光电编码器：简介及应用优化

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。生产线上常采用的是增量式光电编码器。增量式光电编码器其结构是由光栅盘和光电检测装置组成的。图2-16光电编码器原理示意图光电编码器的码盘条纹决定了传感器的最小分辨角度。图2-17增量式编码器输出脉冲示意图计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。

光电编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。一般来说，根据光电编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。生产线上常采用的是增量式光电编码器。

增量式光电编码器其结构是由光栅盘和光电检测装置组成的。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图2-16所示；通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

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图2-16　光电编码器原理示意图

光电编码器的码盘条纹决定了传感器的最小分辨角度（分辨角=360°/条纹数）。假设条纹数为500，则分辨角α=360°/500=0.72°。为了提供旋转方向的信息，增量式编码器通常利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90°。当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位，如图2-17所示。

YL-335B分拣单元使用了这种具有A、B两相90°相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC 12～24 V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端。信号输出线分别为绿色、白色和黄色三根引出线，其中黄色线为Z相输出线。编码器在出厂时，旋转的方向规定是从轴侧看顺时针方向旋转为正向，这时绿色线输出信号将超前白色线输出信号为90°，因此规定绿色线为A相线，白色线为B相线。然而我们在分拣单元传送带的实际情况下，正转时电动机的转向恰恰相反，为了确保传送带正向运行时，PLC的高速计数器的计数为增计数，在实际接线时需将白色线作为A相线使用，绿色线作为B相线使用，分别接入PLC的相应输入点。此外，传送带不需要起始零点信号，故Z相不需接入。

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图2-17　增量式编码器输出脉冲示意图

计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为d=43 mm，则减速电动机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π·d=3.14×43=136.35（mm），故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273（mm）。

例如，当工件从下料口中心线移到第一个推杆中心点的距离为164 mm时，旋转编码器发出600个脉冲。

应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。

■任务总结

各种类型的自动化生产线上所使用的传感器种类繁多，这里没有全部予以介绍，每种传感器的使用场合与要求不同，检测距离、安装方式、输出端口电气特性等都不相同，这需要我们认真阅读传感器的产品手册，并且在安装调试中与执行机构、控制器等相关环境进行综合考虑。在这里还要重点提醒一点，很多时候自动化生产线不能正常工作的原因就是因为传感器安装调试不到位引起的，因此在机械部分安装完毕后进行电气调试时，第一步就是进行传感器的安装与调试。

■拓展案例

1.查阅自动化生产线中涉及的传感器的产品手册，讲一讲各个传感器的特点。

2.为何本自动化生产线选择这些传感器？

3.如果是你，你会如何选择传感器？

光电编码器：简介及应用优化

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