摘要:編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用于通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。編碼器有著諸多的優(yōu)點，在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。但在使用過程中也常有故障發(fā)生。介紹了韶鋼特軋廠板材工序編碼器在應(yīng)用中常見的故障，提出了解決方法，并闡述了在編碼器應(yīng)用中減少故障的具體措施和方法。

　　關(guān)鍵詞:編碼器;編碼盤;絕對式編碼器;增量式編碼器

　　機械工程師論文范文閱讀：起重機械故障原因診斷與檢驗檢測

　　隨著起重機械的大量使用，起重機械的故障成為很多企業(yè)研究的重中之重，企業(yè)對很多起重機械進(jìn)行故障檢測，同時，對起重機械進(jìn)一步調(diào)查，總結(jié)出起重機械在實際使用中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，并對其進(jìn)行分析，總結(jié)出這些故障出現(xiàn)的原因以及預(yù)防措施，以保證起重機械的實際使用效果。

　　1工廠常用編碼器工作原理

　　1.1板材工序常用的編碼器

　　寶武集團廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司(以下簡稱“韶鋼”)特軋廠板材工序用的編碼器用量和種類較多，有用于速度反饋的編碼器和用于位置反饋的編碼器，分別為增量編碼器和絕對編碼器。光電式編碼器的碼盤是一塊圓形的光學(xué)玻璃，采用照相腐蝕工藝，在碼盤上刻出透光和不透光的碼形。并采用光電轉(zhuǎn)換元件代替接觸式編碼器電刷。光電編碼器的精度取決于碼盤的精度。下面主要介紹光電式碼盤編碼器的工作原理。

　　1.2光柵位移測量系統(tǒng)

　　光柵傳感器是一種能把位移轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出的數(shù)字式傳感器。

　　1.2.1光柵的測量原理

　　光柵是在基體上刻有均勻分布條紋的光學(xué)元件。光柵主要由標(biāo)尺光柵、指示光柵、光路系統(tǒng)和光電元件等組成。標(biāo)尺光柵的有效長度即為測量范圍。使用時兩光柵相互重疊，兩者之間有微小的空隙d，W為柵距，使其中一片固定，另一片隨著被測物體移動，即可實現(xiàn)位移測量。

　　1.2.2莫爾條紋

　　在與光柵線紋大致垂直的方向上產(chǎn)生出亮、暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋”。莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角θ之間的關(guān)系為:B=W2sinθ2≈Wθ在兩光柵沿刻線的垂直方向作相對移動時，莫爾條紋在刻線方向移動。兩光柵相對移動一個柵距W，莫爾條紋也同步移動一個間距B。當(dāng)W一定時，θ越小，則B越大。相當(dāng)于把柵距放大了1/θ倍，提高了測量靈敏度。一般角θ很小，W可以做到約0.01mm，而B可以到6～8mm。采用特殊電子線路可以區(qū)分出B/4的大小，因此可以分辨出W/4的位移量。例如W=0.01mm的光柵可以分辨0.0025mm的位移量。密封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。

　　1.2.3辯向電路

　　兩個相隔1/4莫爾條紋間距的光電元件，將各自得到相差π/2的電信號u1和u2。它們經(jīng)整形轉(zhuǎn)換成兩個方波信號u1’和u2’。當(dāng)光柵沿A方向移動時，u1經(jīng)微分電路后產(chǎn)生的脈沖正好發(fā)生在u2’處于“l”電平時，從而經(jīng)Yl輸出一個計數(shù)脈沖;而u1’經(jīng)反相并微分后產(chǎn)生的脈沖則與u2’的“0”電平相遇，與門Y2被阻塞，沒有脈沖輸出。當(dāng)光柵沿C方向移動時，u1’的微分脈沖發(fā)生在u2’為“0”電平時，與門Y1無脈沖輸出;而u1’的反相微分脈沖則發(fā)生在u2’的“1”電平時，與門Y2輸出一個計數(shù)脈沖。于是可以根據(jù)運動方向正確地給出加計數(shù)脈沖或減計數(shù)脈沖，再將其輸入可逆計數(shù)器，即可實時顯示出相對于某個參考點的位移量。光柵的特點:光柵式位移傳感器具有分辨力高(可達(dá)1μm或更小)、測量范圍大(幾乎不受限制)、動態(tài)范圍寬等優(yōu)點，且易于實現(xiàn)數(shù)字化測量和自動控制，是數(shù)控機床和精密測量中應(yīng)用較廣的檢測元件。其缺點是對使用環(huán)境要求較高，現(xiàn)場使用要求。

　　1.3軸角編碼器

　　1.3.1光電盤

　　光電盤是一種最簡單的光電式轉(zhuǎn)角測量元件。電盤裝在回轉(zhuǎn)軸上，軸的另一端裝有齒輪，該齒輪與驅(qū)動齒輪或齒條嚙合時，可帶動光電盤旋轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)軸也可以直接被主軸或絲杠驅(qū)動。光電盤置于光源和光電管之間，當(dāng)光電盤轉(zhuǎn)動時，光電管把通過光電盤和光欄板射來的忽明忽暗的光信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大、分頻、計數(shù)和譯碼后輸出或顯示。由于光電盤每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)不變，故由脈沖數(shù)即可測出被測軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速。也可根據(jù)傳動裝置的速比換算出直線運動機構(gòu)的直線位移。根據(jù)光欄板上兩條狹縫中信號的先后順序，可以判別光電盤的旋轉(zhuǎn)方向。光電盤制造精度較低，只能測增量值，易受環(huán)境干擾，所以多用在簡易型和經(jīng)濟型數(shù)控機床上。

　　1.3.2編碼盤

　　編碼盤是把被測轉(zhuǎn)角直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測元件。編碼盤有光電式、接觸式和電磁式3種。光電式碼盤是目前應(yīng)用較多的一種，它是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進(jìn)制編碼。碼盤上各圓環(huán)分別代表一位二進(jìn)制的數(shù)字碼道，在同一個碼道上印制黑白間隔圖案，形成一套編碼。黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的“0”和“1”。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，在圓周范圍內(nèi)可編數(shù)碼數(shù)為16個。工作時，碼盤的一邊放置燈光，另一邊放置光電接受裝置，每個數(shù)位都對應(yīng)一個光電管及相應(yīng)放大、整形電路。碼盤轉(zhuǎn)到不同位置，光電元件接受光信號，并轉(zhuǎn)成相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大整形后，成為相應(yīng)數(shù)碼電信號。

　　2編碼器常見故障及解決方法分析

　　韶鋼板材工序編碼器使用中經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，影響線上生產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失。故障一般處理方法如下。1)編碼器本身故障。指編碼器本身元器件故障，導(dǎo)致其不能產(chǎn)生和輸出正確的波形。主要原因是編碼器本身質(zhì)量或者使用年限已經(jīng)很長。這種情況下需更換編碼器。2)編碼器連接電纜故障。這種故障較常見，通常為編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，處理方法是換電纜或接頭。同時注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動引起開焊或斷路，若是，需卡緊電纜。3)編碼器+5V電源下降。指+5V電源過低，正常不能低于4.75V，過低原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時檢查電源或更換電纜。

　　4)絕對式編碼器電池電壓下降。這種故障通常有含義明確的報警作用。這時需更換電池，如果參考點位置記憶丟失，還須執(zhí)行重回參考點操作。5)編碼器電纜屏蔽線未接或脫落。會引入干擾信號，使波形不穩(wěn)定，影響通信的準(zhǔn)確性，這時，對屏蔽線進(jìn)行可靠的焊接及接地。6)編碼器安裝松動。影響位置控制精度，造成停止和移動中位置偏差量超差，甚至一開機即產(chǎn)生伺服系統(tǒng)過載報警，需要特別注意。處理方法是緊固軸連接螺絲和編碼器固定螺絲。

　　7)光柵污染。信號輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾無水酒精輕輕擦除油污。

　　3編碼器故障解決的注意事項

　　1)增量旋轉(zhuǎn)編碼器使用應(yīng)注意選型，主要3方面的參數(shù)。a)機械安裝尺寸，包括定位止口，軸徑，安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環(huán)境防護等級是否滿足要求。b)分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)，是否滿足設(shè)計使用精度要求。c)電氣接口，編碼器輸出方式常有推拉輸出(F型HTL格式)，電壓輸出(E)，集電極開路(C，常見C為NPN型管輸出，C2為PNP型管輸出)，長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應(yīng)和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。2)注意編碼器電源和PLC的連接。板材工序編碼器的工作電源有3種:5Vdc、5～13Vdc和11～26Vdc。11～26Vdc的編碼器取用PLC的24V電源，需注意的是:a)編碼器的功耗，在PLC的電源功率范圍內(nèi)。

　　b)編碼器如是并行輸出，連接PLC的I/O點，需了解編碼器的信號電平是推挽式輸出還是集電極開路輸出。集電極開路輸出的，有N型和P型2種，需與PLC的I/O極性相同。推挽式輸出連接則沒有問題。c)編碼器如是驅(qū)動器輸出，一般信號電平是5V，連接時須防止24V電源電平串入5V的信號中而損壞編碼器的信號端。3)排除編碼器受干擾的影響。在很多的情況之下，編碼器沒有壞，只是受干擾，造成波型不好，導(dǎo)致計數(shù)不準(zhǔn)。這主要因為編碼器周圍干擾比較嚴(yán)重，比如:大電動機運行，電焊機頻繁起動，與動力線同一管道傳輸?shù)取?)編碼器故障判斷常用步驟。a)排除(搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源。b)判斷是否為機械間隙累計誤差，c)判斷是否為控制系統(tǒng)和編碼器的電路接口不匹配(編碼器選型錯誤)。判斷是否是編碼器自身故障的簡單方法是排除法:換1臺相同型號的編碼器，如果故障現(xiàn)象相同，則可排除編碼器故障，若故障立刻排除，則可判定是編碼器故障。

　　4結(jié)語

　　通過對韶鋼特軋廠寬板工序編碼器運行過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出了解決問題的實際方法和措施。采取針對性的措施后，編碼器的故障時間大為減少，故障率大幅降低。編碼器故障雖然比較復(fù)雜，但只要掌握其工作原理和故障的基本特征及產(chǎn)生原因，平時工作多積累經(jīng)驗，就能快速、準(zhǔn)確地判斷故障的根源，從而采取有效措施，提高使用穩(wěn)定性。