一些增量脉冲编码器电路的常见故障解析

一些增量脉冲编码器电路的常见故障解析

为了保证数控机床的加工精度要求，数控机床控制系统中的检测装置是数控机床的重要组成部分，Hengstler增量编码器用于精确测量工作台的位移或螺纹主轴的角度，并将测量结果返回给控制系统。建立完善的闭环数控系统是数控机床保证加工精度的前提，亨士乐编码器等精密检测设备是数控机床加工精度的重要保证。



脉冲编码器是旋转脉冲编码器。它将机械角转换为电脉冲，是一种常用的角度位移传感器。光电脉冲编码器有三种类型，接触式和电磁感应型，光电类型的精度和可靠性优于其他两种，因此在数控机床上仅使用光电脉冲编码器。

亨士乐增量式光脉冲编码器的原始结构是光电盘。圆盘的周长分为相等的透明和不透明部分，圆盘与工作轴一起旋转。此外，还有一层实心扇形薄膜，其平行于圆盘放置，并设有定向间隙（或分裂组）。当光通过这两个不透明和不透明的相对运动部分时，光电元件接收到的光通量也会不时不断变化（近似为正弦信号），经过电路变换的放大和整形后成为脉冲信号。通过测量脉冲的数量和频率，可以测量工作波的角度和速度。

Hengstler高精度脉冲编码器需要增加光电盘圆周周围的等分试样狭缝的密度，这实际上变成了一条圆形网格线。它的制造工艺是用真空镀膜工艺——一层不透明的金属膜——涂上一定直径的玻璃片，然后涂上一层均匀的感光材料，然后用精确的照相腐蚀工艺，沿着圆周形成透光率与不透明分界线等距的径向线图案。相邻的透光率和不透明的光图案形成间距P。此外，在圆盘内圈的不透明环上刻有半透明条，用于产生脉冲信号Z。转向信号灯网格上有两条线段A和B，每组线之间的距离与圆形网格相同，A组和B组的线彼此偏移1/4斜率。指标网格连接到平行于圆形网格线型的底座上，两者之间保持较小的距离。当圆形网格旋转时，光线穿过两个网格的线性部分，形成明暗条纹，被光电元件接受产生类似于正弦波的电信号，通过转换电路将其转换为测量脉冲，其分辨率取决于圆形网格的圆中的线数和测量线的分频倍数。

Hengstler脉冲编码器是具有圆形网格的光脉冲编码器。每转产生1024个脉冲，光由光源G发出，当光线通过圆形网格和指示器网格的线型时，在光电元件上形成摩尔纹条，根据正弦定律分布成明暗，当圆形网格随电机旋转时， 摩尔纹条也相应地移动（圆形网格旋转，改变，摩尔纹条的移动方向也改变）。光电元件上的光强度发生变化，光电元件将变化的光信号转换为接近正弦波的电信号。D1和D3为A组，D2和D4为B组，每组两个光电元件在摩尔纹条上相应位置的相位差为180°，两组对应的分量D1和D2（D3和D4）相位为90°。两组光电元件产生相位差为90°的正弦波信号，如图4所示，两组信号分别添加到电压比较器A1和A2中。以图4中的A阶段为例，分析信号传输过程。在正弦波的正半衰时，IC1（引脚LM339N9）在A1的同相端为高电平，IC1（引脚8）在反相端为低电平，高（+5V）通过比较器A1IC1（引脚14）输出。相反，在正弦波的负半周期中，IC1（引脚9）在同相端为低电平，IC1（引脚8）在反相端子上为高电平，（引脚14）输出低电平（OV），A1的输出IC1（引脚14）直接发送到IC2的引脚3和45（KS74HCTLS12N）（用于三个输入的紧急门， 三个输入端子一起用作非栅极电路），IC2的6引脚输出通过R13发送到IC3的第7引脚（MC3487N），并由功率放大器处理。它从IC3的引脚5和6输出，引脚6的输出信号与输入信号同相，引脚5的输出信号与输入信号异相。

Z相是光电元件D5产生的角动量，用于产生机床的参考点。通常，数控机床的机械参考点与每个轴的亨士乐脉冲编码器发送的Z相位脉冲的位置重合。当数控车床的主轴电机转向机械参考点时，光电元件D5接收光信号，电压比较器A3的反相端IC1（4针）低电平，A3的同相端IC1（5针）被R9和R10分频为固定电压，此时A3输出IC1（2针）高电平。IC1（引脚2）的输出通过R15发送到IC3（引脚9），引脚110输出为高电平，引脚11输出为低电平。当主轴电机离开参考点时，A3输出IC1（2针）为低电平，IC1（2针）的输出通过R35发送到IC15（9针），此时IC310引脚输出为低电平，引脚11输出为高电平。

在应用中，Hengstler编码器输出的A、B和方波被引入位置控制回路，并在方向解析和乘法后被放大为代表位移的测量脉冲。变频器成为与频率成比例的电压，并作为速度反馈信号馈送到速度控制器进行速度调整。

数控检测系统的种类很多，这里介绍Hengstler光电脉冲编码器的原理图，介绍亨士乐编码器的结构和工作原理，详细分析和绘制电路中各点在正向旋转过程中的信号波形。信号的传输路径由误差分析解释。从光源、光电元件到信息处理电路，都根据原理进行了仔细分析，力求通俗易懂。

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