如何选购合适的旋转编码器

旋转编码器是一种为运动控制应用获取角度位置信息的设备。收集的信息包括:角速度、位置、位移、方向或加速度。

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  • 如何选择一个旋转编码器?

    Pepperl Fuchs旋转编码器
    Pepperl Fuchs旋转编码器

    当选择一个旋转编码器时,首先需要确定是使用增量编码器还是绝对编码器。

    •  增量旋转编码器根据轴的旋转提供脉冲。 脉冲或增量是一个平方数字信号。 编码器的分辨率对应于其每转的增量数。 通电时,旋转编码器不包含任何位置信息。 每次电源中断时,都需要将其重置。
    •  绝对值旋转编码器集成了自己的计数器,在电源中断的情况下,可以保存最后记录的值。

    增量旋转编码器成本更低,但在以下情况下,您应该选择绝对旋转编码器:
    • 重新设置旋转编码器不利于您的应用;
    • 您的信号处理系统可能会受到噪声的干扰,产生假脉冲;
    • 不计算脉冲的风险很高(例如在高频下);
    • 旋转运动是振荡的,与完全旋转不对应;
    • 需要随时了解轴的实际位置;
    • 需要计算完成的转数。 在这种情况下,应该选择一个多圈绝对旋转编码器。

    选择旋转编码器时,还需要根据将要集成到其中的系统来确定尺寸。 您将需要确定编码器空间要求,即外壳直径和长度以及输出轴的直径(实心或空心)。

    最后,需要确定编码器的使用环境和机械约束,以便选择合适的保护级别。

  • 增量旋转编码器是如何工作的?

    Baumer鲍尔默旋转编码器
    Baumer鲍尔默旋转编码器

    增量旋转编码器测量相对于参考位置的角位移。 断电后,数据处理系统必须等待编码器发送与参考位置对应的信息,才能正确利用角位移的信息。

    增量旋转编码器采用不同的技术设计,每种技术都有各自的优缺点。 最常用的技术是:
    光学增量旋转编码器:这种编码器使用发光二极管(LED)来“读取”角位移。 此类旋转编码器价格合理,提供高分辨率(高精度)。 这项技术广泛应用于工业生产中,但如果环境存在损坏的风险(灰尘、油污等),光学扫描系统可能会被破坏。
    磁性增量旋转编码器:脉冲由磁铁发出。 这项技术在工业上也普遍使用,因为磁性编码器不易有受到污染的风险。

    不管旋转编码器的工作原理是什么,输出信号都是构成二进制代码的一系列脉冲,即与角位移相对应的1和0的序列,具体取决于编码器的分辨率。 该信号可用于确定行程方向、相对于参考位置的行程值、速度或加速度。

    使用增量编码器,您可以将编码器导线连接到可编程逻辑控制器(PLC)的输入端。 具体使用哪种输入端取决于编码器的工作频率。 该工作频率与轴的转速和编码器的分辨率成正比。 在高频情况下,与参考位置相对应的信号用于校正未考虑到的脉冲的计数误差。

    通常,旋转编码器有5到12个输出(电线或连接器端子),需要将其连接到计数器。 对于具有5个输出的编码器,两条输出线用于电源,另外三条输出线用于发送与角位移相对应的信号。

  • 绝对旋转编码器是如何工作的?

    Renishaw雷尼绍旋转编码器
    Renishaw雷尼绍旋转编码器

    绝对旋转编码器一打开就可以指示角度位置。 它连续发出一个与其所连接轴的实际位置相对应的信号。 绝对编码器有两种类型:

    单圈旋转编码器 指示轴的位置。 编码器发送的值对于每一个旋转都是相同的。 一个简单的单圈旋转编码器,除了与角位移有关的信息外,还可以随时(甚至在静止时)知道轴的位置。
    多圈旋转编码器 集成了辅助旋转编码器,以指示除轴位置以外执行的转数。

    与增量旋转编码器一样,绝对旋转编码器主要使用的技术是光学技术,虽然有很高的精度,但可能会受到灰尘、油等和磁性材料损坏的风险。

    使用绝对旋转编码器时,轴位置由唯一的代码定义,该代码在编码器通电后立即发送。 它可以按原样操作或转换成数字信号通过现场总线系统(如SSI、CANopen或Profinet)传输。

  • 旋转编码器的分辨率是多少?

    旋转编码器的分辨率与它在一个旋转过程中可以测量的最大点数相对应。 对于增量旋转编码器,分辨率直接与每转输出的脉冲数有关。 对于绝对旋转编码器,它连接到执行编码的位数。 例如,一个16位编码器的分辨率为每转65536点。

    您需要选择一个编码器分辨率,以满足您的应用程序的要求和组成测量链的机械部件的精度。 编码器连接到电子设备、控制器或计数器,该电子设备需要具有最大输入频率。 与低分辨率增量编码器相比,高分辨率增量编码器在一圈内提供更多的脉冲。 根据应用施加的转速,编码器输出信号的频率可能会高于连接到编码器的设备能够处理的频率。 在这种情况下,您需要使用分辨率较低的旋转编码器。

  • 如何组装旋转编码器?

    旋转编码器的组装取决于它的形状。 因此,确定旋转编码器将如何连接到要测量的轴是非常重要的。

    有三种不同的组装方式:
    • 带有实心轴的旋转编码器,可以有不同的形状,如截断的圆柱体、正方形或六边形。 这种类型的编码器可以安装在空心轴的末端,或者例如安装在齿轮盖中。
    • 带有空心轴的旋转编码器,轴可以插入其中。
    • 旋转编码器分为两部分。 包括 一个安装在轴末端的圆盘和一个固定在圆盘上方的“拾取头”。

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