光电编码器是机械袈渌动控制中测量迁移转变物体地位（角度）与速度的传感器，它有扭转式与直线手站种，个中扭转式光电编码器因为精度高、安装便利，已获得广泛应用。跟着活动控制产品的快速成长，我国对高精度的编码器需求大年夜，但重要依附进口。今朝，活泼在我国编码器市场上的主如果外商，如德国的海德汉（Heidenhain）、梅尔(Meyle)、倍加福(P+F)、图尔克（Turck），美国（GPI）,日本多摩川，英国雷尼绍（Renishaw）,韩国（Metronix）、奥托尼克斯（Autonics）,瑞士堡盟（Baumer）,土耳其（OPKON）,以及我国的中达电通等。纵不雅近几年来扭转式光电编码器的成长，其设计动向列举以下4方面进行阐述。



第一，设计新产品。起首是成长基型产品，上述编码器厂商先以设计、临盆增量式编码器和单圈绝对式扭转编码寡居多，近年来跟着应用范畴的拓展，设计多圈绝对式编码器与混淆式编码器增多。如多摩川推出的混淆式编码器，其包含增量式编码器和输出24位编码旌旗灯号的单圈绝对式编码器，具有磁极定位功能，在用于伺服活动控制时，能快速检测伺服电机转子磁极地位角，特别对大年夜功率伺服电机既能进步初始化的定位精度，又可使伺服电机进步输出力矩，同时对地位控制和速度计算也都极为便利。其次是设计专用产品。例如，中达电通（台达集团）设计了CNC专用增量式编码器和伺服电机专用型编码器，新推出CNC主轴专用的CS7系列编码器，设计的构造紧凑、外型小巧，分辨率为1024p/r，采取线驱动输出，转速晋升到8000r/min,大年夜而可合营机床行业主轴的高转速，旌旗灯号输出的频率响应为300KHZ,可进步数控体系的┞符体响应速度，以达到高精度控制的请求。宜科（天津）电子公司设计了电梯专用编码器和重工业用的重载型增量式编码器，后者据称采取最新的欧洲电气和机械设计技巧，使其可遭受最大年夜轴向负荷为80N、最大年夜径向负荷150N,最大年夜转速为6000r/min,轴承寿命达109转，工作温度20~90℃。倍加福针对我国风力发电的巨大年夜潜在市场，设计了风力发电用的编码器。倍加福、图尔克等还设计了防爆型编码器，有了3类产品：

（1）EExd隔爆型，这类编码器设计的外壳稳定，如有可然性气体进入编码器内被电火花点燃产生爆炸，其火焰被限制在机壳内，不危机外部情况安然；

（2）EExi本安型，这种编码器的设计是限制电路的电流与电压，使电路产生的任何火花或热效应均不克不及点燃规定的爆炸性气体情况；

（3）EExna无火花型，这是最新的防爆技巧，用这种技巧设计的编码器在正常运行时不产生火花和电弧，大年夜而包管情况安然。

第二，优化产品构造。

扭转式光电编码器由光路、电路与机械3部分构成，编码器临盆厂异常重视这3部分的设计与制造。
（1）光路体系：一是光源采取放光二级管LED，设计光聚焦体系，使LED发射的光成为平行光束，垂直地照射到扭转码盘（动光栅）与固定码盘（定光栅）上，穿过这两个码盘上透光裂缝的光被光敏二极管接收后输出模仿电旌旗灯号给转换电路进行旌旗灯号处理。因为光路体系对烟雾、尘埃、水蒸气、机忻魅振动等很敏感，所有一般都设计雅绫擒的防护办法，今朝光学扭转编码器设计的防护等级最高为IP65阁下，最高工作温度85℃阁下。二是码盘材质的选用，有玻璃、塑料、不锈钢，已合适不合的需求，个中玻璃编码盘精度高，热稳定性好，但耐振差；塑料与不锈钢的精度与热稳定稍差，但耐振，塑料成本低，可制造经济型的。码盘上的光栅一般用沉积很薄的刻线（如在玻璃码盘上）、机械刻划或光刻法制造。三是光栅的设计，增量式与绝对式完全不合。增量（正交）式编码器：在扭转码盘边沿部分径向设计有很多平均分布的透光裂缝，他们的宽度与间距相等，其设计透光裂缝的若干与加工质量将直接影响编码器的测量精度；在固定码盘上有A、B、Z三条裂缝（迁移转变码盘有一条裂缝与Z相对应），A、B使输出两路正交（电角度相差90°）的方波脉冲旌旗灯号，经计算用于测得电机的转速、地位（角度）和转向判别；Z信赖号用作参考零位，每转发出一个脉冲用于电机转子定位、累计转数。绝对型编码器：n位绝对型编码器在扭转码盘上就设计有n条齐心猿率隼，码型采取格雷（GRAY）码设计，即大年夜码盘边沿向中间的n条码道上，透光的扇形区数量按20、21、222n-1设计、制造；固定码盘上只有径向一条透光裂缝，其背后对应每一码道有一光敏二极管，输出的n位数字码（格雷码可转换成二进制码或BCD码）代表转轴某一时刻的绝对地位，特别实用于监测上电和掉落电时代的转轴地位。这种编码器，一般厂商设计码型时之所以采取格雷码，是因其两个相邻数之间只有一个数位产生变更，误差小；若用二进制码型，虽其设计简单，但制造、安装请求十分严格，不然易出现两位数误差。

(2)电路部分：包含编码器主电路与输出电路。光敏二极管输出的旌旗灯号电平较低，波形也不规矩，为了进行控制、信息处理与远传，须经转换电路发大年夜、整形。以前转换电路设计采取分立元件，零部件多、构造复杂、价贵。如今已有不少厂商如倍加福等将主电路集成到一片专用集成电路（ASIC）上，采取ASIC设计，不仅抗干扰、耐情况前提变更、进步检测精度与速度，并且因为零部件削减、构造紧凑简单，使绝对编码器的价格降低，据介绍，一般比老型号约降价20％多。输出电路情势有多种，Metronix等公司设计了五种类型：集电极开路输出，电压输出，推挽式输出，线驱动输出，互补型输出。为了降低噪音干扰，进步输出的靠得住性，可用推挽式或互补型输出；当须要长距离传输时，可用线驱动输出或互补型输出。在实际应用中，有点机械或临盆线上需用几十台编码器连接成分布式控制，所以新型的编码器在电路部分还设计了设定编码器地址的开关，便于上位控制器随时、精确地向该编码器攫守信息。
（3）机械部分：跟着伺服电机转速的赓续进步，编码器设计时一般均推敲能遭受的最高转速，今朝一般最高转速为6000r/min,而图尔克的编码器为12000r/min,凸沃森WSEN显其轴与轴承散热设计的优化技巧。一般编码器采取不锈钢轴和高精度的轴承，轴有实心、中空与贯穿型， 便于应对各类应用需求。编码器壳体一般采取高强度铝材（OPKON公司采取氧极氧化铝）。

此外，在优化产品构造设计时，一般厂商还特别存眷小型化、轻量化与密封性。例如轴端与输出电缆连接处是两个密封的脆弱环节，宣科（天津）公司在轴端采取高等油封，倍加福在电缆连接处的密封设计达到防护等级IP67。


第三，赓续进步分辨率。在数控应用范畴，进步编码器的分辨率一向是市场竞争的核心。例如，日本FANUC公司精心设计的2iA编码器分辨率高达16000000p/r，这使伺服电机活动异常腻滑，为伺服体系实现纳米插补功能的纳米控制创造了前提，所谓“纳米控制”是伺服体系检测分辨率为1m时，插补分辨率可以进步至1nm,这就能大年夜大年夜进步数控机床的加工精度。今朝，进步分辨率的办法，一是加大年夜码盘直径，增长光栅的条纹；二是由伺服驱动器内基于DSP的编码寡居口电路对增量式编码器输出的A、B两路矩形波脉冲旌旗灯号进行前沿和后沿的检测，以进步2倍或4倍分辨率；三是也可对增量式编码器输出的┞俘弦旌旗灯号进行电子内插，以较低的成本获得较高的分辨率。如今，美国GPI公司还专门设计了HR2A增量式编码器登着螫细分模块，可获得1～20倍于编码器刻线的脉冲数，再经4倍频可获得80倍的脉冲数。
第四，多样化的旌旗灯号传输与接口设计。绝对型编码器的输出可所以并行的，也可所以串行的。对于为数不多的绝对式光电编码器一氨善并行输出，如许接口电路简单，并且通信速度高。但平行输出须要多芯电缆比串行电缆贵，且传输距离受到限制，是以多位数、高精度的编码器多采取串行输出。可用于编码器的串行总线有专用总线与通用总线，专用总线与接口如一般编码器设计采取的SSI（同步串行接口）、BISS(双向数字传感寡居口)、DRIVE-CLIQ(西门子专用)、ENDAT(海德汉研发，倍加福、贝加莱、倍福等公司采取)、Hiperface(喷鼻港博世力士乐等公司采取)。通用工业总线与接口，先前是RS-422/485,如今设计采取现场总线与及时以太网将成趋势，如倍加福、堡盟等公司设计的编码器采取了AS-i、CANopen、DeviceNet、Profibus DP等现场总线和POWERLINK、PROFINET、EtherCAT等及时以太网。(end)