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光电编码器

 光电编码器技术
常用的光电式编码器为增量光电编码器,亦称光电码盘、光电脉冲发生器、光电脉冲编码器等,它把机械转角变成电脉冲,是数控机床上常用的一种角位移检测元件,也可用于角速度检测。从名字我们能知道,光电编码器是通过光线来检测位置信号的。一个光电编码器主要包含四种原件:
  •  光源(通常为LED)
  •  传感器
  •  可旋转的码盘
  •  遮光掩码盘
在与被测轴同心的码盘上刻制了按一定编码规则形成的遮光和透光的轨道。码盘的一边是发光LED,另一边则是接收光线的传感器。码盘随着被测轴的转动使得透过码盘的光束产生间断,通过光电器件的接收和电路的处理,产生特定电信号的输出,再经过数字处理可计算出位置和速度信息。
在光电编码器中每个传感器用于一路信号的检测。一条码道可以配合两个传感器进行检测,这两个传感器检测出来的信号会有一定的相位偏差。从这组带相位差的信号我们可以得到更多的信息比如旋转方向。如果我们需要零位信号用于脉冲计数的校正,通常码盘上还会有另一条轨道用于产生零位信号。
采用光学相位阵技术的光电编码器比传统的设计更加可靠。光学相位阵技术的原理是采集多路信号的平均值作为一路信号,所以带来的好处是采集的信号更加稳定可靠,适合应用在一些更复杂的环境当中,例如采矿,重型机械等。因为在这些环境中振动和冲击会影响传统编码器的信号采集。另外采用光学相位阵技术的编码器在安装精度上的要求也比传统光学编码器要低。
光电编码器的测量精度
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°/狭缝数。如条纹数为1024,则分辨角α=360°/1024=0.352°。光电编码器的输出信号A、和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由倍频前的0.004mm提高到0.001mrn。光电式编码器的优点是没有接触磨损,码盘寿命长,允许转速高,而且最外圈每片宽度可做得很小,因而精度高。缺点是结构复杂,价格相对要高,光源寿命偏短。
光学编码器的应用
增量式光电编码器按每转发出的脉冲数的多少来分有多种型号,比如数控机床最常用的如下表所列,根据数控机床丝杠螺距来选用。
脉冲编码器 每转脉冲移动量(mm)
2000脉冲/r 2,3,4,6,8
2500脉冲/r 5,10
3000脉冲/r 3,6,12
 
为了适应高速、高精度数字伺服系统的需要,先后又发展了高分辨率的光电脉冲编码器。现在已有使用每转发出10万乃至几百万个脉冲的编码器,该类光电脉冲编码器装置内部应用了微处理器。
光学编码器通过特殊的设计可以达到非常高的精度,单圈分辨率也可以超过4百万个脉冲。这些优势使得光学编码器在很多对分辨率要求很高的场合占有一席之地,例如:电脑的鼠标,复印机或是医疗机械。通过光学相位阵技术的应用,光电编码器也可以在更恶劣的环境中使用,例如塔基。
尽管在一些极端恶劣的环境下我们可能会考虑磁性编码器,但我们需要考虑一个问题:究竟是光电编码器的精度和分辨率对我们的系统更重要,还是磁性编码器的可靠性更重要。