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1、,旋转编码器概述运动控制研发产品市场部2015.12,01,增量式编码器,02,单圈20位通讯式编码器,目,录,CONTENTS,03,多圈16位通讯式编码器,04,旋转变压器,05,17位磁电编码器,06,机械式绝对值编码器,00,概述,00,概述,编码器（encoder）在工业领域中，是指将位移转换成数字信号的传感器设备。编码器用于检测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数，把角位移或直线位移转换成电信号。编码器特别是旋转编码器被广泛应用于机床、材料加工、电机反馈系统以及测量和控制设备等，如伺服电机需要配备编码器实现换相、速度及位置检测。编码器有很多种，根据其刻度方法及信号输出原理，可分为
2、增量编码器、绝对值编码器以及混合式三种，对于绝对值型编码器，还可再细分为单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器。根据检测原理，编码器可分为光电编码器、磁性编码器，以及感应式和电容式。,概述,根据检测原理分类,根据位置信号的性质分类,根据单圈内脉冲个数分类（分辨率）,旋转变压器（感应式）,磁电编码器,光电编码器,绝对值编码器,增量式编码器,2500PPR编码器,20位编码器,根据结构分类,线性编码器,旋转编码器,概述常见编码器分类,光电编码器优势：体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损；寿命长，安装简便，接口形式丰富，价格合理。同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；
3、多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移。劣势：对户外及恶劣环境下使用提出较高的防护要求；测量直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体易导致滑差。磁性编码器优势：结构简单、抗恶劣环境、响应频率宽、易实现绝对位置输出、较低成本。劣势：精度要求不能过高。二者对比，我们需要考虑一个问题：究竟是光电编码器的精度和分辨率对我们的系统更重要，还是磁性编码器的可靠性更重要。,概述常见编码器特点,增量式编码器增量式编码器就像秒表，秒表测量开始到结束所经过的增量时间，好比增量式编码器针对移动量产生一定数量的脉冲。如果你知道计时开始时的确切时间，就能通过与经过时间相加得到计时停
4、止时的时间。对于位置控制，将已知的起始位置加上增加的脉冲数即可测出当前位置。优势：原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，可靠性高，适合于长距离传输。劣势：只能输出相对位置，不能输出轴的绝对位置，断电数据丢失。适用行业：重载行业：极端恶劣的环境下可以抵御湿气，高温，震动及冲击，例如造纸，冶金和木工机械 一般工业：一般工业环境，符合标准的IP等级 轻载/伺服：高精度的机器人控制，电子半导体行业。,概述常见编码器特点,绝对值编码器绝对式编码器的差别就像时钟。绝对式编码器会持续不断发送当前位置信息，就像时钟会告诉你当前时间一样。优势：无需记忆、无需找参考点、抗干扰特性、数据的可靠性、更高的分辨率
5、、快速启动速度、多轴的精确运动控制、多种通信协议。劣势：安装调试难度偏高。适用场合：绝对值编码器超高的精度有利于提升系统的整体性能，广泛应用于CNC，医疗及机器人行业。,概述常见编码器特点,精度高,精度低,分辨率高,分辨率低,编码器分辨率:“20位”指一圈内有220个脉冲发生，“2500PPR”指一圈内有2500个脉冲发生。单圈内脉冲数越多，编码器分辨率越高，但不代表精度越高。,概述,01,2500PPR增量式光电编码器,电机型号：SMH-0020-30AAK-3LKH SMC-0020-30EAK-3LKH,增量编码器轴旋转时，有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减，需借助后部的
6、判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定，并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。旋转码盘上刻有节距相等的辐射状透光狭缝，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的A、B相信号在相位上相差90，输出波形如下图。,2500PPR增量式编码器,当需要更高的分辨率时，计数器可以对来自一个通道的脉冲序列的上升沿和下降沿都进行计数，这样就能为每圈或每英寸的运动输出2倍 (x2) 的脉冲
7、数。对来自两个通道的上升和下降沿都进行计数则可获得4倍的分辨率。,一个周期只有一个脉冲,一个周期有四个脉冲,2500PPR增量式编码器,关于省线式编码器,省线式编码器（与2500ppr增量式编码器对比），顾名思义，少了U、V、W、/U、/V、/W共6根线。这种编码器在最初上电的几毫秒内会输出U、V、W信号，然后自动切换为输出A、B、Z信号。所以我们可以根据编码器上电的时间来确定信号是U、V、W信号还是A、B、Z信号。不仅如此，我们还可以通过U、V、W信号来确定电机的初始励磁角度。因此，即使在给驱动器上电的时候电机在转动（转速可达3000rpm甚至更高），我们也可以得到所需要的信息并正确地驱动电
8、机运转。,02,单圈20位通讯式编码器（光电式）,电机型号：SMH-0005-30JAK-4LKU SMS-0005-30JAK-3LKU,单圈20位通讯式编码器,轴旋转时，有与位置一一对应的代码（二进制，BCD码等）输出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。绝对值旋转编码器有一个绝对零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置地代码，并准确地找到零位代码。一般情况下单圈20位通讯式编码器的测量范围为0360度，可当做高精度“增量式”编码器使用。,单圈20位通讯式编码器,2S驱动器匹配单圈20位通讯式编码器电机所需线缆ENCCG-LL-G
9、U,03,多圈16位通讯式编码器（光电式）,电机型号：SMH-0005-30KAK-4LKU SMS-0005-30KAK-3LKU,多圈通讯式编码器因没有机械齿轮组而成本较低，实际为单圈通讯式编码器的成本+增量计数器的成本，较机械齿轮式绝对值多圈编码器成本低，但其优点是输出的信号是直接的位置数字信号而不是脉冲，后续设备无需计数器及始终计数，可节省后续设备的CPU资源，且抗干扰能力抗抖动能力远比增量编码器的脉冲信号抗干扰能力强，可用于替换增量脉冲编码器和一些不需要全行程绝对值编码安全要求的场合中，例如定长裁切、多路电机同步控制等应用。在有些设备增加了后备电池及设备机械制动（抱刹等）的情况下，也
10、可短时间解决停电位置丢失的问题。,多圈16位通讯式编码器,增量计数器,多圈16位通讯式编码器,绝对值编码器的原理及结构使得他可以提供更高质量的反馈信号：更高的分辨率由于不需要找原点，所以可以提供更快速的系统启动速度多轴的精确运动控制系统掉电后可以快速恢复运行我们何时需要绝对值编码器由于绝对值编码器不需要外部传感器就可以确认当前的实际位置，所以在很多领域都有广泛的应用零件加工中使用的多轴CNC系统需要精确位置检测的起重机，天车没有限位开关的自动门连续运动的机械手，断电后无须回零也可正常运行,多圈16位通讯式编码器,2S驱动器匹配多圈16位通讯式编码器电机需要外接电池，其中ENCCG-(4)-GU
11、-BT为外接电池线缆。,CD3驱动器本体上自带电池，因此匹配多圈16位通讯式编码器电机不需要外接电池线缆。,多圈16位通讯式编码器,04,旋转变压器（感应式）,电机型号：SMH-0550-15RAK-4HKC SMH-0750-15RAK-4HKC,旋变编码器的基本原理是，电流从线圈流过会产生磁场。旋转变压器由两组互相垂直的线圈构成。转子线圈跟着轴旋转，定子线圈固定。通过定子线圈反馈回来的电压频率和大小可以得知电机的速度和位置信息。旋转变压器简单的设计使得他适应非常极端的环境，例如高温，低温，辐射环境甚至是机械的剧烈震动，旋转变压器的缺点是不能够提供非常精确的信号，必须采用额外的AD芯片才可以
12、处理。下图线圈从左到右分别是激励线圈，跟随轴运动的转子线圈，固定的定子线圈。,旋变编码器,旋变编码器,旋转变压器的信号输出是两相正交的模拟信号sin+/sin-，cos+/cos-，下图为旋变电机编码器线及接口说明。,05,磁电编码器,电机型号：SMC-0200-30MAK-3LKH,磁性编码器技术磁性编码器经常也被称为磁电式编码器，是一种角度或者位移测量装置，其原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量。磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。磁性转盘的磁极数，磁
13、阻传感器的数量及信号处理的方式决定了磁性编码器的分辨率。采用磁场原理产生信号的优势是磁场信号不会受到灰尘，湿气，高温及振动的影响。,17位磁电编码器,磁性编码器的应用同传统的光电式和光栅式编码器相比，磁性编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度的特性，可应用于传统的光电编码器不能适应的领域。磁性编码器是专门为极端恶劣环境设计的编码器，这些场合一般要求宽的温度特性，能够抵御强烈的振动和冲击，很高的防护等级。除此之外，可靠的信号输出电路，简单的安装方式，可以大大减小停工周期的损失。通常情况下用于冶金，造纸和木工机械。高性能磁性编码器可广泛应用于工业控制、机械制造、船舶、纺织、印刷、航空、航
14、天、雷达、通讯、军工等领域。,17位磁电编码器,磁性编码器和光电编码器的区别传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的宽度要求 ，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。而磁性编码器采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的这一些缺陷，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能更可靠 、结构更简单。光电增量编码器是通过
15、在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积越大，并且精度也不是连续的。磁性编码器则没有这样的限制，可以做到体积很小。,17位磁电编码器,06,机械式绝对值编码器（带机械齿轮组）,机械式绝对值编码器,机械式绝对值编码器编码器，就是在其测量范围内，不仅仅在单圈360度内有“绝对值编码”，而且在超过360度后仍然有唯一绝对编码。其一般为机械齿轮式，不像多圈通讯式绝对值编码器那样需要电池供电，但价格更高。多圈绝对值编码器是以“单圈位数X多圈位数”的方式表示其分辨率和测量圈数行程。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对值编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。,伺服电机一览,编码器厂家,A2500PPR增量式编码器多摩川RSMT37旋转变压器国产某品牌J单圈20位通讯式编码器尼康K多圈16位通讯式绝对值编码器尼康N机械式绝对值编码器丹纳赫E2500PPR增量式省线编码器禹衡M磁电编码器步科,谢谢,
