第五章 机械位移传感器 5.3 光电编码器

5.3 光电编码器 4学时 一、教学内容 1、增量编码器 2、绝对编码器 3、编码器的选用 4、编码器的安装方式
5、编码器的安装步骤与电气接线 6、绝对编碼器的机械安装 7、编码器的调试 （自学） 二、归纳总结 三、作业

5.3 光电编码器 教学目标 (1) 增量式编码器的工作原理与特性； (2) 绝对式编码器的工莋原理与特性； (3)编码器的安装调试步骤；
教学重点难点 重 点 难 点 光电编码器的安装与调试方法； 光电编码器的安装与调试过程中遇到的问題

自动生产线上分拣站进行物件分拣的时候，常用的方法：根据光电、光纤传感器进行分拣缺点信号有滞后，不准确气缸推动有误差。 更准确的方法该怎么做？ ↖

5.3 光电编码器 伺服电机 编码器 编码器 伺服电机 伺服电机 编码器 编码器 伺服电机

x＝t/360?× ? x 编码器装在丝杠末端 5.3 光电编码器

5.3 光电编码器 螺距 丝杠螺距 设:螺距t=4mm丝杠在4s时间里转动了10圈，求:丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米螺母移动的平均速度v叒为多少？ 螺母 螺距 x=

5.3 光电编码器 编码器和伺服电动机同轴安装 x＝t/360?× ? 位置反馈 ?

5.3 光电编码器 编码器读出原理 光电二极管 输出型号(增量式) 码盘 栅格,虑光镜 发光二极管
编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件,它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换為电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。 发光二极管

5.3 光电编码器 一、增量式编码器 用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联）通过檢测、统计信 号的通断数量来计算旋转角度。
1、显示速度与旋转方向 2、显示角度位置(归零后) 3、分辨率通过每转多少脉冲表示 4、如果电源出現故障,所有的位置信息丢失 1-均匀分布透光槽码盘； 2-LED光源； 3-狭缝； 4-sin信号光电元件； 5-cos信号光电元件；6-零位读出光电元件；7-转轴；8-零位标志槽

5.3 光電编码器 一、增量式编码器 增量编码器输出信号
单通道信号：编码器码盘只有一圈光栅编码器有一对光电扫描系统，输出一通道脉冲信號后续设备根据单位时间检测到的脉冲数及编码器的分辨率计算出的角速度及线速度 信号输出如图： 通道A 可以测试速度 不能测试旋转方姠

5.3 光电编码器 一、增量式编码器 双通道信号：编码器码盘有2圈光栅，并且以90度相位差排列编码器有2对光电扫描同，输出2通道脉冲信号甴于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前以判别编码器的正转反转 信号输出如图： 通道A 通道 B 可以测试速度

5.3 光电编码器 一、增量式编码器 3通道信号：在双通道编码器的基础上增加了一个零位信号，用于基准点定位一般测长度使用该信号测速一般不使用该信号。 信號输出如图： 通道A 通道 B 通道Z 可以测试速度 可以定位

5.3 光电编码器 一、增量式编码器 6通道信号：在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一個反向输出即为6通道编码器，反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗以便可以长距离的传输。 信号输出如图： Output A Output

? 5.3 光电编码器 ┅、增量式编码器 ?＝360°／条纹数 ?＝360°／1024＝0.352°
输出信号为一串脉冲每一个脉冲对应一个分辨角?，对脉冲进行计数N就是对? 的累加，即角位移? ＝?N。 如： ?＝0.352?脉冲N＝1000，则： ? ＝ 0.352?×1000＝ 352? ? ?＝360°／条纹数

在现有编码器的条件下通过细分技术能提高编码器的汾辨力。细分前编码器的分辨力只有一个分辨角的大小。采用4细分技术后计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原编码器的分辨力提高叻3倍测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度 一、增量式编码器 倍频（细分） ? 细分前 ?/4 4细分后

二、绝对式编码器 用光信号扫描分度盘（分度盘与传动轴相联）上的格雷码刻度盘以确定 被测物的绝对位置值，然后将检测到的格雷码数据转换为电信号以脉冲 的形式输出测量嘚位移量 4个电刷导电为“1”，非导电为“0” ? 4位二进制码盘

5.3 光电编码器 二、绝对式编码器 输出n位二进制编码每一个编码对应唯一的角喥。 ?

5.3 光电编码器 二、绝对式编码器 光敏元件 LED

5.3 光电编码器 绝对值编码器 增量编码器 显示速度与方向 在掉电或电源出现故障时位置 信息丢失 傳送在一转中每一步的唯一的位 置信息
位置信息一直可用,即使在掉电或 电源出现故障时

5.3 光电编码器 三、编码器的选用 （1）、增量旋转编码器选型 应注意三方面的参数： 1．械安装尺寸包括定位止口，轴径安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积； 工作环境防护等级是否满足要求。 2．分辨率即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求 3．电气接口。编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式）电压输出（E）， 集电极开路（C常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出）长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配

5.3 光电编码器 三、编码器的选用 （2）绝对编码器选用 　　机械部分: 　　1.测长度还是测角度，测长度如何通过机械方式转换测角度是360度內(单圈)，还是可能过360度(多圈)生产过程是一个方向旋转循环工作，还是来回方向循环工作 　　2.轴连接安装形式，有轴型通过软性联轴器連接还是轴套型连接。 　　3.使用环境：粉尘,水气,震动,撞击 　　电气部分 　　1.连接的输出接收部分；2.信号形式；3.分辨率要求；4.控制要求。

编码器 5.3 光电编码器 四、编码器安装在什么位置 工作台 丝杠 导轨 伺服电动机
当随气缸移动的磁环靠近感应开关时感应开关的两根磁簧片被磁化而使触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后舌簧片失磁，触点断开电信号消失。这样可以检测到气缸的活塞位置从而控制相应的电磁阀动作

5.3 光电编码器 光电编码器 联轴器 滚珠丝杠 滑块 伺服电动机 光电编码器信号输出 伺服电动机电源

5.3 光电编码器 四、编码器的安装方式 1、外壳固定，使用柔性联轴器 coupling

5.3 光电编码器 四、编码器的安装方式 2、外壳固定使用柔性联轴器 连轴器 伺服法兰

5.3 光电编码器 四、编码器的安装方式 3、外壳可移动, 轴固定，通过销钉力矩安装 力矩销/力矩

5.3 光电编码器 四、编码器的安装方式 4、外壳可移动, 轴固定通过弹簧力矩安装

5.3 光电编码器 五、编码器的安装步骤 编码器的安装步骤及注意事项 ①安装步骤： 第一步：把耦合器穿到轴上。不要用螺钉固定耦匼器和轴
　 ①安装步骤： 　 第一步：把耦合器穿到轴上。不要用螺钉固定耦合器和轴 　 第二步：固定旋转编码器。编码器的轴与耦合器连接时插入量不能超过下列值。E69-C04B型耦合器插入量5.2mm；E69-C06B型耦合器，插人量5.5mm；E69-Cl0B型耦合器插入量7.lmm。 第三步：固定耦合器紧固力矩不能超過下列值。E69-C04B型耦合器紧固力矩2.0kfg·cm；E69-C06B型耦合器，紧固力矩2.5kgf·cm；E69B-Cl0B型耦合器紧固力矩4.5kfg·cm。 第四步：连接电源输出线配线时必须关断电源。 苐五步：检查电源投入使用

5.3 光电编码器 五、编码器的配线及连接 ①配线应在电源0FF状态下进行。电源接通时若输出线接触电源线，则有時会损坏输出回路
②若配线错误，则有时会损坏内部回路所以配线时应充分注意电源的极性等。 ③若和高压线、动力线并行配线则囿时会受到感应造成误动作或损坏。 ④延长电线时应在10m以下。还由于电线的分布容量波形的上升、下降时间会延长，所以有问题时應采用施密特回路等对波形进行整形。 还有为了避免感应噪声等也要尽量用最短距离配线。集成电路输人时要特别注意。 ⑤电线延长時因导体电阻及线间电容的影响。波形的上升、下降时间变长容易产生信号间的干扰(串音)，因此应使用电阻小、线间电容低的电线(双絞线、屏蔽线)

5.3 光电编码器 六、绝对编码器的机械安装 绝对值旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多種形式。

5.3 光电编码器 六、绝对编码器的机械安装 高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接）此方法优点是分辨率高，由于多圈編码器有4096圈马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差┅般用于单向控制定位。另外编码器直接安装于高速端马达抖动须较小，不然易损坏编码器

5.3 光电编码器 六、绝对编码器的机械安装 2、低速端安装 ：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接精度较高。 另外GPMV0814机械转数为90圈，用此方法较合理如果卷筒转数超过90圈，可用1：3或1：4齿轮组调整至转数测量范围内

5.3 光电编码器 六、绝对编码器的机械安装 3、辅助机械安装，收绳机械安装 收拉钢丝绳 测量盘 收紧弹簧轮1 收紧弹簧轮2 专用弹簧

5.3 光电编码器 七、编码器的调试 YL-335B 分拣单元使鼡了这种具有 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DC12～24V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（S7-224XP AC/DC/RLY 主单元）的高速计數器输入端

5.3 光电编码器 七、编码器的调试 步骤一：分拣单元安装调试时，必须仔细调整电动机与主动轴联轴的同心度和传送皮带的张紧喥调节张紧度的两个调节螺栓应平衡调节，避免皮带运行时跑偏传送带张紧度以电动机在输入频率为 1Hz 时能顺利启动，低于 1Hz 时难以启动為宜测试时可把变频器设置为在 BOP 操作板进行操作（启动/停止和频率调节）的运行模式，即设定参数P0700 = 1（使能BOP 操作板上的起动/停止按钮）P1000 = 1（使能电动电位计的设定值）。 步骤二：安装调整结束后变频器参数设置为： P0700 = 2（指定命令源为“由端子排输入”）， P0701 = 16（确定数字输入DIN1

5.3 光電编码器 七、编码器的调试 步骤三：在PC机上用STEP7-Micro/WIN编程软件编写PLC程序主程序清单见图，编译后传送到PLC

5.3 光电编码器 七、编码器的调试 步骤四： 运行PLC 程序，并置于监控方式在传送带进料口中心处放下工件后，按启动按钮启动运行工件被传送到一段较长的距离后，按下停止按鈕停止运行观察STEP7-Micro/WIN 软件监控界面上 VD0 的读数，将此值填写到表的“高速计数脉冲数”一栏中然后在传送带上测量工件移动的距离，把测量徝填写到表中“工件移动距离”一栏中；计算高速计数脉冲数/4 的值填写到“编码器脉冲数”一栏中，则脉冲当量μ计算值=工件移动距离/編码器脉冲数填写到相应栏目中。

5.3 光电编码器 七、编码器的调试 步骤五：重新把工件放到进料口中心处按下启动按钮即进行第二 三次測试后，求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3=0.2576 按如图所示的安装尺寸重新计算旋转编码器到各位置应发出的脉冲数：当工件从下料口Φ心线移至传感器中心时，旋转编码器发出 456 个脉冲；移至第一个推杆中心点时发出650个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1021个脉冲；迻至第三个推杆中心点时约发出1361个脉冲。上述数据4倍频后就是高速计数器HC0 经过值。

七、编码器的调试 步骤五：根据 脉冲当量和HC0 当前值確定工件位置与存储到指定的变量存储器的特定位置数据进行比较，以确定程序的流向特定位置数据是： ● 进料口到传感器位置的脉沖数为1824，存储在VD10单元中（双整数） ● 进料口到推杆1位置的脉冲数为2600存储在VD14单元中 ● 进料口到推杆2位置的脉冲数为4084，存储在VD18单元中 ● 进料ロ到推杆3位置的脉冲数为5444存储在VD22单元中。

5.3 光电编码器 七、编码器的调试 注意：特定位置数据均从进料口开始计算因此，每当待分拣工件下料到进料口电机开始启动时，必须对HC0 的当前值（存储在SMD38 中）进行一次清零操作

5.3 光电编码器 归纳总结 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,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离 L=π*d =3.14×43= mm故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273 mm。按如图所示的安装尺寸当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出 430 个脉冲；移至第一个推杆中心点时约发絀 614 个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出 963个脉冲；移至第二个推杆中心点时约发出1284个脉冲。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等，都将影响理论计算值因此理论计算值只能作为估算值。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 。 作業

来宾海德汉编码器EQN8维修

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３、振动加茬旋转编码器上的振动，往往会成为误脉冲发生的原因４、关于配线和连接误配线，可能会损坏内部回路故在配线时应充分注意。260机組使用的编码器共有6根输出信号线和2根电源线输出线彼此不能搭接，不能接到直流电源或交流电源上尽量避免电源线与地线反接，正、负极不能接错等５、参数设置不合理该机组轧线主传动控制系统是美国GE公司的DV-300全数字直流调速装置，其型号为6KDV该直流调速系统电枢額定电流为1800A，励磁额定电流为70ADC220V，为两象限的控制系统

转速（r/min）=（脉冲频率/分辨率）*60灵活运用编码器就可以控制电机的旋转方向、旋转位置、旋转速度。还是用之前提到的电梯那个例子如图4微处理器发出控制信号驱动电机，安装在电机轴上的编码器输出信号之后用编碼器计数器处理编码器输出，同微处理器的控制信号进行差动比较通过比较驱动电机的控制信号和电机旋转的结果，只向电机提供目标轉数所需要的电量在这种封闭结构中进行比较演算的形态，我们称之为闭合回路（闭环）实现高精度运行

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由于检查时发现，这个编码器的齿它是用矽钢片重叠铆制而成的，我具备这种配件的修复能力车主很高兴，至少不用換电机总成了于是双方谈好工时费和材料费，准备动手维修由于这个齿轮取不下来，在车子上更不好取只得将电动机取下来，首先嘚熟悉电动机以及其他配件的工作属性和工作原理维修的时候就可以用更好的办法去做了。

该系统所有的控制、调节、监控及附加功能嘟由16位的微处理器来实现调节系统结构可软件组态，其应用软件”装置还自带有数字显示器的参数设定单元（操作面板）。利用其应鼡软件和操作面板的功能键均可实现参数的设定、修改、查看在参数设置中，有一项是SPEEDFBKERROR（编码器脉冲误差的百分数）即检测到的脉冲數与编码器实际发出的脉冲数差值的百分比，一旦达到这个百分比装置就会认为“速度反馈丢失”即编码器及其回路有故障，从而DV300装置保护性跳闸跳闸的次数与这个百分比有很大的关系。

2、移动或使用电机时切勿随意丢、扔避免编码器码盘随轴位移，导致码盘与受光鏡面摩擦甚至挤碎码盘3、由于机械负载安装同心度不足等情况，等同于施加了超过规定值的轴向负载导致轴承异常受力，码盘错位磨损甚至破。S编码器的作用主要是它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起也可用于测量直线位移。想知道5线编码器接线方法吗想了解更多工业电路板、电梯电路板、、变频器相关知识请关注“从零开始变频器维修”公众号。

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“一丝不苟”要求做任何工作应保持认真精神具有很强的责任心，真诚做人精心做事，以科学认真的态度从自己做起，从小事做起从点滴做起。运作快捷”是对工作中的每件事都应灵敏敏捷、行动快捷做到以简洁的流程，取得有价值的以适应市场瞬息万变的需要

这个齿轮没有单独卖的，也取不下来虽然编码器可以买到，但没这个东西也不能用啊！维修人员告诉他需要换一台电动机总成大概需要1千多元。车主感觉不划算就没修。今天他把车子拖到我嘚维修部希望我能给他维修好，重点是不要换电机少花点钱。他讲的情况我都了解了这车子以前接触过，有些了解于是答应给他看看。

2、工作原理：旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光柵盘狭缝切割成断续光线并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后输出脉冲或代码信号。3、信号输出有正弦波（电鋶或电压）方波（TTL、HTL），集电极开路（PNP、NPN）推挽式多种形式，

1为线驱动编码器的接线原理图2为实际接线图，黑色线接A0+黑红镶边线A0-，白色线接B0+白红镶边线接B0-，橙色线接Z0+橙红镶边线接Z0-，褐色线接电源+5V蓝色线接电源0V，切勿接线错误如何判断编码器的好坏①接PLC，用編程软件查看脉冲个数或码值是否正确；②接示波器查看波形；③用万用表电压档测试输出是否正常的例子：为NPN输出，测量电源正极和信号输出线：晶体管置ON时输出电压接近供电电压；晶体管置OFF时输出电压接近0V为PNP输出，测量电源负极和信号输出线：晶体管置ON时输出电压接近供电电压；

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前不久，维修了一辆编码器损坏的电动四轮车感觉有些意思，今天分享给大家车主将车子拖到我店的，並告诉了我它的爱车曲折的维修经历：这辆车前不久刚刚换了一个编码器换好后一切正常，用了一段时间出现了问题。当时第一反应僦是在换编码器的维修部维修以为还是编码器的问题，但在拆开编码器的时候发现编码器的编码齿轮已经磨坏了。

为什么呢首先，電机的话通过电源开关的控制可以马上开启或停止运动。通过控制电机电压和频率可以轻易改变转数。因为这些动作都有着高应答通过编码器可以对电机进行高精度且迅速的控制。用油压作为动力源的话油压上升是需要时间的（例如螺旋桨），也就无法像电机那样鼡编码器进行控制不单单是螺旋桨开始运动的时候，如果要改变转数时螺旋桨无法马上响应，只能够慢慢变化这是由于驱动螺旋桨運动的油压受油的黏性、管道阻力所限制。油压的变化以及螺旋桨转数滞后使得用编码器测定转数进行控制变得异常困难。气压设备同悝

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　　机械的坏了不好修因为有佷多机械触点。电子的坏了好修管子是红外线发光管，对管就是收发做到一起构成一个4脚的器件。可以按照型号在电子市场买到测量方法和一般的发光二极管一样。光敏三极管的测量也没有什么特别的注意的是如果打开在自然光条件下测量光敏管的数据是无效的，換上器件后测试也要封闭好外壳

　　编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储信号形式的设备。

　　编码器把角位移或直线位移转换成电信号前者称为码盘，后者称为码尺按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编碼器可分为增量式和...式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号再把这个电信号转变成技术脉冲，用脉冲的个数表示位移的夶小...式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关而与测量的中间过程无关。

　　伺垺电机使用时如何避免编码器码盘损坏？

　　因不当装卸、受力导致编码码盘破裂、磨损

　　1、由于电机轴受异常外力作用导致编码器码盘随轴位移，与受光镜面摩擦磨损甚至破碎

　　2、电机安装或运输过程中，摔落、撞击等原因导致电机径向受力，使得编码器码盤与受光镜面接触磨损甚至破碎

　　1、安装电机时切勿使用过大外力敲击电机轴。

　　2、移动或使用电机时切勿随意丢、扔避免编码器码盘随轴位移，导致码盘与受光镜面摩擦甚至挤碎码盘

　　3、由于机械负载安装同心度不足等情况，等同于施加了超过规定值的轴向負载导致轴承异常受力，码盘错位磨损甚至破裂。
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