光電編碼器的原理及其應(yīng)用

光電編碼器的原理及其應(yīng)用

常用的光電編碼器是增量光電編碼器，也稱為光電編碼器、光電脈沖編碼器、光電脈沖編碼器等。它們將機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為電脈沖，常用作數(shù)控機(jī)床上的角度路徑識(shí)別部件。它們也可以用于角速度檢測。從這個(gè)名字我們可以知道光電編碼器通過光檢測位置信號(hào)。光電編碼器主要由四個(gè)部件組成：

  光源（通常為LED）
  傳感器
  可旋轉(zhuǎn)的碼盤
  遮光掩碼盤

根據(jù)某些編碼規(guī)則形成的遮光透明軌道被刻在與測量軸同心的碼盤上。編碼器的一側(cè)是發(fā)光的LED，另一側(cè)是接收光的傳感器。測量軸的旋轉(zhuǎn)會(huì)在流經(jīng)碼盤的光束中產(chǎn)生不連續(xù)性。通過接收光電子器件和電路準(zhǔn)備，產(chǎn)生特定的電信號(hào)進(jìn)行輸出，然后可以使用數(shù)字處理來計(jì)算位置和速度信息。



在光電編碼器中，每個(gè)傳感器用于捕獲信號(hào)。一個(gè)條形碼軌跡可以通過兩個(gè)傳感器進(jìn)行檢測，并且這兩個(gè)傳感器檢測到的信號(hào)具有一定的相位偏差。從這組有相位差的信號(hào)中，我們可以得到更多的信息，比如旋轉(zhuǎn)的方向。如果我們需要一個(gè)零信號(hào)來進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)校正，那么編碼器上通常有另一個(gè)軌道來生成零信號(hào)。

采用光學(xué)相位陣列技術(shù)的光電編碼器比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更可靠。光學(xué)相位陣列技術(shù)的原理是將多個(gè)信號(hào)的平均值收集為單個(gè)信號(hào)，因此其優(yōu)點(diǎn)是收集的信號(hào)更穩(wěn)定可靠，適用于采礦、重型機(jī)械等更復(fù)雜的環(huán)境。這些環(huán)境中的振動(dòng)和振動(dòng)會(huì)影響傳統(tǒng)編碼器的信號(hào)采集。此外，具有光學(xué)相位陣列技術(shù)的編碼器比傳統(tǒng)光電編碼器具有更低的安裝精度要求。

光電編碼器的測量精度

光電編碼器的測量精度取決于它能分辨的最小角度，這與碼盤圓周上的條紋數(shù)量有關(guān)，即分辨率角度。α＝360°/槽數(shù)。如果條數(shù)為1024，則分辨率角α＝360°/1024＝0.352°。光電編碼器的輸出信號(hào)A、B為差分信號(hào)。差分信號(hào)顯著提高了傳輸?shù)母蓴_防護(hù)能力。在CNC系統(tǒng)中，上述信號(hào)經(jīng)常經(jīng)過倍頻以進(jìn)一步提高分辨率。例如，配備2000脈沖/r光電編碼器的伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)傾斜8mm的滾珠絲杠，經(jīng)過CNC系統(tǒng)四倍頻率的加工，角度分辨率對(duì)應(yīng)于8000脈沖/r，對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的線性分辨率增加了0.004mm，然后倍頻增加到0001mrn。光電編碼器的優(yōu)點(diǎn)是無接觸磨損、碼盤壽命長、允許速度高，并且可以使外圈寬度非常小，從而獲得高精度。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)較高，光源的使用壽命相對(duì)較短。

光電編碼器的應(yīng)用

基于每轉(zhuǎn)發(fā)射的脈沖數(shù)量，有不同型號(hào)的增量光電編碼器。例如，下表列出了最常用的數(shù)控機(jī)床，這些機(jī)床是根據(jù)數(shù)控機(jī)床的螺紋傾角選擇的。

為了滿足高速、高精度數(shù)字伺服系統(tǒng)的要求，高分辨率光電脈沖編碼器相繼被開發(fā)出來?，F(xiàn)在有編碼器，每轉(zhuǎn)發(fā)射10萬甚至數(shù)百萬個(gè)脈沖，這些光電脈沖編碼器設(shè)備內(nèi)部配備了微處理器。

光電編碼器通過特殊設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非常高的精度，單環(huán)分辨率也可以超過400萬個(gè)脈沖。這些優(yōu)勢使光電編碼器在許多需要高分辨率的情況下占有一席之地，例如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、復(fù)印機(jī)或醫(yī)療機(jī)器。通過使用光學(xué)相位陣列技術(shù)，光電編碼器也可以用于更惡劣的環(huán)境，如塔基。

盡管我們?cè)谝恍O端惡劣的環(huán)境中考慮磁編碼器，但我們需要考慮光電編碼器的精度和分辨率對(duì)我們的系統(tǒng)是否更重要，或者磁編碼器的可靠性是否更重要。

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