编码器新员工培训资料

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1、编码器新员工培训资料编码器新员工培训资料 (内部资料) 2010年9月6日 (内部资料) 2010年9月6日 3 编码器BU位置编码器BU位置 Aldingen, 德国德国 Gurnee, IL Amherst, NY Sao Paulo, Brasil Kezmarok, Slovakei 天津天津,中国中国 St. Kitts, Karibik 4 品牌介绍品牌介绍 反馈品牌 NorthstarNorthstar 重载编码器 HaroweHarowe - 旋转变压器 ACUROACURO -绝对值编码器 反馈品牌 NorthstarNorthstar 重载编码器 HaroweHarowe

2、- 旋转变压器 ACUROACURO -绝对值编码器 Hengstler GmbH, Aldingen 德国德国 Founded 1846 1995年加入Danaher公司 5 编码器分类编码器分类 编码器 模拟量编码器数字编码器 旋转变压器Sin/Cos 编码器 增量编码器绝对值编码器 A, A, B, B, C, C _ 格雷码二进制码 6 编码器基础知识编码器基础知识 ? 编码器将旋转位置的改变转换为电气信号。 ? 编码器应用在轴的闭环控制和大多数的自动化过程中。编码器为闭环控 制产生速度或位置的实际测量值。 A B 数据数据 绝对值型编码器绝对值型编码器 - 单圈 (在360内工作)

3、- 多圈 (n x 360) 增量型编码器增量型编码器 脉冲脉冲 7 编码器基础知识编码器基础知识 绝对值标尺绝对值标尺 增量标尺增量标尺 增量型 vs 绝对值型增量型 vs 绝对值型 应用:应用: 只需计数 应用:应用: 上电后无需找参考点 通过绝对值读取提高噪声免疫能力 8 典型应用典型应用 ? 绝对值编码器绝对值编码器 - 不能回参考点 ? 安全 ? 生产效率 ? 绝对值编码器绝对值编码器 - 不能回参考点 ? 安全 ? 生产效率 ? 增量编码器增量编码器 - 速度测量 - 连续运动 - 可以回参考点 ? 增量编码器增量编码器 - 速度测量 - 连续运动 - 可以回参考点 9 典型结构典

4、型结构 基本原理基本原理 光学增量编码器光学增量编码器 正交信号正交信号 Kanal B Kanal A Auflsung 在控制之下的 正交功能 在控制之下的 正交功能 通道通道 A 通道通道 B 10 Encoder制品(PIC-6207、6217等)chip电路的原理框图如下图所示。当有 光束扫过chip表面时，PDA1与PDA2、PDB1与PDB2受光的先后顺序不同，在 某一时刻PD之间受光照射强度就有差异，而这种光强的差异最后通过VoutA和 VoutB电平的高低反映出来。光束运动的方向和速度都可以通过VoutA和VoutB 电平的变化情况反映出来。 VoutAVoutB PDA1

5、PDA2 PDB1 PDB2 稳压电路 Vcc Gnd CompA CompB SchmittA SchmittB A1 A2 B1 B2 TrATrB 增量编码器工作原理增量编码器工作原理 11 以上图所示情况为例，光栅从左向右运动，在“0”位置时PDA1和PDA2 受光 面积相等；在“0”和“2”之间时， PDA1受光面积大于PDA2 ，PDA1的光电流 大于PDA2 ，A1点电位低于A2点(参见原理框图)，比较器CompA输出低电 平，触发器SchmittA输出低电平，三极管TrA截止，VoutA输出为高电平 ； 6 0 1 2 3 4 5 光栅(Scale) 光栅运动方向 PDA1PD

6、A2PDB1PDB2 VoutB VoutA T t t 0123456 time 12 在“2”位置时PDA1和PDA2受光面积相等；在“2”和“4”之间时， PDA1受光面 积小于PDA2 ，PDA1的光电流小于PDA2 ，A1点电位高于A2点，比较器 CompA输出高电平，触发器SchmittA输出高电平，三极管TrA导通，VoutA 输出为低电平；从“4”位置继续向右运动， PDA1和PDA2受光的情形不断地 循环重复着上述“0”和“4”之间的情况， VoutA输出波形也跟着作周期性变 化(参见上页VoutA波形图)。 可以按照同样的方法分析VoutB的波形(参见上页VoutB波形图)

7、。 示意flash 13 2 . chip受光部实际分布情况 实际应用中，为了提高产品的分辨率， 防止油污等对制品动作的影响，往往把 chip中PD的受光面分多个部分并与其它 PD的受光部分按一定顺序相间排列。 如果把每一个受光部分都看作一个单独的 PD，那么原来的PD就可以看作是这些小 的PD的并联。 左图是PD并联效果示意图。 下图是chip表面PD受光部分布序列示意 图。 PDA1PDB1 PDA2PDB2 PDA1 稳压电路 14 3. 术语及特性参数 1) T、 t、 Duty T 周期 由5.3.1节Encoder工作原理相关内容可知，周期等于光栅从“0”位 置运动到“4”位置所经

8、历的时间。 t 脉冲宽度 脉冲宽度等于光栅从“0”位置运动到“2”位置所经历的时间。 Duty 占空比 其中DSCALE是光栅一个单元 (一个遮光部和相邻的受光部) 的宽度， DPDA是PDA的两个受 光部之间的距离，如右图所示。 T = V DSCALE t = V DPDA V DSCALE DPDA DPDn Duty t T = DSCALE = DPDA 15 2)Phase、 1、2、3、4 因为PDA和PDB不是同步受光，所以 VoutA和VoutB的波形在时间上也不 是同步的。可以用一个角度值来确 定波形所对应时间值，这个角度值 叫做相位，其英文是phase。这样 VoutA和

9、VoutB的波形在时间上的差 异就可以用一个角度值来表示， 称为相位差，用或表示。 相位差和时间差之间的对应关系如 下式所示： 相位差1、2、3、4 与 VoutA和VoutB波形之间的关系如 右图所示。 T t VoutB VoutA time 2 14 3 VoutB VoutA degree 360 = 360 t T 16 由上面的分析可以知道1所对应的是VoutB比VoutA落后的时间， 也就是光栅从“0”位置运动到“1”位置所经历的时间，其值如下式： 2 1 4 3 VoutB VoutA degree 360 = V DPDn t 0 1 PDA1PDA2PDB1PDB2 Vou

10、tB VoutA T t t 0123456 time DSCALE DPDA DPDn 360 T = 1 t T = V DSCALE DPDn 360 = 1 DSCALE 因为 所以 17 3) Scale的方向、速度 光栅从左向右运动时，PDA先于PDB受光， 所以VoutA的波形领先于VoutB；光栅从 右向左运动时，PDA在PDB之后受光，所以 VoutA的波形落后于 VoutB。 通过VoutA和VoutB两者波形 的相位先后关系可以判断出 光栅运动的方向(参见右图)。 由上面的分析已知 所以光栅运动的 速度由下式表示： 其中参数的含义请参见以前的相关内容。 VoutB Vou

11、tA V 0123456 time V VoutB VoutA 0123456 time T = V DSCALE T = V DSCALE 18 光学绝对值编码器光学绝对值编码器 数字通道,绝对值 (13 位 / 8192 步） 数字通道,绝对值 (13 位 / 8192 步） Sin/Cos轨道，增量 (11 位 / 2048 周期) Sin/Cos轨道，增量 (11 位 / 2048 周期) 绝对值 光电ASIC绝对值 光电ASIC 绝对值码盘绝对值码盘 Typical Structure 多圈齿轮箱 单圈PCB 多圈PCB 多圈齿轮箱 单圈PCB 多圈PCB 单圈码盘单圈码盘 Base

12、 with Bearings 19 光学多圈绝对值编码器光学多圈绝对值编码器 ST-OptoASIC Lens LED Code-Disk 30 VDC OptoASIC 3* MT-OptoASIC 120C 20 绝对值传感器编码绝对值传感器编码 并行二进制编码并行二进制编码并行二进制编码并行二进制编码 并行格雷码并行格雷码并行格雷码并行格雷码 串形游标代码串形游标代码串形游标代码串形游标代码 串形随机编码串形随机编码串形随机编码串形随机编码 21 绝对值数据编码绝对值数据编码 十进制十进制二进制代码二进制代码余3格雷码余3格雷码 格雷码格雷码 二进制表示的 十进制数(BCD) 二进制表示

13、的 十进制数(BCD) 余3格雷码表示 的十进制数 余3格雷码表示 的十进制数 22 磁阻原理 (MR)磁阻原理 (MR) S N S N S N S A B Z 23 电容原理电容原理 两部分旋转编码器两部分旋转编码器 顶层板发射/接收 底板调制场 三部分旋转编码器三部分旋转编码器 转子在发生器和接收器板之间改变 介质 24 磁传感器原理 (Hall霍尔)磁传感器原理 (Hall霍尔) ?霍尔元件S通过激励电流(I) ?磁场 ?洛伦兹力产生霍尔电压 UH ?电压UH是与磁场方向成比例的。 ?产生Sine-cos信号 ?绝对位置能够通过反正切功能被导出 ?通过插补增加分辨率 A B Z IPO

14、 D/A 25 旋转变压器旋转变压器 旋转变压器运行原理旋转变压器运行原理 StatorRotor Stator R1 R2 S1 S3 S4S2 U13 U42 Rated Input Voltage -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Frequency Voltage Amplitude Single Speed Resolver Output -1 -0.5 0 0.5 1 04590135180225270315360405 Degrees Amplitude Sine Mod Sine Cosine 旋转变压器信号旋转变压器信号 应用:应用: ? 坚固坚固 ? 可靠可

15、靠 缺点:缺点: ? 模拟量 ? 易受噪音干扰模拟量 ? 易受噪音干扰 ? 没有电气标记没有电气标记 ? 低带宽低带宽 26 电机反馈 vs 自动化电机反馈 vs 自动化 电机的间接测量电机的间接测量 ? 直接驱动 ? 成本敏感 负载的直接测量负载的直接测量 ? 补偿公差和机械误差 ? 更高的成本 负载 伺服电机 负载 伺服电机 减速箱减速箱 自适应编码器自适应编码器 集成编码器集成编码器 27 工厂自动化应用编码器工厂自动化应用编码器 通用机器 IBS 36 mm 并行 工业 增量 Profibus 光电绝对值 机器和工厂自动化 工业 总线T-连接器 AC58 总线 AI25 总线 58 m

16、m 金属加工,包装,造纸和印刷,医疗, 设备安装使用工程 工业 绝对值 AC58 AI25 商业, 医疗, 轻工 小型机器 RI58 HS20/23 RI36RI42 E14 光电增量 30 mm 小型设备 增量 RI30RI32 E12 技术 应用 市场 接口 外径 种类 需求需求: ? 紧凑尺寸紧凑尺寸 ? 接口多样接口多样 ? 密封密封 ? 冲击冲击 / 振动振动 ? EMC 28 特殊应用的编码器特殊应用的编码器 光学光学 + MR- 增量 过程工业 增量 过程工业, 电机反馈 钢铁 电机反馈 钢铁,木材木材,纸浆纸浆&造纸 大的电机 造纸 大的电机 重载重载 Northstar 产品产品 69 mm 能源能源,化工化工. 石油石油 & 天然气天然气, 化工工业化工工业 EEX 防护防护 EEX 不锈钢不锈钢 RX70/71 AX70/71 自动贩卖机自动贩卖机, 食品加工食品加工, 近海近海, 船用设备 食品 船用设