伺服電機編碼器

伺服電機編碼器是安裝在伺服電機上用來測量磁極位置和伺服電機轉角及轉速的一種感測器，從物理介質的不同來分，伺服電機編碼器可以分為光電編碼器和磁電編碼器，另外旋轉變壓器也算一種特殊的伺服編碼器，市場上使用的基本上是光電編碼器，不過磁電編碼器作為後起之秀，有可靠，價格便宜，抗污染等特點，有趕超光電編碼器的趨勢。

基本介紹

• 中文名：伺服電機編碼器
• OC輸出：三極體輸出
• 推輓輸出：接口連線方便
• 分類：abz uvw

原理

伺服編碼器這個基本的功能與普通編碼器是一樣的，比如絕對型的有A,A反，B，B反，Z，Z反等信號，除此之外，伺服編碼器還有著跟普通編碼器不同的地方，那就是伺服電機多數為同步電機，同步電機啟動的時候需要知道轉子的磁極位置，這樣才能夠大力矩啟動伺服電機，這樣需要另外配幾路信號來檢測轉子的當前位置，比如增量型的就有UVW等信號，正因為有了這幾路檢測轉子位置的信號，伺服編碼器顯得有點複雜了，以致一般人弄不懂它的道理了，加上有些廠家故意掩遮一些信號，相關的資料不齊全，就更加增添了伺服電機編碼器的神秘色彩。

由於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，通過零位脈衝，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、塑膠，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由於金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級，塑膠碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

解析度—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為解析度，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5~10000線。

輸出信號

1、OC輸出：就是平常說的三極體輸出，連線需要考慮輸入阻抗和電路迴路問題.

2、電壓輸出：其實也是OC輸出一種格式，不過內置了有源電路.

3、推輓輸出：接口連線方便，不用考慮NPN和PNP問題.

4、差動輸出：抗干擾好，傳輸距離遠，大部分伺服編碼器採用這種輸出.

分類

增量編碼除了普通編碼器的ABZ信號外，增量型伺服編碼器還有UVW信號，國產和早期的進口伺服大都採用這樣的形式，線比較多。

增量式編碼器以轉動時輸出脈衝，通過計數設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電後，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈衝過程中，也不能有干擾而丟失脈衝，不然，計數設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現後才能知道。

解決的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。

比如，印表機掃瞄器的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然後才工作。

這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機後就要知道準確位置），於是就有了絕對編碼器的出現。

絕對型旋轉光電編碼器，因其每一個位置絕對唯一、抗干擾、無需掉電記憶，已經越來越廣泛地套用於各種工業系統中的角度、長度測量和定位控制。

絕對編碼器碼盤上有許多道刻線，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的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數，什麼時候需要知道位置，什麼時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。

由於絕對編碼器在定位方面明顯地優於增量式編碼器，已經越來越多地套用於伺服電機上。絕對型編碼器因其高精度，輸出位數較多，如仍用並行輸出，其每一位輸出信號必須確保連線很好，對於較複雜工況還要隔離，連線電纜芯數多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對編碼器在多位數輸出型，一般均選用串列輸出或匯流排型輸出，德國生產的絕對型編碼器串列輸出最常用的是SSI（同步串列輸出）。

從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器　旋轉單圈絕對式編碼器，以轉動中測量光碼盤各道刻線，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，這樣的編碼器只能用於旋轉範圍360度以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。如果要測量旋轉超過360度範圍，就要用到多圈絕對式編碼器。

編碼器生產廠家運用鐘錶齒輪機械的原理，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的編碼，以擴大編碼器的測量範圍，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複，而無需記憶。

多圈編碼器另一個優點是由於測量範圍大，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試難度。多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優勢明顯，歐洲新出來的伺服電機基本上都採用多圈絕對值型編碼器。

正餘弦

由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取,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（相對於一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個Z相脈衝以代表零位參考位。

普通的正餘弦編碼器具備一對正交的sin，cos 1Vp-p信號，相當於方波信號的增量式編碼器的AB正交信號，每圈會重複許許多多個信號周期，比如2048等；以及一個窄幅的對稱三角波Index信號，相當於增量式編碼器的Z信號，一圈一般出現一個；這種正餘弦編碼器實質上也是一種增量式編碼器。另一種正餘弦編碼器除了具備上述正交的sin、cos信號外，還具備一對一圈只出現一個信號周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信號，如果以C信號為sin，則D信號為cos，通過sin、cos信號的高倍率細分技術，不僅可以使正餘弦編碼器獲得比原始信號周期更為細密的名義檢測解析度，比如2048線的正餘弦編碼器經2048細分後，就可以達到每轉400多萬線的名義檢測解析度，當前很多歐美伺服廠家都提供這類高解析度的伺服系統，而國內廠家尚不多見；此外帶C、D信號的正餘弦編碼器的C、D信號經過細分後，還可以提供較高的每轉絕對位置信息，比如每轉2048個絕對位置，因此帶C、D信號的正餘弦編碼器可以視作一種模擬式的單圈絕對編碼器。 9 g0 n9

正餘弦伺服電機編碼器的優點是不用採用高頻率的通訊即可讓伺服驅動器獲得高精度的細分，這樣降低了硬體要求，同時由於有單圈角度信號，可以讓伺服電機啟動平穩，啟動力矩大。

維修更換

對位麻煩是伺服編碼器維修和更換的技術難點，由於一般伺服電機廠家為了技術保密和防止競爭對手仿製它們的產品，都不公開伺服編碼器的磁極原點對位原理，而且每家公司的伺服編碼器對位原理都不一樣，這樣給伺服編碼器的維修帶來麻煩，一般採用跟一台好的編碼器比較的方法進行破解，這樣對一般維修公司是一種大的挑戰，維修過程不再是傳統的萬用表能夠解決問題了，需要採用數據域的維修理念來進行。另外修理過程中不要輕易拆開編碼器的碼盤和電路，不然可能好的東西都被搞壞了。

注意事項

安裝時不要給軸施加直接的衝擊。

伺服電機編碼器軸與機器的連線，應使用柔性連線器。在軸上裝連線器時，不要硬壓入。即使使用連線器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷，或造成撥芯現象，要特別注意。

軸承壽命與使用條件有關，受軸承荷重的影響特別大。如軸承負荷比規定荷重小，可大大延長軸承壽命。

不要將編碼器進行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產品不宜長期浸在水、表面有水、油時應擦拭乾淨。

振動

加在編碼器上的振動，往往會成為誤脈衝發生的原因。因此，應對設定場所、安裝場所加以注意。每轉發生的脈衝數越多，旋轉槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動的影響。在低速旋轉或停止時，加在軸或本體上的振動使旋轉槽圓盤抖動，可能會發生誤脈衝。

配線連線

① 配線應在電源OFF狀態下進行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出迴路。

② 若配線錯誤，則有時會損壞內部迴路，所以配線時應充分注意電源的極性等。

③若和高壓線、動力線並行配線，則有時會受到感應造成誤動作而損壞，所以要分離開另行配線。

④ 延長電線時，應在10m以下。並且由於電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長，有問題時，採用施密特迴路等對波形進行整形。

⑤ 為了避免感應噪聲等，要儘量用最短距離配線。向積體電路輸入時，特別需要注意。

⑥電線延長時，因導體電阻及線間電容的影響，波形的上升、下降時間加長，容易產生信號間的干擾（串音），因此套用電阻小、線間電容低的電線（雙絞線、禁止線）。

選型注意

一．伺服電機的外形尺寸：38MM,58MM,66MM,80MM.100MM.
二．伺服電機編碼器分為：單圈，多圈。
三．伺服電機編碼器按原理分為：磁絕對值編碼器，光電絕對值編碼器
四．伺服電機編碼器出線方式分為：側出線，後出線
五．伺服電機編碼器軸分為：6MM,8MM,10MM,12MM,14MM,25MM.
六．伺服電機編碼器分為：軸，盲孔，通孔。
七．伺服電機編碼器防護分為：IP54-68.
八．安裝方式分為：夾緊法蘭、同步法蘭、夾緊帶同步法蘭、盲孔（彈簧片，抱緊）、通孔（彈簧片，鍵銷）
九．絕對值編碼器精度分為：單圈精度和多圈精度，加起來是總精度，也就是通常的多少位（常規24位，25位，30位，32位。。。。）。
十．絕對值編碼器通訊協定波特率：4800~115200 bit/s，默認為9600 bit/s。刷新周期約1.5ms
十一.編碼器輸出可選：SSI、4-20MA、profibus-dp、DEVicenet、並行、二進制碼、、BiSS、ISI、CANopen、Endat及Hiperface等