编码器——实现高精度运动控制的必备设备

编码器的定义与作用

编码器是指通过数码编码形式对物理量进行测量并输出的一种装置。在现代工业控制系统中，编码器常常被用来测量转角、线性位移以及运动速度等参数，然后将这些数据传输到计算机或PLC中实现高精度的运动控制。

编码器的分类

通常根据编码器的转动轴是绝对还是增量等因素进行分类，主要包括光电编码器、磁编码器、光学编码器、电容编码器等。其中，光电编码器是使用最普遍的一种类型。

编码器的工作原理

光电编码器是通过光电效应将相对转子与固定柱之间的运动量转换为数字信号，进而确定其位置和速度。光电编码器由信号盘、光电转换器、放大器和数字接口组成，信号盘固定于定子上，而光电转换器、放大器和数字接口则集成在同一芯片中，用于转化和处理信号。当旋转的时候，信号盘上的模式对光电转换器产生光电效应，产生信号，并经过信号放大器处理输出。

编码器的应用领域

编码器广泛应用于机床、铣床、工业机器人、数控加工中心、印刷机、包装机、机床传动等各种自动控制领域。在这些行业中，编码器不仅用于测量角度、线性位移和速度等物理量，还可用来监测机器人和工控系统的位置、速度和方向等信息。

编码器的优点和不足

高分辨率、稳定性好、可重复性好、适应性强、很少有磨损和故障、价格适中。

由于光电编码器的比较原理至少需要两个对脉冲信号进行匹配，所以其精度受到了环境噪声、光照强度、光盘的距离等因素的影响，容易受到颤动或震动干扰。

如何选择合适的编码器

选择编码器应首先考虑应用环境的恶劣程度，然后再考虑需要达到的精度和分辨率，如是否需要绝对编码器、高旋转速度、大型齿轮系统等。另外，还需要考虑编码器安装的位置和电缆的长度等因素。选择适当的编码器可以提高系统的可靠性并为系统的高精度运动控制带来便利。

如何使用和维护编码器

使用编码器时，要注意保持良好的机械结构和最佳安装位置，避免受到外部噪声的影响。此外，使用前需要检测信号电缆是否正常。平时编码器需要定期清洗，并检查导线的接头是否松动，防止长时间受到污染和震动而引起失灵。

编码器厂家推荐

如今市面上出现了不少编码器产品，比较知名的品牌有：欧姆龙、奥图码（AUTOMATA）、BANNER、BEI、博世力士乐（BoschRexroth）、科勒芬格（Heidenhain）、PORSCHE、SIEMENS等。其中，欧姆龙和SIEMENS是两个市场份额较大的品牌，质量和性价比很高。

编码器未来发展方向

随着制造行业的不断发展，编码器也会逐渐趋向于“小型化、集成化、智能化”。未来，人们尤其看好微型编码器的发展，因为微型编码器具有音速及以上的传感器频率，不仅易于安装，而且在实现高速度位置反馈控制和角度精度方面有着明显的优势。

编码器的应用案例

各种工业设备和机器人都需要运动控制系统的支持，而编码器对于实现高精度运动控制起到了至关重要的作用。比如，机器人要完成高精度制作零件、以及执行组装、分拣等多种任务，就需要编码器进行位置检测、轨迹检测等操作。又如，在医疗器械领域中，编码器也常常被用来测量各种运动状态和角度位置，比如手术机器人或机械臂。