所謂的編碼器有什么效果?
檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者水平運(yùn)動(dòng)機(jī)械的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、視點(diǎn)。
的確，編碼器僅僅一個(gè)很小的部件?？墒撬蛟S用在咱們想都沒(méi)想過(guò)的機(jī)器上。在現(xiàn)在，咱們都很清楚編碼器是同電機(jī)結(jié)合運(yùn)用的。世間有千百萬(wàn)種或許性，編碼器同電機(jī)結(jié)合運(yùn)用也僅僅是九牛一毛，它還有更多你所意想不到運(yùn)用。
此次咱們就講一講“從編碼器的基礎(chǔ)到運(yùn)用”，來(lái)介紹編碼器所隱藏的魅力。這次介紹共分為四個(gè)欄目，第一欄目：大略介紹編碼器并介紹編碼器運(yùn)用事例。第二以及第三欄目：將具體介紹編碼器的作業(yè)原理及其特征。雖然是言簡(jiǎn)意賅，但也闡明幾個(gè)作業(yè)原理以及輸出形狀。讓咱們對(duì)編碼器可以有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，依據(jù)其品種清楚優(yōu)缺點(diǎn)，可以簡(jiǎn)略分辨出其特征。第四欄目：咱們回歸到開(kāi)端的話題，編碼器有什么其他用處。介紹編碼器的實(shí)踐運(yùn)用事例。
咱們身邊的無(wú)名英雄
熟悉運(yùn)動(dòng)操控的各位對(duì)編碼器都是耳熟能詳?shù)?。可是關(guān)于尚未觸摸過(guò)編碼器的人來(lái)說(shuō)，編碼器是比較陌生的。所以小編就以日常日子中咱們都乘坐的電梯為例來(lái)介紹編碼器的效果。在介紹之前，咱們先幻想一下咱們坐電梯的進(jìn)程。咱們按下“△▽”按鈕，不過(guò)一會(huì)電梯便到咱們的樓層然后自動(dòng)翻開(kāi)門(mén)，隨后咱們進(jìn)入電梯。進(jìn)入電梯后，咱們按下對(duì)應(yīng)樓層的按鈕。電梯門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，將咱們載送至對(duì)應(yīng)樓層，電梯門(mén)又再次翻開(kāi)。
在這一連串的進(jìn)程背面，其實(shí)有兩個(gè)編碼器發(fā)揮著重要效果。不知道你是否察覺(jué)到了?首先，第一個(gè)編碼器進(jìn)行電機(jī)操控使電梯運(yùn)動(dòng)。因?yàn)殡娞菔墙?jīng)過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，所以只要清楚旋轉(zhuǎn)方向，就可以判別電梯是上升仍是下降。別的，編碼器可以檢測(cè)出電機(jī)的移動(dòng)量(旋轉(zhuǎn)圈數(shù))，這樣一來(lái)便可以清楚電梯究竟移動(dòng)了多少數(shù)。經(jīng)過(guò)電梯操控盤(pán)運(yùn)用這些編碼器供給的信息，可以讓電梯快速且平穩(wěn)地到指定樓層。
另一個(gè)編碼器則是操控電梯門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉的電機(jī)。咱們經(jīng)?？措娞莸拈_(kāi)閉，就很清楚其背面是有著細(xì)膩而精細(xì)的操控。電梯門(mén)翻開(kāi)的機(jī)遇，以及最后閉合的機(jī)遇都非常精確。在電梯門(mén)翻開(kāi)的進(jìn)程中可以加快電梯門(mén)運(yùn)行，完成時(shí)間縮短。經(jīng)過(guò)編碼器正確把握電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并加以操控，就可以完成絲一般柔順的動(dòng)作。
最初電梯呈現(xiàn)在人們視野的時(shí)分，編碼器尚未遍及。上述的編碼器作業(yè)悉數(shù)由人來(lái)完成。最初還沒(méi)有“△▽”按鈕，都是用鈴聲。咱們看民國(guó)時(shí)期的電影或許就能見(jiàn)到這一幕，上海灘大佬進(jìn)入電梯，電梯中的服務(wù)生依據(jù)鈴聲拉下閘門(mén)，讓電梯抵達(dá)對(duì)應(yīng)樓層?？墒窃诂F(xiàn)在，因?yàn)闇y(cè)定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向以及轉(zhuǎn)數(shù)量的編碼器的運(yùn)用，電梯變得越來(lái)越便利再也不用像之前一樣用人工來(lái)操作了。
編碼器的結(jié)構(gòu)是什么?
那么如何運(yùn)用編碼器才干知道“旋轉(zhuǎn)方向”，“旋轉(zhuǎn)方位”，“旋轉(zhuǎn)速度”呢?本次就用透光型編碼器做一個(gè)簡(jiǎn)要闡明。透光型編碼器主要由四部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成——①led發(fā)光素子;②透鏡;③碼盤(pán);④受光ic。
首先led發(fā)光素子的光是錯(cuò)亂光。經(jīng)過(guò)透鏡將光集中在一起并轉(zhuǎn)化成平行光。碼盤(pán)上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔(有通光也有不通光)。射到受光ic上的發(fā)光二極管等電子元件上，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化電子部進(jìn)行處理，最后輸出“a相”，“b相”兩種方波。
a相同b相的相位關(guān)系是國(guó)際通用的，b相同a相相差1/4周期輸出。經(jīng)過(guò)處理a相與b相這兩種編碼器輸出，就可以清楚電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)方位以及旋轉(zhuǎn)速度。那么下面咱們就講講如何將他們檢測(cè)出來(lái)的。
旋轉(zhuǎn)方向的檢測(cè)
經(jīng)過(guò)檢測(cè)a，b相的呈現(xiàn)先后順序，可以判別旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向。比如說(shuō)編碼器碼盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的時(shí)分，b相會(huì)比a相晚呈現(xiàn)。假如碼盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，b相就會(huì)先于a相呈現(xiàn)。這樣的結(jié)構(gòu)不單單可以用來(lái)判別旋轉(zhuǎn)方向可以用來(lái)判別水平驅(qū)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)方向。
旋轉(zhuǎn)方位的檢測(cè)
碼盤(pán)(光柵盤(pán))是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。在這兒咱們家測(cè)一周有360個(gè)長(zhǎng)方形孔。因?yàn)槊總€(gè)長(zhǎng)方形孔輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，所以可以檢測(cè)出每個(gè)脈沖相同于一度的旋轉(zhuǎn)方位。假如1周有3600個(gè)長(zhǎng)方形孔的話，同理可以檢測(cè)出0.1度的視點(diǎn)。
旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)
測(cè)出編碼器輸出的脈沖頻率和編碼器分辨率，再依據(jù)下方公式很簡(jiǎn)略就能算出編碼器的速度。
轉(zhuǎn)速(r/min)=(脈沖頻率/分辨率)*60
靈活運(yùn)用編碼器就可以操控電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)方位、旋轉(zhuǎn)速度。仍是用之前說(shuō)到的電梯那個(gè)比如，如圖4微處理器宣布操控信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，安裝在電機(jī)軸上的編碼器輸出信號(hào)。之后用編碼器計(jì)數(shù)器處理編碼器輸出，同微處理器的操控信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)比較。經(jīng)過(guò)比較驅(qū)動(dòng)電機(jī)的操控信號(hào)和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的成果，只向電機(jī)供給方針轉(zhuǎn)數(shù)所需求的電量。在這種封閉結(jié)構(gòu)中進(jìn)行比較演算的形狀，咱們稱之為閉合回路(閉環(huán))。
完成高精度運(yùn)行
講到這兒想必咱們對(duì)編碼器的運(yùn)行已經(jīng)有了大致了解。那么現(xiàn)在咱們回歸到編碼器的其他運(yùn)用上。
假如有人問(wèn)你編碼器是干什么的啊?最簡(jiǎn)略的答案就是測(cè)出旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)物體的移動(dòng)方向、移動(dòng)量、視點(diǎn)。因而一般狀況下提及編碼器的運(yùn)用，咱們可以舉出用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器。
不過(guò)這樣說(shuō)的話，好像范圍過(guò)分廣泛了。換個(gè)更加精準(zhǔn)的說(shuō)法，高精度運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。像電風(fēng)扇這種家電，用無(wú)刷電機(jī)也不會(huì)有什么問(wèn)題，也就沒(méi)有必要運(yùn)用編碼。與此相反，工業(yè)機(jī)器人、agv、模組等各種工業(yè)設(shè)備，因?yàn)楦呔冗\(yùn)作的要求，編碼器在這些設(shè)備被廣泛運(yùn)用。
除此之外，文章開(kāi)頭介紹的電梯，對(duì)自身運(yùn)動(dòng)有著高要求的設(shè)備也會(huì)用到編碼器。近些年在混合動(dòng)力汽車以及電動(dòng)汽車上，編碼器的運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。
有電機(jī)的地方就有編碼器
有沒(méi)有意識(shí)到目前所介紹的編碼器運(yùn)用悉數(shù)都跟電有關(guān)?進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或水平運(yùn)動(dòng)，除了用電作為動(dòng)力源的電機(jī)驅(qū)動(dòng)之外，用油壓、氣壓作為驅(qū)動(dòng)方法也是有的?？墒沁@些油壓和氣壓設(shè)備，基本上沒(méi)有運(yùn)用編碼器。
為什么呢?首先，電機(jī)的話經(jīng)過(guò)電源開(kāi)關(guān)的操控，可以立刻敞開(kāi)或中止運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)操控電機(jī)電壓和頻率，可以簡(jiǎn)單改動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)。因?yàn)檫@些動(dòng)作都有著高應(yīng)對(duì)，經(jīng)過(guò)編碼器可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行高精度且敏捷的操控。
用油壓作為動(dòng)力源的話，油壓上升是需求時(shí)間的(例如螺旋槳)，也就無(wú)法像電機(jī)那樣用編碼器進(jìn)行操控。不單單是螺旋槳開(kāi)端運(yùn)動(dòng)的時(shí)分，假如要改動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，螺旋槳無(wú)法立刻呼應(yīng)，只可以漸漸改變。這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)螺旋槳運(yùn)動(dòng)的油壓受油的黏性、管道阻力所約束。油壓的改變以及螺旋槳轉(zhuǎn)數(shù)滯后，使得用編碼器測(cè)定轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行操控變得異常困難。氣壓設(shè)備同理。
現(xiàn)在小編就將編碼器的運(yùn)用事例分為兩類同咱們分享。
“現(xiàn)在之前的運(yùn)用事例”，“最近才有的運(yùn)用事例”
現(xiàn)在之前的運(yùn)用事例
與步進(jìn)電機(jī)組合“檢測(cè)丟步”
步進(jìn)電機(jī)向繞組輸入脈沖電流，旋轉(zhuǎn)脈沖對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)視點(diǎn)。因而，即便沒(méi)有反應(yīng)操控，基本上電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)視點(diǎn)，操控器都可以識(shí)別的?？墒羌偃绨l(fā)生什么毛病的話，用脈沖電流無(wú)法運(yùn)動(dòng)，操控器同實(shí)踐運(yùn)動(dòng)之間就有存在差錯(cuò)。假如運(yùn)用場(chǎng)合需求高精度，差錯(cuò)發(fā)生時(shí)，為了檢測(cè)出差錯(cuò)并用驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行求證，就需求搭載編碼器。
作業(yè)平臺(tái)x-y驅(qū)動(dòng)臺(tái)的方位檢測(cè)
對(duì)搭載工件的驅(qū)動(dòng)臺(tái)進(jìn)行x軸-y軸(水平方向)的移動(dòng)操控會(huì)運(yùn)用到編碼器。例如，nc銑刀盤(pán)和放電加工機(jī)，它們往往要求幾μm--十幾μm的精度。為了完成這一點(diǎn)，編碼器往往要達(dá)到需求精度十倍。編碼器的運(yùn)用環(huán)境假如是切削加工的話，會(huì)遭到切削粉、切削油、振動(dòng)影響，假如運(yùn)用環(huán)境是放電加工的話，會(huì)遭到電波干擾。在這種嚴(yán)峻的運(yùn)用環(huán)境中，對(duì)編碼器分辨率的要求是極高的。
噴墨打印機(jī)的印刷操控
噴墨打印機(jī)的墨頭動(dòng)作操控也會(huì)用到編碼器。“藍(lán)色”、“深紅色”、“黑色”等顏色，在什么時(shí)分印刷，這種操控信號(hào)由編碼器產(chǎn)生。別的水平方向的印刷完畢后，移動(dòng)紙張印刷其他區(qū)域，這個(gè)時(shí)分也是用編碼器操控旋轉(zhuǎn)筒移動(dòng)紙張。
最近才有的運(yùn)用事例
步進(jìn)電機(jī)的降低功耗
現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一般都是用最大電流進(jìn)行運(yùn)行。這是為了避免之前說(shuō)到的“丟步”。別的，為了避免中止時(shí)讓電機(jī)隨意旋轉(zhuǎn)，需用勵(lì)磁電流。因而不管電機(jī)動(dòng)與不動(dòng)都需求通電，所以很難完成低能耗。
裝上編碼器，不僅可以監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行時(shí)丟步狀況，更可以監(jiān)督編碼器供給的電機(jī)負(fù)荷反應(yīng)信號(hào)，這樣一來(lái)便使只供給需求的電流成為或許。別的，電機(jī)中止時(shí)，經(jīng)過(guò)監(jiān)督編碼器信號(hào)，可以做到減少整體消費(fèi)電流。
工業(yè)閥門(mén)旋轉(zhuǎn)部分的操控
各種配管都會(huì)配備閥門(mén)。也會(huì)有用電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行閥門(mén)旋轉(zhuǎn)操控的產(chǎn)品。可是受運(yùn)用環(huán)境的影響，光學(xué)式的編碼器是無(wú)法選用的?？墒?，磁編比光編更習(xí)慣惡劣環(huán)境，體積小更簡(jiǎn)略安裝。因而適用于工業(yè)閥門(mén)。
完畢語(yǔ)
這兒講的編碼器運(yùn)用都是同電機(jī)相結(jié)合的運(yùn)用，現(xiàn)在廣泛運(yùn)用的油壓以及氣壓設(shè)備并不會(huì)消失?？墒窃絹?lái)越多的領(lǐng)域開(kāi)端將電機(jī)作為首選。眾所周知油壓與氣壓的優(yōu)勢(shì)在于可以供給強(qiáng)大的動(dòng)力，可是隨著技能的前進(jìn)，選用電機(jī)也變得越來(lái)越多。這樣一來(lái)，編碼器的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。
公司推薦的編碼器品牌如下：
德國(guó)
hen