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工業(yè)機器人編碼器的分類和應用解析

更新時間:2020-7-15 15:10:47 瀏覽次數(shù):7229

一般而言,,設計工業(yè)機器人時會使用兩種編碼器:光學與磁性編碼器,。那么什么是編碼器呢,?


編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數(shù)據(jù)進行編制,、轉換為可用以通訊,、傳輸和存儲的信號形式的設備,。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號,前者稱為碼盤,,后者稱為碼尺,。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類,。


增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,,再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖,用脈沖的個數(shù)表示位移的大小,。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼,,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關,。

一,、編碼器的分類


根據(jù)檢測原理,,編碼器可分為光學式,、磁式、感應式和電容式,,根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式,,可分為增量式、絕對式以及混合式三種,。


1,、 增量式編碼器:


增量式編碼器是直接利用光電轉換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相,;A,、B兩組脈沖相位差90度,從而可方便的判斷出旋轉方向,,而Z相為每轉一個脈沖,,用于基準點定位。它的優(yōu)點是原理構造簡單,,機械平均壽命可在幾萬小時以上,,抗干擾能力強,可靠性高,適合于長距離傳輸,。其缺點是無法輸出軸轉動的絕對位置信息,。


2、 絕對式編碼器:


絕對式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器,,在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤,,每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道的扇區(qū)樹木是雙倍關系,,碼盤上的碼道數(shù)是它的二進制數(shù)碼的位數(shù),,在碼盤的一側是光源,另一側對應每一碼道有一光敏元件,,當碼盤處于不同位置時,,各光敏元件根據(jù)受光照與否轉換出相應的電平信號,形成二進制數(shù),。這種編碼器的特點是不要計數(shù)器,,在轉軸的任意位置都可讀書一個固定的與位置相對應的數(shù)字碼。顯然,,碼道必須N條碼道,。目前國內(nèi)已有16位的絕對編碼器產(chǎn)品。


3,、混合式絕對編碼器:


混合式絕對編碼器,,它輸出兩組信息,一組信息用于檢測磁極位置,,帶有絕對信息功能,;另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。


二,、光電編碼器的應用


增量型編碼器與絕對型編碼器區(qū)別


1,、角度測量


汽車駕駛模擬器,對方向盤旋轉角度的測量選用光電編碼器作為傳感器,。重力測量儀,,采用光電編碼器,把他的轉軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連,,扭轉角度儀,,利用編碼器測量扭轉角度變化,如扭轉實驗機,、漁竿扭轉釣性測試等,。擺錘沖擊實驗機,利用編碼器計算沖擊是擺角變化,。


2,、長度測量


計米器,,利用滾輪周長來測量物體的長度和距離。

拉線位移傳感器,,利用收卷輪周長計量物體長度距離,。

聯(lián)軸直測,與驅動直線位移的動力裝置的主軸聯(lián)軸,,通過輸出脈沖數(shù)計量,。

介質(zhì)檢測,在直齒條,、轉動鏈條的鏈輪,、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。


3,、速度測量


線速度,,通過跟儀表連接,測量生產(chǎn)線的線速度

角速度,,通過編碼器測量電機,、轉軸等的速度測量


4、位置測量


機床方面,,記憶機床各個坐標點的坐標位置,,如鉆床等

自動化控制方面,控制在牧歌位置進行指定動作,。如電梯,、提升機等


5、同步控制


通過角速度或線速度,,對傳動環(huán)節(jié)進行同步控制,,以達到張力控制


三、增量型編碼器(旋轉型)

1,、工作原理:


由一個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,獲得四組正弦波信號組合成A,、B,、C、D,,每個正弦波相差90度相位差(相對于一個周波為360度),,將C、D信號反向,,疊加在A,、B兩相上,,可增強穩(wěn)定信號;另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位,。


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與反轉,,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,,金屬碼盤直接以通和不通刻線,,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數(shù)量級,塑料碼盤是經(jīng)濟型的,,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360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率,也稱解析分度,、或直接稱多少線,,一般在每轉分度5~10000線。


2,、信號輸出:


信號輸出有正弦波(電流或電壓),,方波(TTL、HTL),,集電極開路(PNP,、NPN),推拉式多種形式,,其中TTL為長線差分驅動(對稱A,,A-;B,B-;Z,,Z-),,HTL也稱推拉式,、推挽式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應,。


信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器,、PLC、計算機,,PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,,開關頻率有低有高。

如單相聯(lián)接,,用于單方向計數(shù),,單方向測速。

A.B兩相聯(lián)接,,用于正反向計數(shù),、判斷正反向和測速。

A,、B,、Z三相聯(lián)接,用于帶參考位修正的位置測量,。

A,、A-,B,、B-,,Z、Z-連接,,由于帶有對稱負信號的連接,,電流對于電纜貢獻的電磁場為0,衰減最小,,抗干擾最佳,,可傳輸較遠的距離。

對于TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,,信號傳輸距離可達150米,。

對于HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米,。


3,、增量式編碼器的問題:


增量型編碼器存在零點累計誤差,抗干擾較差,,接收設備的停機需斷電記憶,開機應找零或參考位等問題,,這些問題如選用絕對型編碼器可以解決,。

增量型編碼器的一般應用:


測速,,測轉動方向,測移動角度,、距離(相對),。


四、絕對型編碼器(旋轉型)


絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線,,每道刻線依次以2線,、4線、8線,、16 線……編排,,這樣,在編碼器的每一個位置,,通過讀取每道刻線的通,、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼),,這就稱為n位絕對編碼器,。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的,它不受停電,、干擾的影響,。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的,它無需記憶,,無需找參考點,,而且不用一直計數(shù),什么時候需要知道位置,,什么時候就去讀取它的位置,。這樣,編碼器的抗干擾特性,、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了,。


五、單圈絕對值編碼器與多圈絕對值編碼器


旋轉單圈絕對值編碼器,,以轉動中測量光電碼盤各道刻線,,以獲取唯一的編碼,當轉動超過360度時,,編碼又回到原點,,這樣就不符合絕對編碼唯一的原則,這樣的編碼只能用于旋轉范圍360度以內(nèi)的測量,,稱為單圈絕對值編碼器,。


如果要測量旋轉超過360度范圍,就要用到多圈絕對值編碼器,。


編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理,,當中心碼盤旋轉時,,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),,在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼,,以擴大編碼器的測量范圍,這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器,,它同樣是由機械位置確定編碼,,每個位置編碼唯一不重復,而無需記憶,。


多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大,,實際使用往往富裕較多, 這樣在安裝時不必要費勁找零點,, 將某一中間位置作為起始點就可以了,,而大大簡化了安裝調(diào)試難度。(來源:機器人在線)