脉冲编码器

8.4　脉冲编码器

编码器又称编码盘或码盘，它把机械转角转换成电脉冲，是一种常用的角位移测量装置。编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种，光电式的精度和可靠性都优于其他两种，因此在数控机床上得到广泛的应用。

8.4.1　光电脉冲编码器的结构和工作原理

脉冲编码器是一种增量检测装置，它的型号由每转发出的脉冲数来区分。数控机床上常用的脉冲编码器有2 000 P/r，2 500 P/r和3 000 P/r等，在高速、高精度数字伺服系统中应用高分辨率的脉冲编码器，如20 000 P/r，25 000 P/r和30 000P/r等，现在已有使用每转发10万个脉冲的脉冲编码器，该编码器装置内部采用了微处理器。

光电脉冲编码器的结构如图8－4－1所示。在一个圆盘的圆周上刻有相等间距的线纹(分为透明和不透明)称为圆光栅。圆光栅与工作轴一起旋转。与圆光栅相对平行地放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面刻有相差1/4节距的两个狭缝(在同一圆周上，称为辨向狭缝)。此外还有一个零位狭缝(—转发出一个脉冲)。脉冲编码器通过十字连接头或键与伺服电动机相连，它的法兰盘固定在电动机端面上，罩上防护罩，构成一个完整的检测装置。

下面介绍光电编码器的工作原理。当圆光栅旋转时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹。光电元件接收这些明暗相间的光信号，并转换为交替变化的电信号。该信号为两路近似于正弦波的电流信号A和B，如图8－4－2所示。A和B信号相位相差90°，经放大和整形变成方波。通过光栅的两个电流信号，还有一个“一转脉冲”，称为Z相脉冲，该脉冲也是通过上述处理得来的。A脉冲用来产生机床的基准点。

图8－4－1　光电脉冲编码器的结构组成示意图

1—光源;2—圆光栅;3—指示光栅;4—光敏光件5—轴;6—连接法兰;7—防护装置;8—电路板

图8－4－2　脉冲编码器输出的波形

脉冲编码器输出信号有等信号，这些信号作为位移测量脉冲，并经过频率—电压变换作为速度反馈信号，进行速度调节。

8.4.2　光电脉冲编码器的应用

光电脉冲编码器在数控机床上用于数字比较的伺服系统中作为位置检测装置，将检测信号反馈给数控装置。

光电脉冲编码器将位置检测信号反馈给CNC装置有两种方式:一种是适应带加减计数要求的可逆计数器，形成加计数脉冲和减计数脉冲。另一种是适应有计数控制和计数要求的计数器，形成方向控制信号和计数脉冲。

图8－4－3　脉冲编码器的应用

在此，仅以第二种应用方式为例，通过给出该方式的电路图(图8－4－3a)和波形图(图8－4－3b)来简要介绍其工作过程。脉冲编码器的输出信号A，B经差分、微分、与非门C和D，由RS触发器(由1，2与非门组成)输出方向信号，正走时为“0”，反走时为“1”。由与非门3输出计数脉冲。

正走时，A脉冲超前B脉冲，D门在A信号控制下，将B脉冲上升沿微分作为计数脉冲反向输出，为负脉冲。该脉冲经与非门3变为正向计数脉冲输出。D门输出的负脉冲同时又将触发器置为“0”状态，Q端输出“0”，作为正走方向控制信号。

反走时，B脉冲超前A脉冲。这时，由C门输出反走时的负计数脉冲，该负脉冲也由3门反向输出作为反走时计数脉冲。不论正走、反走，与非门3都为计数脉冲输山门。反走时，C门输出的负脉冲使触发器置“1”，作为反走时方向控制信号。