從增量值編碼器到絕對值多圈編碼器
2010-05-18 11:01:32
從增量式編碼器到絕對式編碼器
增量值旋轉(zhuǎn)編碼器，也叫圓光柵、脈沖碼盤，從這些名稱可以知道，它是圓形的光柵刻線碼盤，旋轉(zhuǎn)后通過光通量的明暗變化，產(chǎn)生脈沖，通過外部設(shè)備的計數(shù)脈沖，來增量地加（或減）脈沖數(shù)而測得旋轉(zhuǎn)的角度。例如，圓光柵每周刻有360條刻線，每個刻線產(chǎn)生的一個脈沖就相當(dāng)于1度，測得脈沖累計增加30個，就是正向選轉(zhuǎn)了30度。
增量型編碼器碼盤示意圖：
實際上讀取這些刻線的光眼有兩個（或有四個），兩個光眼各自輸出A相于B相，用以判斷刻線是從哪個方向過來的，是A提前于B，還是B提前于A，就像人的左右眼，從而知道編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，這樣，判斷脈沖的計數(shù)是增還是減，從而獲得真實的旋轉(zhuǎn)角度。
在實際使用中，A相與B相的位置相差1/4個脈沖周期，這樣，從正方向過來是1/4周期差，而從反方向過來就是3/4，可用于判斷旋轉(zhuǎn)方向。如果以一個脈沖周期為360度“相位”角，這樣的1/4就是90度相位差，而3/4就是270度相位差。另外，旋轉(zhuǎn)編碼器每圈還有一個單獨(dú)的刻線，相當(dāng)于零位（Zero），也稱為Z相，用于讀取每周的起始點(diǎn)。
這些圓光柵碼盤，最早是由圓金屬片刻蝕獲得，而金屬刻蝕精度有限，轉(zhuǎn)而用玻璃鍍膜刻蝕，玻璃碼盤的精度是最高的，但易碎。對于一些經(jīng)濟(jì)型的編碼器，也有用塑料菲林做的，近期有新技術(shù)用樹脂材料，與玻璃碼盤一樣的加工工藝，可在較高精度與穩(wěn)定性的情況下，而相比玻璃碼盤不易損壞，這可能是大工業(yè)批量化生產(chǎn)的趨勢。
旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。實際上，工業(yè)控制由于使用的設(shè)備越來越多，干擾信號越來越多而且越來越復(fù)雜，對于增量信號更多的是干擾信號對于脈沖的多計與漏計無從判斷，造成累計誤差。
解決的方法是增加外部參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置），有些是連續(xù)工作而不允許經(jīng)常去找零的，于是就有了絕對值編碼器的出現(xiàn)。
絕對編碼器光碼盤上有許多道由里至外的刻線碼道，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n個光眼讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方變化的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，每個位置的編碼是唯一、絕對的，所以稱為絕對值編碼器。它不受停電、干擾的影響。
絕對值編碼器由機(jī)械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就可以去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。
從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器
旋轉(zhuǎn)單圈絕對值編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各碼道刻線，以獲取唯一的一組編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈絕對式編碼器。
如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。
早先的多圈計算，是每轉(zhuǎn)超過360度，在計數(shù)器內(nèi)增加一個圈數(shù)計數(shù)（計圈的方法類似于增量編碼器），但這種方法在編碼器如停在360度附近停電或受干擾就很危險，有可能漏過了計圈而編碼相差一圈，也有用編碼器內(nèi)置電池來計圈的，但電池的壽命、振動接觸、低溫失效等問題，仍然是危險的。有些電池以間隙式工作來延長壽命，但間隙式工作對于編碼器轉(zhuǎn)動的速度就有限制。這些方法，對于多圈絕對的使用，是有很大風(fēng)險的。
真實多圈絕對值編碼器：編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，增加了一組機(jī)械齒輪組碼盤，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時，通過齒輪傳動另一組齒輪碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為真實多圈絕對值編碼器，對于多圈的數(shù)值，同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。
多圈編碼器另一個優(yōu)點(diǎn)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(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。
過去，絕對值齒輪組真多圈編碼器主要有歐美編碼器廠家生產(chǎn)，而現(xiàn)在，上海精浦機(jī)電有限公司也已
