光電編碼器在電機控制中主要有哪些應(yīng)用？

電機的位置檢測在電機控制中是十分重要的，特別是需要根據(jù)精確轉(zhuǎn)子位置控制電機運動狀態(tài)的應(yīng)用場合，如位置伺服系統(tǒng)。電機控制系統(tǒng)中的位置檢測通常有：微電機解算元件，光電元件，磁敏元件，電磁感應(yīng)元件等。這些位置檢測傳感器或者與電機的非負載端同軸連接，或者直接安裝在電機的特定的部位。其中光電元件的測量精度較高，能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子的機械位置，從而間接的反映出與電機連接的機械負載的準(zhǔn)確的機械位置，從而達到精確控制電機位置的目的。

光電編碼器實質(zhì)上是一種光電角位移傳感器，這種傳感器綜合電能和光能構(gòu)成一種數(shù)字測角裝置。其利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量的傳感器。

常見的光電編碼器由光柵盤，發(fā)光元件和光敏元件組成。光柵實際上是一個刻有規(guī)則透光和不透光線條的圓盤，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)整形后，變?yōu)槊}沖信號，每轉(zhuǎn)一圈，輸出一個脈沖。根據(jù)脈沖的變化，可以精確測量和控制設(shè)備位移量。

光電編碼器最主要的作用就是測量某一軸的轉(zhuǎn)速與位置。通常情況下，光電編碼器會連接在電機的軸上，用以測量電機的角速度角位移，再通過數(shù)據(jù)的再處理從而達到閉環(huán)控制的效果。

絕對式光電編碼器如圖所示，他是通過讀取編碼盤上的二進制的編碼信息來表示絕對位置信息的。

編碼盤是按照一定的編碼形式制成的圓盤。圖1是二進制的編碼盤，圖中空白部分是透光的，用“0”來表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”來表示。通常將組成編碼的圈稱為碼道，每個碼道表示二進制數(shù)的一位，其中最外側(cè)的是最低位，最里側(cè)的是最高位。如果編碼盤有4個碼道，則由里向外的碼道分別表示為二進制的23、22、21和20，4位二進制可形成16個二進制數(shù)，因此就將圓盤劃分16個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)一個4位二進制數(shù)，如0000、0001、…、1111。

增量式光電編碼器是碼盤隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號，然后根據(jù)位置變化的方向用計數(shù)器對脈沖進行加/減計數(shù)，以此達到位置檢測的目的。它是由光源、透鏡、主光柵碼盤、鑒向盤、光敏元件和電子線路組成。

增量式光電編碼器的工作原理是是由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉(zhuǎn)，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯開90o相位的窄縫，并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤透過來的信號。工作時，鑒向盤不動，主光柵碼盤隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，光源經(jīng)透鏡平行射向主光柵碼盤，通過主光柵碼盤和鑒向盤后由光敏二極管接收相位差90o的近似正弦信號，再由邏輯電路形成轉(zhuǎn)向信號和計數(shù)脈沖信號。為了獲得絕對位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉(zhuǎn)一周，輸出一個零位脈沖，使位置角清零。利用增量式光電編碼器可以檢測電機的位置和速度。

光電編碼器應(yīng)用舉例

CNC機床

機床需要一個參考點，參考點是機床廠在伺服軸上建立的固定物理位置。機床回零點，即數(shù)控系統(tǒng)返回參考點。工件坐標(biāo)零點是加工零件時根據(jù)加工工藝要求，在參考點的基礎(chǔ)上進行一定量的偏置生成的，不同的零件其工件坐標(biāo)零點與參考點的偏置量是不同的。當(dāng)參考點丟失時，工件坐標(biāo)零點就無法建立，數(shù)控加工程序就不能正常運行。參考點一致性出現(xiàn)問題時，數(shù)控加工程序雖可運行，但工件零點的一致性發(fā)生變化，加工精度就無法保證。絕對式光電編碼器由于已經(jīng)建立柵格點，所以可直接返回原點;增量式則需要硬件與控制的配合，在行程最大位復(fù)位為零點，并在每次開機時都需要重新設(shè)置。

打印機

打印機普遍使用增量式編碼器，增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。