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1、第8卷第2期光学精密工程Vol.8,No.22000年4月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGApr.,2000文章编号1004-924X(2000)02-0198-05光电轴角编码器的发展动态董莉莉,熊经武,万秋华(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)摘要:光电轴角编码器,又称光电角位置传感器,是一种集光、机、电为一体的数字测角装置。由于它结构简单,分辨率高,精度高,因此已被广泛应用在精密角位置的测量、数控及数显系统中。本文主要介绍了光电轴角编码器在国内外的发展现状,
2、并说明了其工作原理及发展历史。针对光电轴角编码器的某些关键技术,我们也对其未来的发展趋势进行了扼要阐述。关键词:光电轴角编码器;现状;发展趋势中图分类号:TP212.14文献标识码:A典型的光电轴角编码器结构原理如图1所1引言示,它由轴系,光栅付,光源及光电接收元件组成。当与主轴相连的主光栅随主轴一起旋转时,和指光电轴角编码器,又称光电角位置传感器。它示光栅相重叠形成莫尔条纹,通过光电转换后输以高精度计量圆光栅为检测元件,通过光电转换,出与转角相对应的光电位移信号,经过电子学处将输入的角位置信息转换成相应的数字代码,
3、并理,并与计算机和显示装置连接后,便可实现角位可与计算机及显示装置相连接,不仅能够实现数置的实时控制与测量。字测量与数字控制,而且与其它同类用途的传感2.2分类器相比,具有精度高,测量范围广,体积小、重量根据形成代码的方式不同,光电轴角编码器轻,使用可靠,易于维护等优点,具有较高的性能分为增量式和绝对式两大类。增量式编码器的码价格比,因此已普遍应用在雷达、光电经纬仪、地盘如图2(a)所示,其码盘的刻线间距均一,对应面指挥仪、机器人、数控机床和高精度闭环调速系每一个分辨率区间,可输出一个增量脉冲,计数器统等诸多领域,是
4、自动化设备理想的角度传感器。相对于基准位置(零位)对输出脉冲进行累加计数。正转则加,反转则减。增量式编码器的优点是2现状易于实现小型化,响应迅速,结构简单,其缺点是掉电后容易造成数据损失,且有误差累积现象。绝2.1工作原理对式光电轴角编码器一般使用二进制码盘,如图2(b)所示,码盘上的码道按一定规律排列,对应每一分辨率区间有唯一的二进制数,因此在不同的位置,可输出不同的数字代码。绝对式光电轴角编码器同增量式相比,具有固定零点,输出代码是轴角的单值函数,抗干扰能力强,掉电后再启动无须重新标定,无累积误差等优点,因此在国
5、防、航天,及科研部门得到了广泛应用。绝对式光电轴角编码器的缺点是制造工艺复杂,不易实现小型化。ig.1Theworkingprincipleofphotoelectricrotaryencoder收稿日期:1999-09-24;修订日期:1999-10-282期董莉莉等:光电轴角编码器的发展动态199家也在光电轴角编码器的研制方面作出了很多贡献。其中Heidenhain公司生产的编码器系列以其优质的性能,多样的品种誉满全球,居国际领先水平。我国对计量光栅的研究始于1960年前后,由中科院长春光机所率先进行光电轴角编码
6、器的研制,现已有增量式和绝对式数十种型号的产品。此外,成都光电所、天文仪器厂、重庆大学、中国计量科学研究院、清华大学、哈尔滨工业大学等数十家科研单位也都先后进行了光电编码器的开发与研Fig.2Incrementalandabsoluteencoderdisk制,并取得了一定成果。2.3发展历史在提高光电编码器的分辨率和精度方面,国以计量光栅为核心的光电轴角编码器是随着内外已采用电子学细分,多头读数及提高码盘刻计量光栅技术的发展而发展起来的。划精度,提高轴系精度等多种措施。成都光电所研1874年,英国物理学家瑞利首先提
7、出了利用制的25位绝对式光电轴角编码器,分辨率已达莫尔条纹的移动来测量光栅相对位移的可行性,0.04",精度0.71"。长春光机所在80年代末生产为计量光栅的发展奠定了理论基础。从1874年直的23位绝对式光电轴角编码器,分辨率为0.到1950年为止,由于光栅价格昂贵而电子技术还15",测角精度达0.51"。国内其它数十家生产光处于初级阶段,使得计量光栅在位置检测中的实电轴角编码器厂家,大多只生产低位数的编码器。际应用很少。到1950年和1960年,Merton-NPL相比之下,国外Heidenhain公司为意大利伽
8、俐略法和照相复制法的出现使得大量生产廉价的计量望远镜控制系统设计并制作的27位增量式光电12光栅成为可能。1953年,英国Ferranti公司发明轴角编码器,如图3所示,经2细分后,它的测角了四倍频可逆计数系统,这在开发与计量光栅相精度已达0.036",分辨率约为0.01"(见表1),是对应的光电子系统方面,取得了突破性进展。在此当今世界精度最
