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編碼器——實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制的必備設(shè)備
編碼器是指通過(guò)數(shù)碼編碼形式對(duì)物理量進(jìn)行測(cè)量并輸出的一種裝置。在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，編碼器常常被用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)角、線性位移以及運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，然后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或PLC中實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制。
通常根據(jù)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸是絕對(duì)還是增量等因素進(jìn)行分類，主要包括光電編碼器、磁編碼器、光學(xué)編碼器、電容編碼器等。其中，光電編碼器是使用最普遍的一種類型。
光電編碼器是通過(guò)光電效應(yīng)將相對(duì)轉(zhuǎn)子與固定柱之間的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而確定其位置和速度。光電編碼器由信號(hào)盤、光電轉(zhuǎn)換器、放大器和數(shù)字接口組成，信號(hào)盤固定于定子上，而光電轉(zhuǎn)換器、放大器和數(shù)字接口則集成在同一芯片中，用于轉(zhuǎn)化和處理信號(hào)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，信號(hào)盤上的模式對(duì)光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生信號(hào)，并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器處理輸出。
編碼器廣泛應(yīng)用于機(jī)床、銑床、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控加工中心、印刷機(jī)、包裝機(jī)、機(jī)床傳動(dòng)等各種自動(dòng)控制領(lǐng)域。在這些行業(yè)中，編碼器不僅用于測(cè)量角度、線性位移和速度等物理量，還可用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器人和工控系統(tǒng)的位置、速度和方向等信息。
高分辨率、穩(wěn)定性好、可重復(fù)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、很少有磨損和故障、價(jià)格適中。
由于光電編碼器的比較原理至少需要兩個(gè)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行匹配，所以其精度受到了環(huán)境噪聲、光照強(qiáng)度、光盤的距離等因素的影響，容易受到顫動(dòng)或震動(dòng)干擾。
選擇編碼器應(yīng)首先考慮應(yīng)用環(huán)境的惡劣程度，然后再考慮需要達(dá)到的精度和分辨率，如是否需要絕對(duì)編碼器、高旋轉(zhuǎn)速度、大型齒輪系統(tǒng)等。另外，還需要考慮編碼器安裝的位置和電纜的長(zhǎng)度等因素。選擇適當(dāng)?shù)木幋a器可以提高系統(tǒng)的可靠性并為系統(tǒng)的高精度運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)便利。
使用編碼器時(shí)，要注意保持良好的機(jī)械結(jié)構(gòu)和最佳安裝位置，避免受到外部噪聲的影響。此外，使用前需要檢測(cè)信號(hào)電纜是否正常。平時(shí)編碼器需要定期清洗，并檢查導(dǎo)線的接頭是否松動(dòng)，防止長(zhǎng)時(shí)間受到污染和震動(dòng)而引起失靈。
如今市面上出現(xiàn)了不少編碼器產(chǎn)品，比較知名的品牌有：歐姆龍、奧圖碼（AUTOMATA）、BANNER、BEI、博世力士樂(lè)（BoschRexroth）、科勒芬格（Heidenhain）、PORSCHE、SIEMENS等。其中，歐姆龍和SIEMENS是兩個(gè)市場(chǎng)份額較大的品牌，質(zhì)量和性價(jià)比很高。
隨著制造行業(yè)的不斷發(fā)展，編碼器也會(huì)逐漸趨向于“小型化、集成化、智能化”。未來(lái)，人們尤其看好微型編碼器的發(fā)展，因?yàn)槲⑿途幋a器具有音速及以上的傳感器頻率，不僅易于安裝，而且在實(shí)現(xiàn)高速度位置反饋控制和角度精度方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
各種工業(yè)設(shè)備和機(jī)器人都需要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的支持，而編碼器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制起到了至關(guān)重要的作用。比如，機(jī)器人要完成高精度制作零件、以及執(zhí)行組裝、分揀等多種任務(wù)，就需要編碼器進(jìn)行位置檢測(cè)、軌跡檢測(cè)等操作。又如，在醫(yī)療器械領(lǐng)域中，編碼器也常常被用來(lái)測(cè)量各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和角度位置，比如手術(shù)機(jī)器人或機(jī)械臂。
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