编码器新员工培训资料

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 - 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) - 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 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 PDA1PDA2PDB1PDB2 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)。 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 VoutB 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 VoutA 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 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 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 mm 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 船用设备 食品&饮料 船用 饮料 船用, 近海近海 AC61 总线总线 Profibus IBS 光学绝对值光学绝对值 AC61 并行 (P) 增量增量r+绝对值绝对值 ST 63.5 mm 不锈钢工业不锈钢工业 RI59 AC59 技术 应用 市场 接口 尺寸 技术 应用 市场 接口 尺寸 种类种类 29 电机反馈总览电机反馈总览 AC 异步电机异步电机AC 同步电机同步电机DC电机电机 低 高 不用编码器 F-U 矢量 正余弦编码器 绝对值编码器 需求 Kit + Hall 旋转变压器 增量编码器 正余弦编码器 绝对值编码器 增量编码器 测速发电机 正余弦编码器 绝对值编码器 步进电机步进电机 霍尔传感器 增量编码器 磁编码器 不用编码器 安装 不用编码器 换向 电气电气感应电刷 Hengstler 范围范围 增量编码器 30 差分信号差分信号 ? RS 422, HTL 反相RS 422, HTL 反相 ? 信号带互补双绞对信号带互补双绞对 降低电容耦合 ? 差分信号差分信号 消除共模干扰 ? RS 422, HTL 反相RS 422, HTL 反相 ? 信号带互补双绞对信号带互补双绞对 降低电容耦合 ? 差分信号差分信号 消除共模干扰 A A. 0 V 0 V + - 屏蔽 双绞对 屏蔽 双绞对 (e.g. A and A) 31 Sine / Cosine 1Vpp *Invertierte Kanle sind der bersichtlichkeit halber nicht dargestellt Drehrichtung im Uhrzeigersinn, Blick auf die Welle 参考信号 1 / U 粗略轨道 1 / U 用于换向信号: C = Sine D = - Cosine 精细轨道 2048 / U A = Sine B = - Cosine A B C D R 闭环质量的关键点:闭环质量的关键点: ? 谐波失真，残余误差谐波失真，残余误差 ? 幅度差，相的关系幅度差，相的关系 ? 通过插补最大可达4百万步/转通过插补最大可达4百万步/转 闭环质量的关键点:闭环质量的关键点: ? 谐波失真，残余误差谐波失真，残余误差 ? 幅度差，相的关系幅度差，相的关系 ? 通过插补最大可达4百万步/转通过插补最大可达4百万步/转 32 用于电机反馈接口的标准用于电机反馈接口的标准 波形 ? ? ? ? ? ? ? ? 旋转变压器 - - ? ? ? ? ? HTL 单端 ? ? ? ? ? ? ? ? RS485 - ?- 适合电机反馈的 噪声免疫性能 ? ? ? ?- 差分 ? ? ? ?数字量 ? ? ? ? ?增量型 ?噪声免疫 ? ? ? ? 4-20mA ? ? ? ? 1Vpp TTL-1通道 ? ?模拟量 ? ? ?绝对值型 0-10V HTL-反向 RS 422 (TTL-反向 图例图例:-不好不好? 一般? 一般? 好? 好? 出色? 出色 33 RI36-HM14 ?Bis zu 512 Inkr. ?100C ?Integrierter Phasen- diskriminator (E9) E9M9 ?Industrie serie ?Bis zu 3.600 Inkr. ?Hohl- welle bis zu 10mm A B ?Avago (HP) HEDS 5540 Ersatztyp ?Bis zu 1.024 Inkr. ?100C 小型直流和步进电机增量编码器小型直流和步进电机增量编码器 M15, M21 ?Modular ?Mit Kommutierung ?Bis zu 2.048 Inkr. A,B U W V 步进电机电机反馈步进电机电机反馈 ? 可达512线 ? 100C ? 集成相辨别器 (E9) ? 工业特征 ? 可达 3600 线 ? 轴套可达 10mm ? 可替换Agilent (HP) HEDS 5540 ? 可达1024线 ? 100C ? 模块化 ? 带换向信号 ? 可达2048线 34 直流无刷电机电机反馈直流无刷电机电机反馈 A,B U W V 弹性安装弹性安装 ?带换向信号 ?可达10000 ppr ?Renco + Tamagawa 兼容 F14, F18F10, F15, F21 弹性安装弹性安装 ?带换向信号 ?可达2048 ppr ?旋转变压器安装兼容 ?尺寸 10, 15, 21 RF53 弹性安装弹性安装 ?带换向信号 ?可达8192 ppr ?双弹簧片设计 ?IP 54 防护等级 ?锥轴 ?工作温度 120C 增量编码器，用于直流无刷电机带换向信号增量编码器，用于直流无刷电机带换向信号 35 高性能直流无刷电机电机反馈高性能直流无刷电机电机反馈 Acuro- Drive, 绝对值单圈绝对值单圈 & 多圈多圈 ?22位高速数字位高速数字BiSS接口接口 (10MHz) ?13 位位SSI + 2048 x SinCos ?机械机械MT-减速箱减速箱12 位位 (4096 圈圈) ?低电源消耗低电源消耗 ?安全概念安全概念 (警告警告,报警报警, CRC) ?8, 10 mm 空心轴空心轴- 轴套或者锥轴轴套或者锥轴 ?-20C +120C运行温度运行温度 RS53 正弦波正弦波 ?2048 sincos ?1 sincos 用于 换向信号 用于 换向信号 BiSS A,B C, D SSI Sin - Cos AD34AD36AD58AD110 绝对值单圈绝对值单圈 ?17 位分辨率位分辨率 ?更短的长度更短的长度 ?可达可达100C ?可选可选 HaroweMax ?机器绕线机器绕线 ?低速脉动低速脉动 2% 旋变旋变 36 AC58 RI76RI58-D/F A B RI80-E 用于异步电机的增量和绝对值编码器用于异步电机的增量和绝对值编码器 异步电机电机反馈异步电机电机反馈 A B BiSS SSI Sin - Cos ?增量 ?可达 10000 线 ?绝对值绝对值 ?可达22 位/转. ?齿轮多圈 ?增量增量 ?可达8192ppr ?不易破碎的码盘 ?更坚固 ?集成故障监视 ?自诊断 ?远程访问 37 电机反馈编码器电机反馈编码器 增量套件 编码器 增量套件 编码器 旋变旋变带换向信号 编码器 带换向信号 编码器 正弦编码器正弦编码器数字量正弦 绝对值 单圈编码器 数字量正弦 绝对值 单圈编码器 性能性能 & 功能功能 价格价格 商业通用电机控制商业通用电机控制CNC 商业通用电机控制商业通用电机控制CNC AD58-M AD36-M AS58-M - AD58-S AD36-S AD35-S - S21 - - F21, F18, DSR, DMR F15, F14, DSR, DMR F10 M21 M15 - 21 BRCX 15 BRCX 10 BRCX - 尺寸尺寸 21 53mm M14 尺寸尺寸 15 38mm E9, M9 尺寸尺寸 10 22mm 数字量绝对值 多圈安全 数字量绝对值 多圈安全SIL 2 编码器编码器 + 10+ 10+ 5+ 2+ 35+ 35+ 35+ 35 带换向信号 编码器 带换向信号 编码器 数字量正弦 绝对值 多圈编码器 数字量正弦 绝对值 多圈编码器 Modular 轴承类型轴承类型 38 BLDC伺服电机结构BLDC伺服电机结构 磁铁 轴 铁芯 磁铁 轴 铁芯 安转法兰安转法兰 Brake 120 C ? 旋变或编码器反馈旋变或编码器反馈 ? 旋变或编码器反馈旋变或编码器反馈 47 AD3X 平台AD3X 平台 ?很容易机械安装到电 机B表面 ?1 标准型 ?最短的绝对值编码器最短的绝对值编码器 ?23 mm 厚度厚度 ?性能性能 ?安装安装:1尺寸适应所有尺寸适应所有 ?尺寸只有尺寸只有36mm， 8mm贯通轴贯通轴MT 优点优点 计划