模塊數(shù)字式位移檢測(cè)上

1、知識(shí)鏈接知識(shí)鏈接 位置檢測(cè)方式位置檢測(cè)方式 位置測(cè)量主要是指位置測(cè)量主要是指直線位移直線位移和和角位移角位移的的精密測(cè)量精密測(cè)量。 數(shù)字式位置傳感器按測(cè)量方式有數(shù)字式位置傳感器按測(cè)量方式有直接測(cè)量直接測(cè)量和和間接測(cè)間接測(cè) 量量之分；按之分；按測(cè)量原理分測(cè)量原理分，有，有增量式測(cè)量增量式測(cè)量和和絕對(duì)式測(cè)絕對(duì)式測(cè) 量量之分。之分。 一、直接測(cè)量和間接測(cè)量一、直接測(cè)量和間接測(cè)量 若位置傳感器所測(cè)量的對(duì)象就是被測(cè)量本身，即：若位置傳感器所測(cè)量的對(duì)象就是被測(cè)量本身，即： 直線式傳感器直接測(cè)量直線位移直線式傳感器直接測(cè)量直線位移，旋轉(zhuǎn)式傳感器直接旋轉(zhuǎn)式傳感器直接 測(cè)量角位移測(cè)量角位移，則，則該測(cè)量方式為直

2、接測(cè)量該測(cè)量方式為直接測(cè)量。例如用長(zhǎng)光。例如用長(zhǎng)光 柵和長(zhǎng)磁柵測(cè)量直線位移等。柵和長(zhǎng)磁柵測(cè)量直線位移等。 若旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè)若旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè) 量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只是被測(cè)量量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只是被測(cè)量 的中間值的中間值，再由測(cè)量結(jié)果再由測(cè)量結(jié)果 推算出與之關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)部推算出與之關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)部 件的直線位移件的直線位移，則該測(cè)量則該測(cè)量 方式屬于間接測(cè)量方式屬于間接測(cè)量。例如。例如 用角編碼器測(cè)量出機(jī)械絲用角編碼器測(cè)量出機(jī)械絲 杠的旋轉(zhuǎn)角度，再計(jì)算絲杠的旋轉(zhuǎn)角度，再計(jì)算絲 杠上的螺母的直線位移。杠上的螺母的直線位移。 圖圖10-1 直接測(cè)量和間接測(cè)量示意圖直接測(cè)量和間接測(cè)量示意圖 a）直接測(cè)量）直接測(cè)量

3、b）間接測(cè)量）間接測(cè)量 1導(dǎo)軌導(dǎo)軌 2運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)部件 3直線式位置傳感器的隨動(dòng)部件直線式位置傳感器的隨動(dòng)部件 4直線式位置傳感器直線式位置傳感器的固定部件的固定部件 5旋轉(zhuǎn)式位置傳感器旋轉(zhuǎn)式位置傳感器 6絲杠絲杠-螺母副螺母副 7電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 4 直接測(cè)量直接測(cè)量 示意圖示意圖 光柵讀數(shù)頭光柵讀數(shù)頭 光柵尺光柵尺 隨動(dòng)刀具隨動(dòng)刀具 5 間接測(cè)量示意圖間接測(cè)量示意圖 隨動(dòng)刀具隨動(dòng)刀具 直接測(cè)量直接測(cè)量 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 利用角位移利用角位移 傳感器直接測(cè)傳感器直接測(cè) 量工作臺(tái)的角量工作臺(tái)的角 位移位移 直接利用數(shù)字式直線位移傳感器直接利用數(shù)字式直線位移傳感器 測(cè)量直線加工

4、機(jī)床的直線位移量測(cè)量直線加工機(jī)床的直線位移量 直接測(cè)量直接測(cè)量 不會(huì)產(chǎn)生不會(huì)產(chǎn)生 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差 +x 工作臺(tái)工作臺(tái) 運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向 光柵光柵 間接測(cè)量間接測(cè)量 在間接測(cè)量中，在間接測(cè)量中， 多使用旋轉(zhuǎn)式位置多使用旋轉(zhuǎn)式位置 傳感器傳感器。測(cè)量到的測(cè)量到的 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)僅僅回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)僅僅 是中間值是中間值，但可由，但可由 這中間值這中間值再推算出再推算出 與之關(guān)聯(lián)的移動(dòng)部與之關(guān)聯(lián)的移動(dòng)部 件的直線位移件的直線位移。 間接測(cè)量須使用間接測(cè)量須使用 絲杠絲杠- -螺母副螺母副、齒齒 輪輪- -齒條副齒條副等傳動(dòng)等傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。 工作臺(tái)工

5、作臺(tái)絲杠絲杠 編碼器編碼器 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)進(jìn)給電動(dòng)機(jī) ( (伺服伺服或或步進(jìn)步進(jìn)) ) x 齒輪齒輪- -齒條副的位移轉(zhuǎn)換演示齒條副的位移轉(zhuǎn)換演示 . 例例：設(shè)齒輪的分度圓設(shè)齒輪的分度圓直直 徑為徑為200mm ,齒數(shù)齒數(shù)z=100, 傳感器測(cè)得齒輪轉(zhuǎn)過(guò)了傳感器測(cè)得齒輪轉(zhuǎn)過(guò)了 =180度。度。求求： 1）所轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)所轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)N； 2）齒條的齒距齒條的齒距t； 3)齒條所移動(dòng)的距離齒條所移動(dòng)的距離 x。 齒輪齒輪齒條齒條 -x 齒條為直線運(yùn)動(dòng)，齒條為直線運(yùn)動(dòng)， 齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)齒輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) +x 解解： 1）所轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù)所轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù) N=(z360) =(100/360)180 =50 2）齒條

6、的齒距齒條的齒距 t=D/z=6.28mm； 3）齒條所移動(dòng)的距離）齒條所移動(dòng)的距離x=N t= 506.28=314mm.測(cè)出齒輪的角位移測(cè)出齒輪的角位移,就可測(cè)得齒條的直線位移就可測(cè)得齒條的直線位移 D 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠滾珠絲杠- -螺母副螺母副、 齒輪齒輪- -齒條副齒條副等傳動(dòng)等傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。 但應(yīng)設(shè)法消除傳但應(yīng)設(shè)法消除傳 導(dǎo)過(guò)程產(chǎn)生的導(dǎo)過(guò)程產(chǎn)生的間隙間隙 誤差誤差。 齒距齒距t t 齒條齒條 齒輪齒輪 x 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 滾珠滾珠絲杠絲杠- -螺螺 母副能夠母副能夠減小傳減小傳 動(dòng)磨檫力動(dòng)磨檫力，延長(zhǎng)

7、，延長(zhǎng) 使用壽命，減小使用壽命，減小 間隙誤差。間隙誤差。 螺母螺母 絲杠絲杠 x 平均螺距誤差大于平均螺距誤差大于10m 傳動(dòng)分析傳動(dòng)分析 設(shè)：設(shè)：螺距螺距t=4mm，絲杠，絲杠在在4s時(shí)間里時(shí)間里轉(zhuǎn)動(dòng)了轉(zhuǎn)動(dòng)了10圈圈， 求：絲杠的求：絲杠的平均轉(zhuǎn)速平均轉(zhuǎn)速n(r/min)及及螺母移動(dòng)了多少毫螺母移動(dòng)了多少毫 米米？螺母的平均速度螺母的平均速度v又為多少又為多少？ 滾珠滾珠 螺母螺母 絲杠絲杠 螺距螺距t=4mm x N=10圈時(shí)，圈時(shí)， =？度？度 x=？mm 齒輪齒輪-齒條副、齒條副、 螺母絲桿副等螺母絲桿副等直直 線線-旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備 均存在間隙誤差均存在間隙誤差, 特別是從

8、正轉(zhuǎn)切特別是從正轉(zhuǎn)切 換到反轉(zhuǎn)時(shí)換到反轉(zhuǎn)時(shí),間隙間隙 將導(dǎo)致測(cè)量死區(qū)將導(dǎo)致測(cè)量死區(qū), 必須予以補(bǔ)償。必須予以補(bǔ)償。 例例10-1 1 若絲杠的若絲杠的螺距螺距t =6.00mm（當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)一當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)一 圈圈360時(shí)，時(shí)，“單線螺母單線螺母”或或“單頭螺母單頭螺母”移動(dòng)移動(dòng) 的直線距離為的直線距離為6.00mm），），旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè)旋轉(zhuǎn)式位置傳感器測(cè) 得絲杠的旋轉(zhuǎn)角度得絲杠的旋轉(zhuǎn)角度為為7290，求螺母的直線位求螺母的直線位 移移x。 解解 螺母的直線位移螺母的直線位移 x=(7290/360)6mm =121.50mm 1導(dǎo)軌導(dǎo)軌 2運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)部件 5旋轉(zhuǎn)式位置傳感器旋轉(zhuǎn)式位置傳感器 6絲

9、杠絲杠-螺母副螺母副 7電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 【絲杠絲杠- -螺母副位移轉(zhuǎn)換填表訓(xùn)練螺母副位移轉(zhuǎn)換填表訓(xùn)練】 絲杠絲杠-螺母副（單線）螺母副（單線）在在10s時(shí)間里運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)時(shí)間里運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)如下，如下， 請(qǐng)分析、填空（最少保留三位有效數(shù)字）請(qǐng)分析、填空（最少保留三位有效數(shù)字） 螺母的螺距螺母的螺距t /mm 2（細(xì)牙細(xì)牙）6（粗牙粗牙） 絲杠的旋轉(zhuǎn)角絲杠的旋轉(zhuǎn)角 度度/ 180360- -90 - -1000 3600 絲杠轉(zhuǎn)速絲杠轉(zhuǎn)速 /rmin-1 6.00-1.67 螺母的位移螺母的位移 x/mm - -1.00 6.00 螺母的線速度螺母的線速度 v/mmin-1 00.060- -0.030

10、0.360 表表10-110-1 數(shù)字式位置檢測(cè)傳感器的數(shù)字式位置檢測(cè)傳感器的 分類及特點(diǎn)分類及特點(diǎn) 種種 類類工作原理工作原理 測(cè)量范測(cè)量范 圍圍 最高最高 分辨分辨 力力 特特 點(diǎn)點(diǎn) 球柵尺球柵尺 線圈與鋼球線圈與鋼球 感應(yīng)感應(yīng) 10m5m 價(jià)廉，全密封；模擬輸出信號(hào)易受干擾；價(jià)廉，全密封；模擬輸出信號(hào)易受干擾； 可用于直線位移測(cè)量可用于直線位移測(cè)量 接觸編接觸編 碼器碼器 接觸電位接觸電位3605.6 價(jià)廉；碼道數(shù)小于價(jià)廉；碼道數(shù)小于6；易磨損，適合于；易磨損，適合于 靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量 光電編光電編 碼器碼器 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 360 4096 0.3 分辨力較高，響應(yīng)頻率快；適合于普通

11、分辨力較高，響應(yīng)頻率快；適合于普通 機(jī)床等的角位移測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量機(jī)床等的角位移測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量 長(zhǎng)光柵長(zhǎng)光柵光電效應(yīng)光電效應(yīng)3m 1m準(zhǔn)確度和分辨力高；易折斷；用于直線準(zhǔn)確度和分辨力高；易折斷；用于直線 位移的精密測(cè)量位移的精密測(cè)量 圓光柵圓光柵光電效應(yīng)光電效應(yīng)3600.1 分辨力高；適合于精密機(jī)床等要求較高分辨力高；適合于精密機(jī)床等要求較高 的角位移測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量的角位移測(cè)量或轉(zhuǎn)速測(cè)量 長(zhǎng)磁柵長(zhǎng)磁柵磁電感應(yīng)磁電感應(yīng)30m5m 磁柵尺可以按需要剪裁，安裝簡(jiǎn)便，可磁柵尺可以按需要剪裁，安裝簡(jiǎn)便，可 用于大量程位移測(cè)量用于大量程位移測(cè)量 表表10-110-1 數(shù)字式位置檢測(cè)傳感器的數(shù)字式位置檢測(cè)傳感

12、器的 分類及特點(diǎn)（續(xù)）分類及特點(diǎn)（續(xù)） 種種 類類工作原理工作原理 測(cè)量測(cè)量 范圍范圍 最高最高 分辨分辨 力力 特特 點(diǎn)點(diǎn) 圓磁柵圓磁柵磁電感應(yīng)磁電感應(yīng)3601 適合于普通機(jī)床等的角位移測(cè)量或適合于普通機(jī)床等的角位移測(cè)量或 轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量 直線直線 容柵容柵 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)20010m 價(jià)廉；分辨力不高，響應(yīng)頻率慢；價(jià)廉；分辨力不高，響應(yīng)頻率慢； 可用于百分尺、千分尺、標(biāo)高尺等可用于百分尺、千分尺、標(biāo)高尺等 圓容柵圓容柵靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)3600.6 價(jià)廉；分辨力較高，響應(yīng)頻率慢；價(jià)廉；分辨力較高，響應(yīng)頻率慢； 可用于百分表、千分表等可用于百分表、千分表等 磁阻式磁阻式 角編碼角編碼 器器

13、 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng) 360 4096 0.35 價(jià)廉；碼道數(shù)小于價(jià)廉；碼道數(shù)小于10；適用于要求；適用于要求 不高的角位移測(cè)量不高的角位移測(cè)量 二、增量式測(cè)量與絕對(duì)式測(cè)量二、增量式測(cè)量與絕對(duì)式測(cè)量 （1）增量式測(cè)量：）增量式測(cè)量：運(yùn)動(dòng)部件每移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)部件每移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度 單位，位置傳感器便發(fā)出單位，位置傳感器便發(fā)出一個(gè)輸出脈沖一個(gè)輸出脈沖。一個(gè)脈沖所一個(gè)脈沖所 代表的基本長(zhǎng)度單位就是分辨力代表的基本長(zhǎng)度單位就是分辨力。計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行。計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行 計(jì)數(shù)，便可得到位移量。計(jì)數(shù)，便可得到位移量。 光源光源 （1 1）增量式測(cè)量）增量式測(cè)量（續(xù)）（續(xù)） 例例10-2 2 在在圖圖1

14、0-1a中，若增量式測(cè)量系統(tǒng)的中，若增量式測(cè)量系統(tǒng)的每個(gè)脈每個(gè)脈 沖代表沖代表0.01mm，在，在10s時(shí)間里，長(zhǎng)光柵傳感器發(fā)出時(shí)間里，長(zhǎng)光柵傳感器發(fā)出 2000個(gè)脈沖個(gè)脈沖，求：，求： 1）工作臺(tái)的直線位移）工作臺(tái)的直線位移x（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位 為：為：mm）。）。 2）運(yùn)動(dòng)速度）運(yùn)動(dòng)速度v（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位為：（機(jī)床行業(yè)習(xí)慣使用的單位為： m/min）。）。 解解 1）根據(jù)題意，工作臺(tái)每移動(dòng)）根據(jù)題意，工作臺(tái)每移動(dòng)0.01mm，長(zhǎng)光柵傳，長(zhǎng)光柵傳 感器便發(fā)出感器便發(fā)出1個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器就加個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器就加1或減或減1。當(dāng)計(jì)數(shù)值為。當(dāng)計(jì)數(shù)值為 2000時(shí)，

15、工作臺(tái)移動(dòng)了時(shí)，工作臺(tái)移動(dòng)了x =20000.01mm =20.0mm。 2）v=x/t=20.0mm/(10s)=2.00mm/s=0.12m/min。 增量式位置傳感器必須有一個(gè)零位標(biāo)志，作為測(cè)量增量式位置傳感器必須有一個(gè)零位標(biāo)志，作為測(cè)量 起點(diǎn)的零位標(biāo)志起點(diǎn)的零位標(biāo)志。典型的增量式位置傳感器有增量式。典型的增量式位置傳感器有增量式 光電角編碼器、增量式光柵等光電角編碼器、增量式光柵等 增量式傳感器工作原理分析增量式傳感器工作原理分析 在在增量式增量式測(cè)量測(cè)量 中，移動(dòng)部件中，移動(dòng)部件每每 移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng) 度單位，位置傳度單位，位置傳 感器便發(fā)出一個(gè)感器便發(fā)出一個(gè) 測(cè)量信號(hào)測(cè)

16、量信號(hào)，此信，此信 號(hào)通常是脈沖形號(hào)通常是脈沖形 式。這樣，式。這樣，一個(gè)一個(gè) 脈沖脈沖所代表的基所代表的基 本長(zhǎng)度單位就是本長(zhǎng)度單位就是 分辨力分辨力，對(duì)脈沖，對(duì)脈沖 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)，便可得到，便可得到 位移量。位移量。 增量式測(cè)量得到的脈沖波形增量式測(cè)量得到的脈沖波形 （2 2）絕對(duì)式測(cè)量）絕對(duì)式測(cè)量 每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)每一被測(cè)點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的的編碼編碼, ,常以常以二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù) 形式來(lái)表示（形式來(lái)表示（例如例如:10 1011 0010:10 1011 0010）。）。即使斷電之后再即使斷電之后再 重新上電重新上電, ,也能讀出絕對(duì)式測(cè)量傳感器當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)也能讀出絕對(duì)式測(cè)量傳感器

17、當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)。 典型的絕對(duì)式位置傳感器有典型的絕對(duì)式位置傳感器有絕對(duì)式角編碼器。絕對(duì)式角編碼器。 項(xiàng)目一項(xiàng)目一 角編碼器角編碼器 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1了解接觸式角編碼器的原理與編碼方法。了解接觸式角編碼器的原理與編碼方法。 2了解絕對(duì)式和增量式光電角編碼器的工作原理。了解絕對(duì)式和增量式光電角編碼器的工作原理。 技能目標(biāo)技能目標(biāo) 1掌握絕對(duì)式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。掌握絕對(duì)式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。 2掌握增量式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。掌握增量式角編碼器的分辨率與分辨力的計(jì)算。 3掌握增量式角編碼器的掌握增量式角編碼器的M法測(cè)速計(jì)算。法測(cè)速計(jì)

18、算。 任務(wù)一任務(wù)一 認(rèn)識(shí)角編碼器認(rèn)識(shí)角編碼器 角編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器角編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器，它的，它的轉(zhuǎn)軸通常轉(zhuǎn)軸通常 與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸連接與被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸連接，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。角編碼器，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。角編碼器能能 將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼（將被測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼（絕對(duì)式角編碼絕對(duì)式角編碼 器）器）或一串脈沖或一串脈沖（增量式角編碼器）。（增量式角編碼器）。 混合式角混合式角 編碼器編碼器（不僅（不僅 輸出格雷碼，輸出格雷碼， 同時(shí)還輸出增同時(shí)還輸出增 量式脈沖信量式脈沖信 號(hào)），號(hào)），可以同可以同 時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子的時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子的 空間位置與轉(zhuǎn)空間位置與轉(zhuǎn) 速速。 光

19、柵板光柵板 一、絕對(duì)式角編碼器一、絕對(duì)式角編碼器 （將被測(cè)角度直接進(jìn)行編碼將被測(cè)角度直接進(jìn)行編碼） 根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式的不同，有根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式的不同，有接觸式接觸式、光電光電 式式、磁阻式磁阻式等形式。等形式。常用的角編碼器是光電式常用的角編碼器是光電式。 1 1接觸式角編碼器的結(jié)構(gòu)接觸式角編碼器的結(jié)構(gòu) 在一個(gè)不導(dǎo)電基體上，制造出許多有規(guī)律的導(dǎo)電金在一個(gè)不導(dǎo)電基體上，制造出許多有規(guī)律的導(dǎo)電金 屬區(qū)屬區(qū)，圖中的涂黑部分為導(dǎo)電區(qū)，用電平，圖中的涂黑部分為導(dǎo)電區(qū)，用電平“1”表示，表示， 其他部分為絕緣區(qū)，用電平其他部分為絕緣區(qū)，用電平“0”表示。圖中的碼盤分表示。圖中的碼盤分 成成4個(gè)

20、輸出碼道，在每個(gè)碼道上都有一個(gè)電刷，電刷經(jīng)個(gè)輸出碼道，在每個(gè)碼道上都有一個(gè)電刷，電刷經(jīng) 取樣電阻取樣電阻R0R3接地，接地，信號(hào)從電阻的信號(hào)從電阻的“熱端熱端”（非接地（非接地 端）取出端）取出。 圖圖10-2 4位二進(jìn)制位二進(jìn)制接觸式碼盤接觸式碼盤 a）電刷在自然二進(jìn)制碼盤上的位置）電刷在自然二進(jìn)制碼盤上的位置 b）4位位自然二進(jìn)制碼盤自然二進(jìn)制碼盤 c）4位位格雷碼碼盤格雷碼碼盤 1碼盤碼盤 2轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 3導(dǎo)電體導(dǎo)電體 4絕緣體絕緣體 5電刷電刷 6激勵(lì)公用軌道（接電源正極）激勵(lì)公用軌道（接電源正極） 表表10-210-2 4 4位十進(jìn)制數(shù)與位十進(jìn)制數(shù)與 自然二進(jìn)制碼自然二進(jìn)制碼以及以及格

21、雷碼格雷碼的對(duì)照表的對(duì)照表 十進(jìn)十進(jìn) 制數(shù)制數(shù) 自然自然 二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 格雷碼格雷碼 十進(jìn)制十進(jìn)制 數(shù)數(shù) 自然自然 二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 格雷碼格雷碼 000000000810001100 100010001910011101 2001000111010101111 3001100101110111110 4010001101211001010 5010101111311011011 6011001011411101001 7011101001511111000 絕對(duì)式編碼器（接觸式）絕對(duì)式編碼器（接觸式）演示演示 4 4個(gè)電刷個(gè)電刷 4 4位二進(jìn)制位二進(jìn)制 碼盤碼盤 +5V +5V輸入輸入

22、公共碼道公共碼道 最小分辨角度為最小分辨角度為 =360 /2n =36016=22.5 2 2角編碼器的分辨力與分辨率角編碼器的分辨力與分辨率 二進(jìn)制的位數(shù)等于碼道的圈數(shù)（不包括最里面的公二進(jìn)制的位數(shù)等于碼道的圈數(shù)（不包括最里面的公 用軌道）。用軌道）。高位在內(nèi)高位在內(nèi)，低位在外低位在外。 M位二進(jìn)制碼盤就有位二進(jìn)制碼盤就有M圈碼道圈碼道，且，且圓周被均分為圓周被均分為2M 個(gè)區(qū)域個(gè)區(qū)域，分別表示不同的角度位置，所能分辨的角度，分別表示不同的角度位置，所能分辨的角度 （即分辨力）為（即分辨力）為 =360/2M （10-1） 分辨率分辨率=1/2M （10-2） 例例10-3 求求12碼道碼

23、道絕對(duì)式角編碼器的絕對(duì)式角編碼器的分辨力分辨力。 解解 12碼道的絕對(duì)式角編碼器的碼道的絕對(duì)式角編碼器的圓周被均分為圓周被均分為 212=4096個(gè)位置數(shù)個(gè)位置數(shù)，所以能分辨的角度：，所以能分辨的角度： =360/212=5.27 3 3絕對(duì)式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)絕對(duì)式光電角編碼器的結(jié)構(gòu) 圖圖10-3 絕對(duì)式光電角編碼器絕對(duì)式光電角編碼器 a）12碼道光電碼盤的平面結(jié)構(gòu)碼道光電碼盤的平面結(jié)構(gòu) b）4碼道光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系碼道光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系 c）外形）外形 絕對(duì)式光電編碼器結(jié)構(gòu)絕對(duì)式光電編碼器結(jié)構(gòu) a a）光電碼盤的平面結(jié)構(gòu)光電碼盤的平面結(jié)構(gòu)（8 8碼道碼道）

24、b b）光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系（）光電碼盤與光源、光敏元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系（4 4碼道）碼道） 高位高位 低位低位 光電式角編碼器的特點(diǎn)光電式角編碼器的特點(diǎn) 碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道碼盤由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道，在，在 玻璃上沉積很薄的刻線玻璃上沉積很薄的刻線，按一定規(guī)律排列的透光按一定規(guī)律排列的透光和和不不 透光部分透光部分，即，即亮區(qū)亮區(qū)和和暗區(qū)暗區(qū)。當(dāng)光源將光投射在碼盤上。當(dāng)光源將光投射在碼盤上 時(shí)，時(shí)，通過(guò)亮區(qū)的光線由光敏元件接收通過(guò)亮區(qū)的光線由光敏元件接收。光敏元件的排。光敏元件的排 列與碼道一一對(duì)應(yīng)，列與碼道一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)于亮區(qū)的光敏元件輸出為對(duì)應(yīng)

25、于亮區(qū)的光敏元件輸出為 “1”，暗區(qū)的輸出為暗區(qū)的輸出為“0”。當(dāng)碼盤旋至不同位置時(shí)，。當(dāng)碼盤旋至不同位置時(shí)， 光敏元件輸出格雷碼，代表碼盤軸的角位移的大小。光敏元件輸出格雷碼，代表碼盤軸的角位移的大小。 不銹鋼光電碼盤要玻璃碼盤抗振性好不銹鋼光電碼盤要玻璃碼盤抗振性好?，F(xiàn)在也采用?，F(xiàn)在也采用 透明樹脂片鍍膜刻蝕，強(qiáng)度比玻璃碼盤高透明樹脂片鍍膜刻蝕，強(qiáng)度比玻璃碼盤高。 光電碼盤沒(méi)有接觸磨損光電碼盤沒(méi)有接觸磨損，壽命長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，允許轉(zhuǎn)速高允許轉(zhuǎn)速高。 角編碼器信號(hào)輸出有角編碼器信號(hào)輸出有并行輸出并行輸出、串行輸出串行輸出、總線型總線型 輸出輸出等。由于等。由于并行信號(hào)連接線較多并行信號(hào)連接線較多

26、。高位數(shù)及多圈角。高位數(shù)及多圈角 編碼器多數(shù)采用串行或總線型輸出。編碼器多數(shù)采用串行或總線型輸出。 光電脈沖角編碼器示意圖光電脈沖角編碼器示意圖 31 放大、整形放大、整形 絕對(duì)式角編碼器絕對(duì)式角編碼器 絕對(duì)式碼盤與絕對(duì)式碼盤與增量增量 式碼盤式碼盤有何區(qū)別？有何區(qū)別？ 10碼道光電絕對(duì)式碼盤碼道光電絕對(duì)式碼盤 絕對(duì)式角編碼器絕對(duì)式角編碼器 按照角度直接進(jìn)行編按照角度直接進(jìn)行編 碼碼。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和 檢測(cè)方式有檢測(cè)方式有接觸式接觸式、 光電式光電式、磁阻式磁阻式等。等。 透光區(qū)透光區(qū) 不透光區(qū)不透光區(qū) 零位標(biāo)志零位標(biāo)志 絕對(duì)式測(cè)量角編碼器絕對(duì)式測(cè)量角編碼器 每一個(gè)微小的角位每一

27、個(gè)微小的角位 移都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的移都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的編編 碼碼，常以，常以二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù) 形式來(lái)表示。在絕對(duì)形式來(lái)表示。在絕對(duì) 式測(cè)量中，即使中途式測(cè)量中，即使中途 斷電，重新上電之后斷電，重新上電之后， 當(dāng)前位置的二進(jìn)制編當(dāng)前位置的二進(jìn)制編 碼數(shù)據(jù)仍然不變。碼數(shù)據(jù)仍然不變。 10 絕對(duì)式角絕對(duì)式角 編碼器編碼器 自然二進(jìn)制碼自然二進(jìn)制碼 或格雷碼或格雷碼 0 1 其他角編碼器外形其他角編碼器外形 其他角編碼器外形（續(xù)）其他角編碼器外形（續(xù)） 其他角編碼器外形（續(xù)）其他角編碼器外形（續(xù)） 拉線式拉線式角編碼角編碼 器器利用線輪，能利用線輪，能 將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換 成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。成旋轉(zhuǎn)運(yùn)

28、動(dòng)。 E1050-14E1050-14 絕對(duì)式絕對(duì)式 角編碼器的角編碼器的 特性參數(shù)特性參數(shù) . . 位數(shù)位數(shù)14 分辨力分辨力80 最大誤差最大誤差100 外尺寸外尺寸/mm 5040 輸出軸尺寸輸出軸尺寸/mm 612 重量重量/g250 允許轉(zhuǎn)速允許轉(zhuǎn)速/rmin-1200 電源電壓電源電壓/VDC12(5%)，5(5%) 光源光源紅外紅外LED 輸出信號(hào)輸出信號(hào)格雷碼，格雷碼，TTL電平電平 使用溫度使用溫度40+55 工作環(huán)境工作環(huán)境 相對(duì)濕度相對(duì)濕度/（%） 相對(duì)濕度相對(duì)濕度95 （35時(shí)）時(shí)） 振動(dòng)振動(dòng)/g6 沖擊沖擊/g50 4 4多圈角編碼器多圈角編碼器 當(dāng)當(dāng)圖圖10-3所示

29、的絕對(duì)式光所示的絕對(duì)式光電碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)電碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)360時(shí)，時(shí)， 編碼又回到原點(diǎn)編碼又回到原點(diǎn)，稱為單圈絕對(duì)式角編碼器。，稱為單圈絕對(duì)式角編碼器。 如果測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過(guò)如果測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過(guò)360，在斷電時(shí)，可以用鋰電池在斷電時(shí)，可以用鋰電池 來(lái)保持對(duì)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的記憶來(lái)保持對(duì)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的記憶（但不允許在斷電后再旋轉(zhuǎn)（但不允許在斷電后再旋轉(zhuǎn) 一圈以上）。一圈以上）。 也可以采用也可以采用類似于鐘類似于鐘 表的齒輪結(jié)構(gòu)來(lái)記憶圈表的齒輪結(jié)構(gòu)來(lái)記憶圈 數(shù)數(shù)，稱為，稱為多圈絕對(duì)式角多圈絕對(duì)式角 編碼器編碼器。還可以在圖。還可以在圖10-3 所示的碼盤的所示的碼盤的內(nèi)圈內(nèi)圈，增，增 加加粗碼刻度粗碼刻度，可以做到，可

30、以做到 在在4096圈之內(nèi)不重復(fù)輸圈之內(nèi)不重復(fù)輸 出出。 5 5絕對(duì)式角編碼器的絕對(duì)式角編碼器的RS485RS485接線接線 圖圖10-4 絕對(duì)式角編碼器與用戶端的絕對(duì)式角編碼器與用戶端的RS485通信電路通信電路 表表10-4 10碼道角編碼器的碼道角編碼器的接線顏色接線顏色 接接 線線 DC12 24V 20212223242526272829 顏顏 色色 正正:白白 地地:黑黑 棕棕 色色 紅紅 色色 橙橙 色色 黃黃 色色 藍(lán)藍(lán) 色色 紫紫 色色 灰灰 色色 白夾白夾 棕色棕色 白夾白夾 紅色紅色 白夾白夾 橙色橙色 屏蔽線的屏蔽層接到設(shè)備的外殼屏蔽線的屏蔽層接到設(shè)備的外殼 二、增量式

31、角編碼器二、增量式角編碼器 1增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu) 圖圖10-5 增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖(放大圖見下頁(yè)放大圖見下頁(yè)) a）外形）外形 b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu) c）掃描孔板與碼盤、光電）掃描孔板與碼盤、光電 接收器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系接收器之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 1轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 3掃描孔板（光欄板）掃描孔板（光欄板） 4零位標(biāo)志光槽（零位標(biāo)志光槽（Z） 5零位光敏元件零位光敏元件 6碼盤碼盤 7電源及信號(hào)線連接座電源及信號(hào)線連接座 8聚光透鏡聚光透鏡 圖圖10-510-5 增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖增量式光電角編碼器結(jié)構(gòu)示意圖

32、 增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）（續(xù)） b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 3掃描孔板掃描孔板 （光欄板）（光欄板） 4零位標(biāo)志光零位標(biāo)志光 槽（槽（Z） 5零位光敏元零位光敏元 件件 6碼盤碼盤 7電源及信號(hào)電源及信號(hào) 線連接座線連接座 8聚光透鏡聚光透鏡 增量式編碼器結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 盤碼及盤碼及 狹縫狹縫 光敏元件光敏元件 光欄板及辨向用的光欄板及辨向用的A、B狹縫狹縫LED AB C 零位標(biāo)志零位標(biāo)志 A B C 增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)） 增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)增量式光電角編碼器的結(jié)構(gòu)（續(xù)）（續(xù)） 圖圖

33、10-5 b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)）內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 3掃描孔板（光欄板）掃描孔板（光欄板） 4零位標(biāo)志光槽（零位標(biāo)志光槽（Z）5零位光敏元件零位光敏元件 6碼盤碼盤 7電源及信號(hào)線連接座電源及信號(hào)線連接座 8聚光透鏡聚光透鏡 絕對(duì)式光電碼盤與增量式碼盤的區(qū)別絕對(duì)式光電碼盤與增量式碼盤的區(qū)別 絕對(duì)式光電碼盤絕對(duì)式光電碼盤（1212碼道）碼道） 增量式光電碼盤增量式光電碼盤（10241024位位） 高位高位 低位低位 分辨力分辨力 360 /條條 紋數(shù)紋數(shù) 例：條紋數(shù)例：條紋數(shù)1024 360 /1024 0.352 增量式光電編碼器增量式光電編碼器 的的分辨力與分辨力與分辨率分

34、辨率 1轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 2LED 3光欄板光欄板 4零標(biāo)志零標(biāo)志 5光敏元件光敏元件 6碼盤碼盤 7印制電路板印制電路板 8電源及信號(hào)線連接座電源及信號(hào)線連接座 一一個(gè)脈沖個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)分對(duì)應(yīng)一個(gè)分 辨角辨角 增量式編碼器（增量式編碼器（INC）（ 續(xù)）續(xù)） 辨向原理辨向原理 光敏元件光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)所產(chǎn)生的信號(hào)A A、B B 彼此相差彼此相差9090 相位。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，相位。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)， A A信號(hào)超前信號(hào)超前B B信號(hào)信號(hào)9090 ；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn)；當(dāng)碼盤反轉(zhuǎn) 時(shí)，時(shí)，B B信號(hào)超前信號(hào)超前A A信號(hào)信號(hào)9090 。 LED 光欄板及光欄板及 A、B狹縫狹縫 cos sin C：零位檢測(cè)：零

35、位檢測(cè) 光電編碼器的兩個(gè)光電編碼器的兩個(gè)“辨向元件辨向元件” 光欄板上的兩光欄板上的兩 個(gè)狹縫距離是碼個(gè)狹縫距離是碼 盤上的兩個(gè)盤上的兩個(gè)狹縫狹縫 距離距離W的的(m +1/4) 倍倍,m 為正整數(shù)為正整數(shù),并并 設(shè)置了兩組光敏設(shè)置了兩組光敏 元件元件A、B,有時(shí)又有時(shí)又 稱為稱為cos 、 sin元元 件。件。 W (m +1/4)W A相位超前相位超前B :90 （1/4周期周期） 例例:W=1mm,cos與與sin元件的元件的距離可以是距離可以是6.25或或8.25mm等等 兩路光電信號(hào)判斷旋轉(zhuǎn)方向兩路光電信號(hào)判斷旋轉(zhuǎn)方向 A超前于超前于B，判斷為，判斷為正向旋轉(zhuǎn)正向旋轉(zhuǎn)， A也稱為也稱

36、為cos信號(hào)；信號(hào)； B也稱為也稱為sin信號(hào)。信號(hào)。 A A滯后于滯后于B B，判斷為，判斷為反向旋轉(zhuǎn)反向旋轉(zhuǎn) 辨向信號(hào)和零標(biāo)志辨向信號(hào)和零標(biāo)志 光電編碼器的光欄板上有光電編碼器的光欄板上有A 與與B兩組狹縫兩組狹縫，彼此，彼此錯(cuò)開錯(cuò)開1/4節(jié)節(jié) 距距，兩組狹縫相對(duì)應(yīng)的光敏元，兩組狹縫相對(duì)應(yīng)的光敏元 件所件所產(chǎn)生的信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)A、 B彼此相彼此相 差差90 相位相位，用于辯向（辨別，用于辯向（辨別 旋轉(zhuǎn)方向）。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)方向）。當(dāng)碼盤正轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)時(shí)， A信號(hào)超前信號(hào)超前B信號(hào)信號(hào)90 ；當(dāng)碼盤；當(dāng)碼盤 反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)時(shí)，B信號(hào)超前信號(hào)超前A信號(hào)信號(hào)90 。 (請(qǐng)畫出反轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)請(qǐng)畫出反轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)

37、B的波形）的波形） 在碼盤里圈，還有一根在碼盤里圈，還有一根狹縫狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個(gè)每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個(gè) 脈沖，脈沖，該脈沖信號(hào)又稱該脈沖信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)一轉(zhuǎn)信號(hào)”或或零標(biāo)志脈沖零標(biāo)志脈沖， 作為測(cè)量的作為測(cè)量的起始基準(zhǔn)起始基準(zhǔn)。 零標(biāo)志（一轉(zhuǎn)脈沖）零標(biāo)志（一轉(zhuǎn)脈沖） 波形及作用波形及作用 一轉(zhuǎn)（360） C C 在碼盤里圈，有一條在碼盤里圈，有一條 狹縫狹縫C C，碼盤碼盤每轉(zhuǎn)一圈，每轉(zhuǎn)一圈， 產(chǎn)生一個(gè)脈沖。該脈沖產(chǎn)生一個(gè)脈沖。該脈沖 信號(hào)又稱信號(hào)又稱“一轉(zhuǎn)信號(hào)一轉(zhuǎn)信號(hào)” 或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)或零標(biāo)志脈沖，作為測(cè) 量的起始基準(zhǔn)（量的起始基準(zhǔn)（0 0 ） 。 A B C 90 2 2增量式光電角

38、編碼器的分辨力與分辨率增量式光電角編碼器的分辨力與分辨率 增量式光電角編碼器的測(cè)量準(zhǔn)確度與碼盤圓周上的增量式光電角編碼器的測(cè)量準(zhǔn)確度與碼盤圓周上的 狹縫條紋數(shù)（分度數(shù)）狹縫條紋數(shù)（分度數(shù)）M有關(guān)，最小分辨的角度有關(guān)，最小分辨的角度： =360/M （10-3） 分辨率分辨率=1/M （10-4） 例例10-4 某增量式角編碼器的某增量式角編碼器的技術(shù)指標(biāo)為技術(shù)指標(biāo)為 1024個(gè)脈沖個(gè)脈沖/r（即（即分度數(shù)分度數(shù)M1024P/r），）， 求：分辨力求：分辨力。 解解 按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1024個(gè)，則能個(gè)，則能 分辨的最小角度為分辨的最小角度為 =360/M=

39、360/1024=0.352 判斷碼盤旋轉(zhuǎn)方向的方法判斷碼盤旋轉(zhuǎn)方向的方法 為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)的方向，必須在增量式角編碼器為了判斷碼盤旋轉(zhuǎn)的方向，必須在增量式角編碼器 的光欄板上設(shè)置兩個(gè)狹縫，并設(shè)置兩組對(duì)應(yīng)的光敏元的光欄板上設(shè)置兩個(gè)狹縫，并設(shè)置兩組對(duì)應(yīng)的光敏元 件，如件，如圖圖10-5b、c中的中的A、B光敏元件，有時(shí)也稱為光敏元件，有時(shí)也稱為cos、 sin元件。元件。 圖圖10-6 絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào)絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào)(放大圖見后頁(yè)放大圖見后頁(yè)) a）TTL電平信號(hào)電平信號(hào) b）正弦波信號(hào)）正弦波信號(hào) 圖圖10-6 絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào)絕對(duì)式角編碼器的輸出信號(hào) a）TTL電平

40、信號(hào)電平信號(hào) b）正弦波信號(hào)）正弦波信號(hào) 3 3增量式光電角編碼器的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算增量式光電角編碼器的旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算 設(shè)增量式角編碼器的碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)（分度設(shè)增量式角編碼器的碼盤每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)（分度 數(shù)）為數(shù)）為M，在靜止時(shí)碼盤的初始位置角為零在靜止時(shí)碼盤的初始位置角為零，開始旋開始旋 轉(zhuǎn)后給出脈沖數(shù)目為轉(zhuǎn)后給出脈沖數(shù)目為m，則碼盤旋轉(zhuǎn)的角度，則碼盤旋轉(zhuǎn)的角度 =360(m/M) （10-5） 例例10-5 某增量式角編碼器的某增量式角編碼器的分度數(shù)分度數(shù)M1024，從零從零 位信號(hào)位信號(hào)Z之后的之后的10s內(nèi)內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)角編碼器的一路信號(hào)，計(jì)數(shù)器對(duì)角編碼器的一路信號(hào) （圖圖10-6中的中

41、的A信號(hào)）計(jì)數(shù)，信號(hào)）計(jì)數(shù)，得到得到m=1024+128個(gè)脈沖個(gè)脈沖。 求：碼盤旋轉(zhuǎn)的角度求：碼盤旋轉(zhuǎn)的角度和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n（r/min）。）。 解解 按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為按題意，碼盤邊緣的透光槽數(shù)為1024個(gè)，碼盤個(gè)，碼盤 旋轉(zhuǎn)的角度旋轉(zhuǎn)的角度 =360 (m/M)=360(1152/1024)=3601.125=405 n=60r/s=60(405/360)/10s= =6.75r/min 4 4響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率 增量式角編碼器的增量式角編碼器的響應(yīng)頻率取決于響應(yīng)頻率取決于光電檢測(cè)器件光電檢測(cè)器件、電電 子處理線路的響應(yīng)速度子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)碼盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分。當(dāng)碼盤高速

42、旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果其分 度數(shù)（分辨率）很高，那么角編碼器輸出的信號(hào)頻率將度數(shù)（分辨率）很高，那么角編碼器輸出的信號(hào)頻率將 會(huì)很高，光電檢測(cè)器件和電子線路元器件的會(huì)很高，光電檢測(cè)器件和電子線路元器件的輸出波形滯輸出波形滯 后和嚴(yán)重畸變后和嚴(yán)重畸變，甚至，甚至產(chǎn)生丟失脈沖產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 5 5增量式光電角編碼器的接線增量式光電角編碼器的接線 圖圖10-8 增量式角編碼器的差分輸出的接線增量式角編碼器的差分輸出的接線 6 6光電角編碼器的安裝、使用注意事項(xiàng)光電角編碼器的安裝、使用注意事項(xiàng) 1）主軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)角編碼器軸與用戶端輸出軸之）主軸轉(zhuǎn)速較低時(shí)角編碼器軸與用戶端輸出軸之 間需要采用彈性軟

43、連接間需要采用彈性軟連接，避免因用戶軸的竄動(dòng)、跳動(dòng)避免因用戶軸的竄動(dòng)、跳動(dòng) 而造成角編碼器軸系和碼盤的損壞而造成角編碼器軸系和碼盤的損壞。安裝時(shí)應(yīng)保證角安裝時(shí)應(yīng)保證角 編碼器軸與用戶輸出軸的偏角小于編碼器軸與用戶輸出軸的偏角小于1.5。 2）高速運(yùn)行時(shí)建議使用同步帶輪連接）高速運(yùn)行時(shí)建議使用同步帶輪連接。 3）長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，應(yīng)選用具備輸出阻抗低的型號(hào)。）長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，應(yīng)選用具備輸出阻抗低的型號(hào)。 4）接地線一般應(yīng)大于）接地線一般應(yīng)大于1.5mm2，盡量避免雙端接地盡量避免雙端接地。 5）現(xiàn)場(chǎng)總線式角編碼器使用前要對(duì)角編碼器的參）現(xiàn)場(chǎng)總線式角編碼器使用前要對(duì)角編碼器的參 數(shù)進(jìn)行設(shè)置數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

44、需要設(shè)置的參數(shù)有：需要設(shè)置的參數(shù)有：旋轉(zhuǎn)的正方向旋轉(zhuǎn)的正方向、每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù) 和轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)、總分辨率總分辨率、預(yù)置值預(yù)置值、記憶功能記憶功能、診斷模式診斷模式等等 表表10-510-5 WLF WLF系列角編碼器的主要技術(shù)指標(biāo)系列角編碼器的主要技術(shù)指標(biāo) 參數(shù)名稱參數(shù)名稱指指 標(biāo)標(biāo) 電源電壓電源電壓/VDC 5或或8 30 消耗電流消耗電流/mA60mA 分辨率分辨率1/1024 輸出形態(tài)輸出形態(tài)推拉型推拉型或或集電極開路集電極開路NPN型型 上升、下降時(shí)間上升、下降時(shí)間/ns100 最高響應(yīng)頻率最高響應(yīng)頻率/kHz150 允許最高機(jī)械轉(zhuǎn)速允許最高機(jī)械轉(zhuǎn)速/rmin-16000 25時(shí)

45、的起動(dòng)力矩時(shí)的起動(dòng)力矩/Nm510-2 使用環(huán)境溫度使用環(huán)境溫度/- -1070 使用環(huán)境濕度（使用環(huán)境濕度（%）3585RH（不結(jié)露）（不結(jié)露） 防護(hù)等級(jí)防護(hù)等級(jí)IP54，IP65 任務(wù)二任務(wù)二 角編碼器的應(yīng)用角編碼器的應(yīng)用 一、角編碼器在數(shù)字測(cè)速中的應(yīng)用一、角編碼器在數(shù)字測(cè)速中的應(yīng)用 由于增量式角編碼器的輸出是脈沖信號(hào)，因此，可由于增量式角編碼器的輸出是脈沖信號(hào)，因此，可 以通過(guò)以通過(guò)測(cè)量脈沖頻率或周期的方法來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖頻率或周期的方法來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速。 數(shù)字測(cè)速方法有數(shù)字測(cè)速方法有M法測(cè)速、法測(cè)速、T法法測(cè)速測(cè)速和和M/T法法測(cè)速測(cè)速 等。等。 1 1M M法測(cè)速法測(cè)速 在一定的時(shí)間間隔

46、在一定的時(shí)間間隔ts內(nèi)（內(nèi)（ts=t閘門 閘門，見 ，見圖圖10-9a，如，如10s、 1s、0.1s等），等），用角編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)用角編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來(lái)確定速度來(lái)確定速度 的方法稱為的方法稱為M法測(cè)速法測(cè)速。 M法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合）法測(cè)速（適合于高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合） m1 圖圖10-9a M法測(cè)速原理法測(cè)速原理 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生M個(gè)脈沖，在個(gè)脈沖，在ts時(shí)間段內(nèi)有時(shí)間段內(nèi)有 m1 個(gè)脈個(gè)脈 沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為為 ： n = 60m1/(ts M)1 ts M法門控測(cè)速電路（基本原理）法門控測(cè)速電路（基本原理） 先先利用施密特觸發(fā)器將角編碼器的輸

47、出脈沖三角波利用施密特觸發(fā)器將角編碼器的輸出脈沖三角波 轉(zhuǎn)換為矩形波轉(zhuǎn)換為矩形波。當(dāng)與門的當(dāng)與門的C端為高電平時(shí)，端為高電平時(shí)，b端的信號(hào)端的信號(hào) 可以通過(guò)與門，到達(dá)可以通過(guò)與門，到達(dá)d端端，然后，然后單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到 m1個(gè)計(jì)數(shù)結(jié)果個(gè)計(jì)數(shù)結(jié)果。 M M法測(cè)速的計(jì)算法測(cè)速的計(jì)算 若編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生若編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個(gè)脈沖個(gè)脈沖，在在ts的閘門時(shí)間間隔內(nèi)的閘門時(shí)間間隔內(nèi) 得到得到m1個(gè)脈個(gè)脈，則，則編碼器所產(chǎn)生的脈沖頻率為編碼器所產(chǎn)生的脈沖頻率為 （10-6） s 1 t m f 則則轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（單位為（單位為r/min）為）為 （10-7） 1 s 6060 fm n M

48、t M 1 1誤差簡(jiǎn)述誤差簡(jiǎn)述 M法測(cè)速的本質(zhì)是測(cè)頻法測(cè)速的本質(zhì)是測(cè)頻。誤差主要由兩個(gè)因素決定：。誤差主要由兩個(gè)因素決定： 1）閘門時(shí)間）閘門時(shí)間ts的誤差：可以使用的誤差：可以使用晶振晶振來(lái)來(lái)提高閘門時(shí)提高閘門時(shí) 間的準(zhǔn)確性間的準(zhǔn)確性； 2）量化誤差）量化誤差：又稱為又稱為1誤差誤差，見下圖，見下圖(原理見后頁(yè)原理見后頁(yè)) ts 2）產(chǎn)生）產(chǎn)生1誤差的原因誤差的原因：測(cè)頻時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖通測(cè)頻時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖通 過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器。由于閘門開啟時(shí)刻（秒信號(hào)的上由于閘門開啟時(shí)刻（秒信號(hào)的上 升沿）和被測(cè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿到來(lái)的時(shí)刻之間的關(guān)系升沿）和被測(cè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿到來(lái)的時(shí)刻之間的關(guān)系 是

49、隨機(jī)的是隨機(jī)的,有可能在有可能在第二個(gè)第二個(gè)t閘門 閘門時(shí)間里，比在第一個(gè) 時(shí)間里，比在第一個(gè)t閘 閘 門門時(shí)間多計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖，或少計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖 時(shí)間多計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖，或少計(jì)數(shù)了一個(gè)脈沖，就，就 造成了造成了誤差。誤差。ts 例例 某角編碼器的技術(shù)指標(biāo)為某角編碼器的技術(shù)指標(biāo)為1024個(gè)脈沖個(gè)脈沖/r（即（即 M1024P/r =1K），在），在0.2s時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，測(cè)得測(cè)得100個(gè)個(gè) 脈沖，即脈沖，即ts=0.2s，m =100，求： ，求： 1）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速n；2）1誤差引起的轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差為多少誤差引起的轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差為多少 r/min。3）如果將）如果將ts延長(zhǎng)到延長(zhǎng)到1s，求，求1誤差

50、引起的轉(zhuǎn)速誤差引起的轉(zhuǎn)速 測(cè)量誤差為多少測(cè)量誤差為多少r/min。 解解 1）角編碼器軸的轉(zhuǎn)速為）角編碼器軸的轉(zhuǎn)速為 1 s 100 6060r/min29.3r/min 0.2 1024 m n t M 3）如果將如果將ts延長(zhǎng)到延長(zhǎng)到1s，m 的數(shù)值的數(shù)值必然增加到必然增加到500，則，則 結(jié)論：結(jié)論：采樣時(shí)間為采樣時(shí)間為1s時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速，與在時(shí)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速，與在0.2s時(shí)時(shí) 間內(nèi)測(cè)得的轉(zhuǎn)速相同間內(nèi)測(cè)得的轉(zhuǎn)速相同，但但1個(gè)脈沖引起的誤差縮小個(gè)脈沖引起的誤差縮小 為原來(lái)的為原來(lái)的1/5。 500 1 60r/min29.30.06r/min 1 1024 n 2）由于）由于1誤差，誤差

51、，在在ts=0.2s時(shí)間段里時(shí)間段里，計(jì)數(shù)得到的脈計(jì)數(shù)得到的脈 沖數(shù)沖數(shù)m =100 1個(gè)脈沖個(gè)脈沖，則，則 M M法測(cè)速計(jì)算（續(xù)）法測(cè)速計(jì)算（續(xù)） T 例例：有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為：有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為M=1024p/r， 在在5s時(shí)間內(nèi)測(cè)得時(shí)間內(nèi)測(cè)得65536個(gè)單向脈沖，求：個(gè)單向脈沖，求： 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（r/min) 解解：n = 6065536 1024 5= 768 r/min m1 2 2T T法測(cè)速法測(cè)速（適應(yīng)于緩慢轉(zhuǎn)速的測(cè)量）（適應(yīng)于緩慢轉(zhuǎn)速的測(cè)量） T法測(cè)速原理如法測(cè)速原理如圖圖10-9b所示。所示。用角編碼器所產(chǎn)生的用角編碼器所產(chǎn)生的 相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間

52、相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間T來(lái)確定來(lái)確定“傳感器在一個(gè)周期傳感器在一個(gè)周期 里面的被測(cè)轉(zhuǎn)速里面的被測(cè)轉(zhuǎn)速”的方法的方法稱為稱為T法測(cè)速法測(cè)速。在。在T法測(cè)速中，法測(cè)速中， 必須使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖必須使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖f0（其周期為（其周期為T0）作為作為測(cè)量角編測(cè)量角編 碼器輸出信號(hào)周期碼器輸出信號(hào)周期的的“時(shí)鐘時(shí)鐘”。（不展開講解）。（不展開講解） 二、絕對(duì)式角編碼器在工位編碼及二、絕對(duì)式角編碼器在工位編碼及 刀庫(kù)選刀控制中的應(yīng)用刀庫(kù)選刀控制中的應(yīng)用 1絕對(duì)式角編碼器在絕對(duì)式角編碼器在 工位編碼中的應(yīng)用工位編碼中的應(yīng)用 圖圖10-10 轉(zhuǎn)盤加工工位轉(zhuǎn)盤加工工位 的編碼的編碼 1絕對(duì)式角編碼器絕對(duì)式角

53、編碼器 2電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 3同步帶同步帶 4轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 5轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤 6工件工件 7刀具刀具 例例10-710-7 設(shè)設(shè)圖圖10-1010-10中的角編碼器為中的角編碼器為4 4碼道絕對(duì)式碼盤碼道絕對(duì)式碼盤 （假設(shè)假設(shè)采用自然二進(jìn)制碼），工件采用自然二進(jìn)制碼），工件1 18 8的編碼的編碼從從00000000到到 11101110。圖圖10-1010-10中的工位中的工位1 1（00000000）已完成加工，要使處）已完成加工，要使處 于工位于工位2 2上的工件轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)等待鉆加工，計(jì)算機(jī)應(yīng)如上的工件轉(zhuǎn)到加工點(diǎn)等待鉆加工，計(jì)算機(jī)應(yīng)如 何控制電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)盤？何控制電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)盤？ 解解 由于由于工位的編碼

54、是從工位的編碼是從0000開始到開始到1110，所以，所以每每 個(gè)工位的變化為個(gè)工位的變化為0010。工位。工位2上的編碼為上的編碼為0010，工位，工位3 上的編碼為上的編碼為0100，以此類推。，以此類推。 當(dāng)工件當(dāng)工件1完成加工后，電動(dòng)機(jī)通過(guò)完成加工后，電動(dòng)機(jī)通過(guò)“同步帶同步帶”驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)角編碼器的輸出從。當(dāng)角編碼器的輸出從0001跳變到跳變到 0010時(shí)，計(jì)算機(jī)命令時(shí)，計(jì)算機(jī)命令步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并并自鎖自鎖，開始加，開始加 工工件工工件2直到第直到第8個(gè)工位（個(gè)工位（1110）加工完成后，轉(zhuǎn)）加工完成后，轉(zhuǎn) 盤上的工件全部卸下，重新開始新的盤

55、上的工件全部卸下，重新開始新的8個(gè)工件的加工。個(gè)工件的加工。 2 2編碼器在數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架編碼器在數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架 選刀控制中選刀控制中 的應(yīng)用的應(yīng)用 圖圖10-11 角編碼器在角編碼器在 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔 刀架選刀控制刀架選刀控制 中的應(yīng)用中的應(yīng)用 a）數(shù)控車床）數(shù)控車床 的轉(zhuǎn)塔刀架外的轉(zhuǎn)塔刀架外 形形 b）選刀控制）選刀控制 裝置裝置 1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 3轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)塔 4刀座刀座 5刀具刀具 6被加工工件被加工工件 7轉(zhuǎn)塔主軸轉(zhuǎn)塔主軸 8角編碼器角編碼器 編碼器在數(shù)控編碼器在數(shù)控加工加工 中心的刀庫(kù)選刀控制中心的刀庫(kù)選刀控制 中中的應(yīng)用（續(xù)）的應(yīng)用（續(xù)） 被加工被加

56、工 工件工件 刀具刀具 角編碼器的輸出為角編碼器的輸出為 當(dāng)前刀具號(hào)當(dāng)前刀具號(hào) 角編碼器與角編碼器與 旋轉(zhuǎn)刀庫(kù)連接旋轉(zhuǎn)刀庫(kù)連接 用不同的刀具用不同的刀具 完成不同的加工完成不同的加工 鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)降稁?kù)刀庫(kù) 三、角編碼器在卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼纜三、角編碼器在卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼纜 提升高度測(cè)量中的應(yīng)用提升高度測(cè)量中的應(yīng)用 圖圖10-12 角編碼器在卷?yè)P(yáng)機(jī)角編碼器在卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼纜長(zhǎng)度鋼纜長(zhǎng)度測(cè)量中的應(yīng)用測(cè)量中的應(yīng)用 1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 2聯(lián)軸器聯(lián)軸器 3超越離合器超越離合器 4減速箱減速箱 5卷筒齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卷筒齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 6卷筒卷筒 7斷電抱閘器斷電抱閘器 8高速端角編碼器高速端角編碼器 9低速端角編碼器低速端角編碼器（推薦）（

57、推薦） 10同步帶同步帶 四、增量式角編碼器四、增量式角編碼器 在交流異步在交流異步 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 矢量變頻控制矢量變頻控制 中的應(yīng)用中的應(yīng)用 圖圖10-13 增量式角編碼器在矢量變頻控制中的應(yīng)用增量式角編碼器在矢量變頻控制中的應(yīng)用 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸連接一個(gè)增量式編碼器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸連接一個(gè)增量式編碼器。編碼器檢編碼器檢 測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和角度測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和角度，并，并將信號(hào)反饋給變頻器將信號(hào)反饋給變頻器， 變頻器進(jìn)行矢量運(yùn)算變頻器進(jìn)行矢量運(yùn)算及及功率放大功率放大后，輸出頻率可變的后，輸出頻率可變的 三相電源給電動(dòng)機(jī)，三相電源給電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。 角編碼器安裝在

58、角編碼器安裝在 交流異步電動(dòng)機(jī)的端部交流異步電動(dòng)機(jī)的端部 五、角編碼器編碼器在五、角編碼器編碼器在 交流伺服電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用交流伺服電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 圖圖10-14 機(jī)床中的機(jī)床中的 角編碼器與工作臺(tái)角編碼器與工作臺(tái) 的關(guān)系的關(guān)系 1進(jìn)給電動(dòng)機(jī)進(jìn)給電動(dòng)機(jī) （伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)） 2角編碼器角編碼器 3絲杠絲杠 4工作臺(tái)工作臺(tái) 5導(dǎo)軌導(dǎo)軌 6機(jī)床殼體機(jī)床殼體 交流伺服電動(dòng)機(jī)后端與轉(zhuǎn)子同軸連接一個(gè)編碼器交流伺服電動(dòng)機(jī)后端與轉(zhuǎn)子同軸連接一個(gè)編碼器， 通過(guò)絲杠通過(guò)絲杠-螺母帶動(dòng)工作臺(tái)作直線運(yùn)動(dòng)螺母帶動(dòng)工作臺(tái)作直線運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)的伺服電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)（角度）決定了工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)距離轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)（

59、角度）決定了工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)距離。 編碼器在伺服電機(jī)中的應(yīng)用（續(xù)）編碼器在伺服電機(jī)中的應(yīng)用（續(xù)） a）外形）外形 b）控制系統(tǒng)框圖）控制系統(tǒng)框圖 1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸 2電動(dòng)機(jī)本體電動(dòng)機(jī)本體 3光電編碼器光電編碼器 4三相電源連接座三相電源連接座 5光電角編碼器輸出（光電角編碼器輸出（航空插頭航空插頭） 休休 息息 一一 下下 拓展閱讀網(wǎng)絡(luò)資料列表網(wǎng)址：拓展閱讀網(wǎng)絡(luò)資料列表網(wǎng)址： http:/ 回目錄回目錄 2021年年6月月24日星期四日星期四 現(xiàn)在時(shí)間現(xiàn)在時(shí)間是：是： 6:526:52 休息一下休息一下！ 圖圖10-1 直接測(cè)量和間接測(cè)量示意圖直接測(cè)量和間接測(cè)量示意圖 a）直接測(cè)量）直接