可從每轉(zhuǎn)1024個(gè)正弦波編碼器中，獲得每轉(zhuǎn)超過1000，000個(gè)脈沖。接受此信所需的帶寬只要稍許大于100KHz即已足夠。內(nèi)插倍頻需由二次系統(tǒng)完成。
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信
1、信序列
一般編碼器輸出信除A、B兩相（A、B兩通道的信序列相位差為90度）外，每轉(zhuǎn)一圈還輸出一個(gè)零位脈沖Z。。
當(dāng)主軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，按下圖輸出脈沖，A通道信位于B通道之前；當(dāng)主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A通道信則位于B通道之后。從而由此判斷主軸是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。
正弦輸出編碼器輸出的差分信如下圖所示：
、零位信
2
編碼器每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)一個(gè)脈沖，稱之為零位脈沖或標(biāo)識(shí)脈沖，零位脈沖用于決定零位置或標(biāo)識(shí)位置。要準(zhǔn)確測(cè)量零位脈沖，不論旋轉(zhuǎn)方向，零位脈沖均被作為兩個(gè)通道的高位組合輸出。由于通道之間的相位差的存在，零位脈沖僅為脈沖長(zhǎng)度的一半。
3、預(yù)警信
有的編碼器還有報(bào)警信輸出，可以對(duì)電源故障，發(fā)光二管故障進(jìn)行報(bào)警，以便用戶及時(shí)更編碼器。
一 NPN/PNP開路集電輸出（NPN/PNP Open Collector）：
zui基本的輸出方式，抗干擾能力差，輸出有效距離短。在旋轉(zhuǎn)編碼器中用于增量型編碼器輸出，現(xiàn)已較少使用。
傳輸介質(zhì)：導(dǎo)線，光纖，無線電
高頻特性：佳
右圖為NPN開路集電集輸出。
二 線驅(qū)動(dòng)（TTL/RS422）
對(duì)稱的正負(fù)信輸出，抗干擾能力強(qiáng)，zui大傳輸距離1000m.
傳輸介質(zhì)：雙絞線
高頻特性：佳
在旋轉(zhuǎn)編碼器乃至現(xiàn)今工業(yè)控制系統(tǒng)作為電氣連接接口使用非常普遍。
三 推挽輸出（Push-Pull）：
組合了PNP和NPN兩種輸出，對(duì)稱的正負(fù)信輸出，可以方便地駁接單端接收，抗干擾能力強(qiáng)，（差分接收）；zui大傳輸距離100m。
傳輸介質(zhì)：雙絞線（差分接收）；導(dǎo)線，光纖，無線電（單端接收）。
高頻特性：好
四 其它：
其它的接口方式還有RS232（C），RS485以及編碼器常用的SSI，各種現(xiàn)場(chǎng)總路線（如Profibus,Devicenet,CANopen等）。
SICK施克旋轉(zhuǎn)編碼器常用術(shù)語
■輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)
旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù)發(fā)，對(duì)于光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，通常與旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部的光柵的槽數(shù)相同（也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的2倍4倍）。
■分辨率
分辨率表示旋轉(zhuǎn)編碼器的主軸旋轉(zhuǎn)一周，讀出位置數(shù)據(jù)的zui大等分?jǐn)?shù)。值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當(dāng)前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當(dāng)于增量型的“輸出脈沖/轉(zhuǎn)" 。
■光柵
光學(xué)式旋轉(zhuǎn)編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽；如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條（槽）。槽數(shù)少的場(chǎng)合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請(qǐng)注意，不要將沖擊施加于編碼器上。
■zui大響應(yīng)頻率
是在1秒內(nèi)能響應(yīng)的zui大脈沖數(shù)
（例：zui大響應(yīng)頻率為2KHz，即1秒內(nèi)可響應(yīng)2000個(gè)脈沖）
公式如下
zui大響應(yīng)轉(zhuǎn)速（rpm）/60×（脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）=輸出頻率Hz
■zui大響應(yīng)轉(zhuǎn)速
是可響應(yīng)的zui高轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖可響應(yīng)公式如下：
zui大響應(yīng)頻率（Hz）/ （脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）×60=軸的轉(zhuǎn)速rpm
■輸出波形
輸出脈沖（信）的波形。
■輸出信相位差
二相輸出時(shí)，二個(gè)輸出脈沖波形的相對(duì)的的時(shí)間差。
■輸出電壓
指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會(huì)因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請(qǐng)參照輸出電流特性圖
■起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
使于靜止?fàn)顟B(tài)的編碼器軸旋轉(zhuǎn)必要的力矩。一般情況下運(yùn)轉(zhuǎn)中的力矩要比起動(dòng)力矩小。
■軸允許負(fù)荷
表示可加在軸上的zui大負(fù)荷，有徑向和軸向負(fù)荷兩種。徑向負(fù)荷對(duì)于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關(guān)；軸向負(fù)荷對(duì)軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關(guān)。這兩個(gè)力的大小影響軸的機(jī)械壽命
■軸慣性力矩
該值表示旋轉(zhuǎn)軸的慣量和對(duì)轉(zhuǎn)速變化的阻力
■轉(zhuǎn)速
該速度指示編碼器的機(jī)械載荷限制。如果超出該限制，將對(duì)軸承使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，另外信也可能中斷。
■格雷碼
格雷碼是數(shù)據(jù)，因?yàn)槭菃卧嚯x和循環(huán)碼，所以很安全。每步只有一位變化。數(shù)據(jù)理時(shí)，格雷碼須轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼。
■工作電流
指通道允許的負(fù)載電流。
■工作溫度
參數(shù)表中提到的數(shù)據(jù)和公差，在此溫度范圍內(nèi)是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會(huì)損壞。當(dāng)恢復(fù)工作溫度又能達(dá)到技術(shù)規(guī)范
■工作電壓