什么是編碼盤,編碼盤的種類

編碼盤

編碼盤或編碼尺是一種通過直接編碼進(jìn)行測量的元件，它直接把被測轉(zhuǎn)角或直線位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼，指示其絕對位置。這種測量方式?jīng)]有積累誤差，電源切除后位置信息也不丟失。

編碼盤的工作原理

編碼盤或編碼尺是一種按一定的編碼形式，如二進(jìn)制編碼，二—十進(jìn)制編碼、格萊碼或余三碼等，將一個(gè)圓盤或直尺分成若干等分，并利用電子、光電或電磁器件，把代表被測位移量大小的各等分上的編碼轉(zhuǎn)換成便于應(yīng)用的其他二進(jìn)制表達(dá)方式的測量裝置。下面以接觸式編碼盤為例說明其工作原理。
圖4-24是一個(gè)4位二進(jìn)制編碼盤，圖中涂黑部分是絕緣的。碼盤的外4圈按導(dǎo)電為“1”、絕緣為“0”組成二進(jìn)制碼。通常，我們把組成編碼的各圈稱為碼道。對應(yīng)4個(gè)碼道并排安裝有4個(gè)電刷，電刷經(jīng)電阻接到電源正極。編碼盤的最里一圈是公用的，與4個(gè)碼道上的導(dǎo)電部分連在一起，而與絕緣部分?jǐn)嚅_，該圈接到電源的負(fù)極(地)。編碼盤的轉(zhuǎn)軸與被測對象連在一起(如機(jī)床絲杠)，編碼盤的電刷則裝在一個(gè)不隨被測對象一起運(yùn)動(dòng)的部件(如機(jī)床本體)上。當(dāng)被測對象帶動(dòng)編碼盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)與電刷串聯(lián)的電阻上有無電流流過，可用相應(yīng)的二進(jìn)制代碼表示。如圖4-24(b)所示，若編碼盤沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，就可依次得到0000，0001，0100，…，1111的二進(jìn)制輸出。
用圖示二進(jìn)制代碼做的編碼盤，由于編碼盤制作方面的誤差以及由于電刷的安裝不準(zhǔn)確，有誤差，個(gè)別電刷微小地偏離其設(shè)計(jì)位置，將造成很大的測量誤差。

圖 4-24 編碼盤

圖4-25四位二進(jìn)制編碼盤展開圖
圖4-25是圖4-24的4位二進(jìn)制編碼盤的展開圖。當(dāng)電刷在圖4-25(a)所示位置時(shí)，該讀數(shù)應(yīng)是由1011向1100過渡。
若各電刷嚴(yán)格保持在一條直線上且編碼盤制作無誤差，讀數(shù)也就無誤差；若電刷安裝不準(zhǔn)或編碼盤制作有誤差，如電刷安裝位置如圖4-25(b)中白色所示，則讀數(shù)可能會(huì)由1011先到1000，再到1100。類似于這種情況，對于4位二進(jìn)制編碼盤，由于電刷錯(cuò)位會(huì)產(chǎn)生從0(0000)到15(1111)之間的讀數(shù)誤差，一般稱這種誤差為“非單值性誤差”。消除這種誤差有兩種方法。一種方法是采用雙電刷，即在編碼盤的不同位置上分別安裝一組電刷，并且當(dāng)一組電刷位于過渡線上時(shí)，另一組電刷一定位于兩個(gè)過渡線中間。這樣，根據(jù)兩組電刷的空間位置和測得的編碼值進(jìn)行比較判斷，可推算出正確的測量值。另一種方法是采用特殊代碼即循環(huán)碼。圖4-26表示的是一個(gè)4位二進(jìn)制循環(huán)碼的光電

圖4-25二進(jìn)制循環(huán)編碼盤
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編碼盤，循環(huán)碼是無權(quán)碼，其特點(diǎn)為相鄰兩個(gè)代碼間只有一位數(shù)變化，即“0”變?yōu)椤?”或“1”變?yōu)椤?”，這樣，由于電刷安裝不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差最多不超過一個(gè)編碼單位，故誤差大大減小。4位二進(jìn)制編碼盤的一個(gè)編碼單位所對應(yīng)的角度為360°／16=22.5°。

編碼盤的種類
從結(jié)構(gòu)上講，編碼盤有接觸式、電磁式和光電式等類型。
接觸式編碼盤的優(yōu)點(diǎn)是簡單，體積小，輸出信號強(qiáng)，不需放大；缺點(diǎn)是存在電刷的磨損問題，故壽命短，轉(zhuǎn)速不能太高(幾十轉(zhuǎn)／分)，而且精度受到最高位(最內(nèi)圈上)分段寬度的限制。目前，電刷最小寬度可做到0.1mm左右。最高位每段寬度可達(dá)0.25mm，最多可做到位二進(jìn)制(一般9位)。如果要求位數(shù)更多的話，可用兩個(gè)編碼盤構(gòu)成組合碼盤。例如，用兩個(gè)6位編碼盤組合起來，其中一個(gè)作精測，一個(gè)作粗測，精盤轉(zhuǎn)一圈，粗盤最低位剛好移過一格。這樣就可得到和11位或12位相當(dāng)?shù)木幋a盤。既達(dá)到了擴(kuò)大位數(shù)、提高精度的目的，又避免了分段寬度小所造成的困難。
光電編碼盤是目前用得較多的一種。該編碼盤由透明與不透明區(qū)域構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由光電元件接收相應(yīng)的編碼信號。其優(yōu)點(diǎn)是沒有接觸磨損，編碼盤壽命長，允許轉(zhuǎn)速高，而且最內(nèi)層每片寬度可做得更小，因而精度較高。單個(gè)編碼盤可做到18位二進(jìn)制數(shù)，組合編碼盤可達(dá)22位。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短。
電磁式編碼盤是在導(dǎo)磁性較好的軟鐵或坡莫合金圓盤上，用腐蝕的方法做成相應(yīng)碼制的凹凸圖形。當(dāng)有磁通穿過編碼盤時(shí)，由于圓盤凹下去的地方磁導(dǎo)小，凸起的地方磁導(dǎo)大，其在磁感應(yīng)線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢因此而不同，因而可區(qū)分“0”和“1”，達(dá)到測量轉(zhuǎn)角的目的。電磁式編碼盤也是一種無接觸式的編碼盤，具有壽命長、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點(diǎn)。其精度可達(dá)到很高(達(dá)20位左右的二進(jìn)制數(shù))，是一種有發(fā)展前途的直接編碼式測量元件。