智能传感器应用实践 课件 项目三 传感器在智能产线分拣单元的应用

项目三传感器在智能产线分拣单元的应用@常州科教城管理委员会()《智能传感器实践应用》2CONTENTS任务一电感式传感器的安装与应用项目三传感器在智能产线分拣单元的应用项目引入0

1项目描述02项目目标03项目分析04任务二光电式传感器的安装与应用任务三电容式传感器的安装与应用任务四编码器的安装与应用任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施任务描述任务分析知识链接任务实施项目引入京东无人仓是“目前世界上各项最前沿技术应用的综合体”。也许大家还不知道，在这个被称为“目前世界上各项最前沿技术应用的综合体”的京东无人仓，其关键的自动分拣系统中用到了大量的检测识别类传感器。这些检测识别类其中包括电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器、视觉传感器、超声传感器以及各类编码器等等，正是这些检测识别类传感器保证了整个无人仓生产的正常运行。在本项目中，让我们一起认识这些传感器。3项目引入近年来，随着我们国家推进制造业“智改数转”步伐的加快，许多企业在这方面脱颖而出，核心竞争力显著提升，成为推动制造业高质量发展的强劲带动力。本项目某公司为了完成“智改数转”改造的目标，提高企业竞争力，降低用人成本，考虑配备一台智能分拣设备，将工件分拣工作由人工操作改为输送线自动分拣。4项目描述您作为电气自动化工程师，要完成智能生产线中分拣单元的设计。分拣完成的效果如图3-1所示，其主要功能是主要实现金属件、白色塑料件以及黑色塑料件的检测识别，然后分别推送到不同的料位盒。5图3-1传感器在智能产线分拣单元的应用本项目要求使用电感式、电容式以及光电式传感器完成物料的识别，使用编码器完成工件的定位，并演示完整的分拣操作。项目目标61.熟悉常见的电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器以及编码器的工作原理。2.熟悉这几种传感器各自的特点与主要参数指标。3.掌握这几种传感器的选型与应用。1.根据相关传感器产品说明书或网络中获取相关资料（邮件、网页、样本、手册、说明书等）。2.分析工艺标准，完成相关传感器安装与调试。3.能够利用学过的知识，解决工作过程中出现的问题。1.小组讨论工作过程中遇到的问题并商讨解决方案。2.制定工作计划，进行讲解。3.与工艺等相关部门人员沟通与协调。知识目标能力目标素质目标项目分析71.分选单元的工作流程首先要测试不同原理的传感器在检测不同物料（白色塑料件、黑色塑料件、金属件）时的反应是否正确、是否存在误判情况，若不正确需要手动调节传感器信号。然后，按照控制工艺要求进行设备参数设置，注意从传感器检测到物料开始，物料到达气缸的延时时间。若采用编码器方式，则通过计算两者之间的距离，确定物料到达气缸推杆位置的时间。项目分析82.物料类型分析

金属，导体，表面光泽。金属件塑料，非导体，白色表面。白色塑料件塑料，非导体，黑色表面。黑色塑料件010203项目分析93.传感器输出信号类型分析

编码器的输出信号一般有两种：模拟量信号和数字量信号。在该项目中采用了数字量输出的编码器，方便与PLC连接。数字量因为该项目中只要检测物料的有无，信号单一，所以使用的传感器不需要模拟量类型的连续信号输出。模拟量该项目中使用的光电式传感器、电感式传感器、电容式传感器的输出信号类型都是开关量，用于检测物料的有无。开关量010203任务一电感式传感器的安装与应用任务描述|任务分析|知识链接|任务实施

为了将待分拣物料中的金属件输送到相应工位，在主输送带顶部安装了一个电感式传感器（又称电感式接近开关），如图3-2所示。当物料运行到电感式传感器位置时，若检测到信号，则推手气缸1延时动作（延时时间根据具体情况调节），把物料推出到纵向传送带位置。任务描述11图3-2电感式接近开关任务分析1.熟悉常见的电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器以及编码器的工作原理。2.熟悉这几种传感器各自的特点与主要参数指标。3.掌握这几种传感器的选型与应用。1.根据相关传感器产品说明书或网络中获取相关资料（邮件、网页、样本、手册、说明书等）。2.分析工艺标准，完成相关传感器安装与调试。3.能够利用学过的知识，解决工作过程中出现的问题。知识点技能点知识点技能点电感式传感器的工作原理认识电感式传感器、电感式接近开关等电感式传感器的类型、特点与参数指标能够根据工况，选择正确的电感式传感器电感式传感器的应用场合能够正确地将电感式传感器与系统设备相连接

会使用电感传感器信号判断物料类别知识链接13一.电感式传感器概述电感式传感器以电磁感应为基础，把被测量转换为电感量变化。电感是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”。根据按照转换方式的不同，电感式传感器常分为自感式（包括可变磁阻式与电涡流式）和互感式（差动变压器式）等类型。知识链接141.自感式（可变磁阻式）传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。特点：可变磁阻式传感器具有很高的灵敏度，这样对待测信号的放大倍数要求低，输出信号为非线性。图3-3可变磁阻式传感器的结构知识链接152.自感式（电涡流式）传感器电涡流传感器由电涡流线圈和被测金属组成，其工作原理如图3-5所示。对靠近金属导体附近的电感线圈施加一个高频200（kHz）电压信号，激磁电流I1将产生高频磁场H1，被测导体置于该交变磁场范围之内，就产生了与交变磁场相交链的电涡流I2。特点：与可变磁阻式传感器类似，电涡流式传感器具有很高的灵敏度，输出特性是非线性的。图3-5电涡流的结构与工作原理知识链接163.互感式（差动变压器式）传感器差动变气隙式电感传感器由两个相同的电感线圈Ⅰ、Ⅱ和磁路组成，测量时，衔铁通过导杆与被测位移量相连，当被测体上下移动时，导杆带动衔铁也以相同的位移上下移动，使两个磁回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，导致一个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减小，形成差动形式。特点：差动式比单线圈式的灵敏度高一倍，线性度得到明显改善，可以用于可以测量位移及与位移有关的任何机械量。图3-6差动变压器式传感器工作原理知识链接17二.电感式传感器的应用电感式传感器作为一种位置反馈元件，目前已经广泛应用于几乎所有自动化控制的工业领域之中，对检测和自动控制系统的可靠运行具有关键性的作用。除了本项目中作为接近开关的应用之外，电感式由于具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、频率响应范围宽和抗干扰能力强等优点，并能进行非接触测量，还广泛应用于位移测量、振动测量、转速测量和材料探伤等领域。

知识链接18非接触式位移传感器接近式传感器测厚传感器电感粗糙度仪任务实施19一.电感式传感器的选用检测生产线上的金属被测物，可选用电感式接近传感器。注意：电感式接近开关所检测的物体必须是金属导体。图3-10接近传感器与标准检测物任务实施20一.电感式传感器的选用在传感器的安装与选用中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。(a)检测距离(b)设定距离任务实施二.电感式传感器的接线21本任务中电感式接近开关采用PNP开关量输出，三线制电缆与设备的电气接线如图3-12所示：棕色——电源；黑色——No信号输出；蓝色——GND。图3-12电感式传感器的电气接线任务实施三.电感式传感器的调试22在开始本任务前，首先将本任务所需项目文件（项目3智能分拣）从PC端下载到所在设备，然后启动设备，并确认程序正确下载到设备，如图3-13所示。图3-13任务一、二、三的运行界面启动界面任务实施三.电感式传感器的调试23将设备设置到手动模式，运行界面出现手动字样。点击时间设置标签，可以设置气缸动作的延时时间。运行界面任务实施三.电感式传感器的调试24将金属件放在电感式传感器下方，开始调整传感器感应端与待测金属件顶面之间的距离到合适位置。电感式传感器感应到金属件后，尾部黄灯亮起，而对塑料件无反应，尾部黄灯不亮。图3-14电感式传感器的位置调节任务二光电式传感器的安装与应用任务描述|任务分析|知识链接|任务实施在主输送带的一侧安装有一个色差光电传感器，如图3-15所示。在设备中光电传感器用于检测工件的颜色，通过工件不同的光反射率的不同，正确调节色差光电传感器，能够很方便的检测出黑色与白色的工件。任务描述26图3-15光电式传感器任务分析1.熟悉常见的电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器以及编码器的工作原理。2.熟悉这几种传感器各自的特点与主要参数指标。3.掌握这几种传感器的选型与应用。1.根据相关传感器产品说明书或网络中获取相关资料（邮件、网页、样本、手册、说明书等）。2.分析工艺标准，完成相关传感器安装与调试。3.能够利用学过的知识，解决工作过程中出现的问题。知识点技能点知识点技能点光电式传感器的工作原理认识光电开关、光电式传感器等光电式传感器的类型、特点与参数指标能够根据工况，选择正确的光电式传感器光电式传感器的应用场合能够正确地将光电式传感器与系统设备相连接

会使用光电式传感器信号判断物料类别知识链接28一.光电式传感器基础知识光电效应：光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。知识链接29一.光电式传感器基础知识工作原理：光电式传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。一般情况下，有三部分构成，分别为：发送器、接收器和检测电路（如图3-16）。图3-16光电传感器基本工作原理知识链接30二.光电式传感器的认识2.1光电式传感器的分类：漫反射式光电开关镜反射式光电开关对射式光电开关槽式光电开关图3-17漫射式光电开关的工作原理知识链接312.2光电式传感器的特点在使用光电开关作为物料检测时，传感器的以下几个性能参数需要了解：（1）检测距离：指检测体按一定方式移动，开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。

额定动作距离：指接近开关动作距离的标称值。（2）回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。（3）响应频率：在规定1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。知识链接322.2光电式传感器的特点在使用光电开关作为物料检测时，传感器的以下几个性能参数需要了解：（4）输出状态：分为常开和常闭。（5）检测方式：一般可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。（6）输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC二线、AC五线（自带继电器）及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。（7）指向角：见光电开关的指向角示意图θ，详见图3-18所示。知识链接33图3-18光电传感器常见的术语示意图知识链接342.2光电式传感器的特点在使用光电开关作为物料检测时，传感器的以下几个性能参数需要了解。（8）表面反射率：漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度，而且，被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。常用材料的反射率见表3-5。知识链接35表3-5常用材料的反射率材料反射率（%）材料反射率（%）白画纸90不透明黑色塑料14报纸55黑色橡胶4餐巾纸47黑色布料3包装箱硬纸板68未抛光白色金属表面130洁净松木70光泽浅色金属表面150干净粗木板20不锈钢200透明塑料杯40木塞35半透明塑料杯62啤酒泡沫70不透明白色塑料87人的手掌心75知识链接362.2光电式传感器的特点在使用光电开关作为物料检测时，传感器的以下几个性能参数需要了解。（9）环境特性：光电开关应用的环境会影响其长期工作的可靠性。当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至会被一些强酸性物质腐蚀，导致其使用参数和可靠性降低。较简便的解决方法就是根据光电开关的最大检测距离降额使用来确定最佳工作距离。知识链接372.3光电式传感器的应用光电开关是利用被检测物对光束的遮挡或反射，来检测物体有无等状态的光电式传感器，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关通常在环境条件比较好、无粉尘污染的场合使用。光电开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在要求较高的生产线上广泛应用。光电开关应用流水生产线上的检测产品知识链接38条形码扫描光敏电阻（灯光控制等）烟雾检测激光武器任务实施39一.光电式传感器的选型与接线本任务采用漫反射型光电式传感器。传感器的检测距离由目标物的颜色决定。目标物若为黑色或者细小物体，检测距离将会减小。光电式传感器的类型任务实施一.光电式传感器的选型与接线40本任务选用的光电式传感器采用PNP开关量输出，带有感应灵敏度调节旋钮，4芯电缆连接，如图3-21所示。棕色——电源；蓝色——GND；黑色——输出Q；白色——输出Q̅。图3-21色差光电传感器外观与接线灵敏度调节旋钮任务实施二.光电式传感器的调试41光式电传感器调试前的准备工作参考任务一。另外，需要注意在传感器布线过程中注意电磁干扰，不要被阳光或其他光源直接照射，不要在产生腐蚀性气体、接触到有机溶剂、灰尘较大等场所使用。图3-13任务一、二、三的运行界面启动界面任务实施二.光电式传感器的调试42本任务中，光电式传感器需要对白色塑料件进行识别，而对黑色塑料件无反应。（a）检测错误

（b）检测到白色塑料件（c）没有检测到物料

（d）没有检测到黑色塑料件任务实施三.注意事项43（1）在光电式传感器的安装过程中，必须保证传感器到被检测物的距离在“检出距离”范围内，同时考虑被检测物的形状、大小、表面粗糙度及移动速度等因素，在传感器布线过程中注意电磁干扰，不要在水中、降雨时及室外使用。（2）光电式传感器安装在以下场所时，会引起误动作和故障，请避免使用。（1）尘埃多的场所。（2）阳光直接照射的场所。（3）产生腐蚀性气体的场所。（4）接触到有机溶剂等的场所。（5）有振动或冲击的场所。（6）直接接触到水、油、药品的场所。（7）湿度高，可能会结露的场所。任务三电容式传感器的安装与应用任务描述|任务分析|知识链接|任务实施本任务中，在主输送带的最后位置安装有一个电容式传感器，如图3-23所示，对输送带是否输送物料进行检测。当物料运行到电容式传感器位置时，若检测到信号，则推手气缸3延时动作（延时时间根据具体情况调节），把物料推出。任务描述45图3-23电容式传感器任务分析1.熟悉常见的电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器以及编码器的工作原理。2.熟悉这几种传感器各自的特点与主要参数指标。3.掌握这几种传感器的选型与应用。1.根据相关传感器产品说明书或网络中获取相关资料（邮件、网页、样本、手册、说明书等）。2.分析工艺标准，完成相关传感器安装与调试。3.能够利用学过的知识，解决工作过程中出现的问题。知识点技能点知识点技能点电容式传感器的工作原理认识电容式接近开关、电容式传感器等电容式传感器的类型、特点与参数指标能够根据工况，选择正确的电容式传感器电容式传感器的应用场合能够正确安装电容式传感器并接线

会使用电容式传感器进行物位检测知识链接47一.电容式传感器概述电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。它结构简单，体积小、分辨率高，可非接触式测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、差压、液位、振动、位移、加速度、成分含量等多方面测量。随着电容测量技术的迅速发展，电容式传感器在非电量测量和自动检测中得到了广泛的应用。知识链接48一.电容式传感器概述电容传感器的理想公式：εdA

ε：电容极板间介质的介电常数，ε=ε0·εr，ε0为真空介电常数，εr为极板间介质相对介电常数；A：两平行板所覆盖的面积；d：两平行板之间的距离。知识链接49一.电容式传感器概述电容传感器的理想公式：一是为改变介质的介电常数ε；二是改变形成电容的有效面积A；三是改变两个极板间的距离d。改变电容器电容C的方法知识链接50一.电容式传感器概述一是为改变介质的介电常数ε；二是改变形成电容的有效面积A；三是改变两个极板间的距离d。电容式传感器变间隙型变面积型变介质型根据电极形状又有平板形、圆柱形和球平面形三种。知识链接511.变极距型电容传感器假设电容极板间的距离由初始值d0减小了∆d，电容量增加∆C，图a和图b结构的电容增量为：图a图b知识链接521.变极距型电容传感器当Δd＜＜d0时，上式可以简化为所以，变极距型电容器传感器只有在Δd/d0很小时，才有近似的线性的关系。变极距型电容器传感器的灵敏度为可见，变极距型电容传感器的灵敏度与极距的平方成正比，极距越小灵敏度越高。但d0过小，容易引起电容器击穿或短路。知识链接531.变极距型电容传感器当实际应用的变极距型传感器常做成差动式（如图c）。上下两个极板为固定极板，中间极板为活动极板，当被测量使活动极板移动一个∆d时，由活动极板与两个固定极板所形成的两个平板电容的极距一个减小、一个增大。利用后面的转换电路（如电桥等）可以检出两电容的差值，该差值是单个电容传感器电容变化量的两倍。采用差动工作方式，电容传感器的灵敏度提高了一倍，非线性得到了很大的改善，某些因素（如环境温度变化、电源电压波动等）对测量精度的影响也得到了一定的补偿。图c知识链接541.变极距型电容传感器优点：（1）可实现动态非接触测量（2）动态响应特性好（3）灵敏度和精度极高（可达nm级）（4）适应于较小位移（1nm~1μm）的精度测量（5）但传感器存在原理上的非线性误差（6）线路杂散电容（如电缆电容、分布电容等）的影响显著（7）为改善这些问题而需配合使用的电子电路比较复杂知识链接552.变面积型电容传感器与变极距型相比，它们的测量范围大。可测较大的线位移或角位移。图3-25改变极板间有效面积的电容式传感器知识链接562.变面积型电容传感器平板型电容传感器两极板间的电容量为：可见，变面积型电容传感器的输出特性是线性的，适合测量较大的位移。增大极板长度b，减小间距d，可使灵敏度提高。极板宽度a的大小不影响灵敏度，但也不能太小，否则边缘影响增大，非线性将增大。在实际应用中，为了提高测量精度，减少动极板与定极板之间的相对面积变化而引起的测量误差，大都采用差动式结构。知识链接573.变介电常数型电容传感器变介电常数式电容传感器的极距、有效作用面积不变，被测量的变化使其极板之间的介质情况发生变化。传感器的总电容量C为两个电容C1和C2的并联结果，即：知识链接583.变介电常数型电容传感器若传感器的极板为两同心圆筒，传感器的总电容C等于上、下部分电容C1和C2的并联，即由此可见，这种传感器的灵敏度为常数，电容C理论上与液面h呈线性关系，只要测出传感器电容C的大小，就可得到液位h。知识链接59二.电容式传感器的应用电子技术的发展，解决了电容式传感器存在的许多技术问题，使电容式传感器不但广泛应用于精确测量位移、厚度、角度、振动等物理量，还应用于测量力、压力、差压、流量、成分、液位等参数，在自动检测与控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。知识链接60电容式加速度计电容式接近开关压力传感器称重传感器知识链接61指纹识别测量管道液位高度湿度测量任务实施62一.电容式传感器的选用检测生产线上的金属被测物，可选用电感式接近传感器。注意：电感式接近开关所检测的物体必须是金属导体。图3-10接近传感器与标准检测物任务实施63一.电容式传感器与电感式传感器的区别在选择电容式接近开关之前，我们需要了解其与电感式接近开关的区别。1）、检测材质不同

（1）电容式接近开关是对任何介质都检测

（2）电感式接近开关只对金属检测2）、敏感部分不同

（1）电容式接近开关的敏感部分是电容

（2）电感式接近开关的敏感部分是电感两者都利用L-C谐振电路原理工作。任务实施二.电容式传感器的安装与接线64无论是哪一种传感器，在使用时都必须注意被检测物的材料、形状、尺寸、运动速度等因素。在传感器安装与选用中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。具体可以参考任务一相关的部分。SICK电容式接近开关的安装指导任务实施二.电容式传感器的安装与接线65本任务中电容式接近开关采用PNP开关量输出，三线制电缆与设备的电气接线如图3-33所示：棕色——电源；黑色——No信号输出；蓝色——GND。图3-33电容式传感器的电气接线任务实施三.电容式传感器的调试66在开始本任务前，首先将本任务所需项目文件（项目3智能分拣）从PC端下载到所在设备，然后启动设备，并确认程序正确下载到设备，如图3-13所示。图3-13任务一、二、三的运行界面启动界面任务实施三.电容式传感器的调试67将设备设置到手动模式，运行界面出现手动字样。点击时间设置标签，可以设置气缸动作的延时时间。运行界面任务实施三.电容式传感器的调试68将塑料件放在电容式传感器下方，开始调整传感器感应端与待测塑料件顶面之间的距离到合适位置。电容式传感器感应到这三种物料后，尾部黄灯都会亮起。电容式传感器的位置调节任务四编码器的安装与应用任务描述|任务分析|知识链接|任务实施本任务将编码器与输送带驱动电机相连，采用IO-Link读取编码器的实际值，预留编码器归零点，在确定气缸与物料原点的距离后，通过编码器确定物料位置进行气缸推出动作，从而替代设置气缸延时的推出方式。任务描述70输送带转轴上的编码器任务分析1.熟悉常见的电感式传感器、光电式传感器、电容式传感器以及编码器的工作原理。2.熟悉这几种传感器各自的特点与主要参数指标。3.掌握这几种传感器的选型与应用。1.根据相关传感器产品说明书或网络中获取相关资料（邮件、网页、样本、手册、说明书等）。2.分析工艺标准，完成相关传感器安装与调试。3.能够利用学过的知识，解决工作过程中出现的问题。知识点技能点知识点技能点位置检测的方式能识别绝对与相对编码器编码器的分类与工作原理会判断编码器的信号编码器的分辨率、输出脉冲数等概念能够正确地将编码器与机器连接、配线和接线计算脉冲与移动位置的关系会使用编码器在自动化分拣单元进行定位控制旋转编码器的应用

知识链接72一.编码器的认识编码器是一种角位移（转速）传感器，它能够把机械转角变成电脉冲。脉冲编码器在经过一个单位角位移时，便产生一个脉冲，配以定时器便可检测出角速度。脉冲编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多。知识链接73一.编码器的认识由光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理如图3-35所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。图3-35光电编码器的工作原理示意图知识链接74一.编码器的认识光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式可分为增量式、绝对式和复合式三大类。按编码器运动部件的运动方式，可分为旋转式和直线式两种。由于直线式运动可以借助机械连接转变为旋转式运动，且旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较强的环境适用能力，因而应用最广。知识链接751.增量式光电编码器增量式光电编码器结构原理如图3-36所示，由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件、转换电路构成。光电码盘与转轴连在一起，码盘可以用玻璃材料制作，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘刻出向心透光窄缝。透光窄缝在光电码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。这样，码盘就分成透光与不透光区域。图3-36增量式编码器结构原理图知识链接761.增量式光电编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，这与码盘圆周上的窄缝条数有关，即能分辨的最小角度为：知识链接771.增量式光电编码器增量式光电编码器的特点如下：（1）编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度，因此编码器输出的位置数据是相对的。（2）由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的起始位可以任意设定。（3）由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度数据会丢失，需要重新复位。增量式光电编码器原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。在数控机床中做位置测量时一般选用增量式光电编码器。知识链接782.绝对式光电编码器绝对式光电编码器式按照角度直接进行编码的传感器，可直接把被测角用数字代码表示出来，指示其绝对位置，如右图所示。（a）光电码盘的平面结构（8码道）（b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道）知识链接792.绝对式光电编码器绝对式光电编码器是利用自然二进制或循环二进制（格莱码/葛莱码）方式进行光电转换的，如图3-38所示。（a）二进制编码盘（b）格莱编码盘知识链接802.绝对式光电编码器对于二进制编码盘：码道的圈数就是二进制的位数，且高位在里，低位在外。由此可以推断，若有n圈码道的码盘，就可以表示为n位二进制编码，若将圆周均分为2n个数据，且分别表示其不同的位置，那么，其分辨的角度为。知识链接812.绝对式光电编码器普通二进制编码盘由于相邻两扇区的计数状态相差比较大，容易产生误差，例如，由位置0001向位置1000过渡时，光敏元件安装位置不准或发光故障，可能会出现8~15的任一十进制数。普通二进制编码盘由于相邻两扇区图案变化时在使用中易产生较大误差，因而在实际中大都采用格莱编码盘。知识链接822.绝对式光电编码器绝对式光电格莱编码器的特点如下：（1）可以直接读出角度坐标的绝对值。（2）没有累积误差。（3）电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。知识链接833.编码器的常见术语在使用光电编码器时，编码器的一些技术术语需要了解：（1）分辨率：轴旋转1次时输出的增量信号脉冲数或绝对值的绝对位置数。（2）输出相：增量型的输出信号数。包括1相型（A相）、2相型（A相、B相）、3相（A相、B相、Z相），Z相输出1次即输出1次原点用的信号。（3）输出相位差：轴旋转时，将A相、B相各信号相互间上升或下降中的时间偏移量与信号1周期时间的比，或者用电气角表示信号1周期为360°。A相、B相用电气角表示为90°的相位差。知识链接843.编码器的常见术语在使用光电编码器时，编码器的一些技术术语需要了解：（4）最高响应频率：响应信号所得到的最大信号频率。（5）轴容许力：加在轴上的负载负重的容许量。径向以直角方向对轴增加负重，而轴向以轴方向增加负重。两者都为轴旋转时容许负重，该负重的大小对轴承的寿命产生影响。知识链接853.编码器的常见术语技术术语说

明90°相位差二信号和零位信号A、B路相位差90°的两信号和零位信号。UVW信号表示相位差120°的3路信号（电角度）关系。电压输出NPN型晶体管发射极接地，集电极带负载电阻输出的电路。集电极开路输出NPN型直接从晶体管的集电极输出的电路。长线驱动器输出长距离输出用集成电路，信号为正反方向输出，速度快，抗干扰能力强，还可以检测电缆的断线。长线接收器接收由驱动器所输出信号的专用IC。使用时请注意：长线驱动器与长线接收器必须匹配。如选取用26LS3长线驱动器输出，应使用26LS32线路接收器接收，如不匹配，将影响使用。互补输出NPN型和PNP型对管的发射极对接输出电路。这种电路反应速度快，也可以长距离传送。允许注入电流编码器单路信号最大吸收的电流值。输出电阻输出电路的内部阻抗。最小负载阻抗输出电路所允许的最小负载阻抗。允许轴负载轴所能承受轴向及径向载荷的能力。准确度输出脉冲数累加得到的回转角与理论回转角之差的二分之一。冠以正负号。周期误差输出脉冲数周期与理论脉冲数周期之差。相临周期误差相邻脉冲周期之差。增量式输出脉冲列或正弦波的周期列的方式。位置是根据累计而得到的。绝对式把机械位移量用二进制码或格雷码作为绝对位置而进行输出的方式。正逻辑符号“1”是对应输出电压“H”的输出逻辑。负逻辑符号“1”是对应输出电压“L”的输出逻辑。知识链接86二.编码器的应用一些典型的应用如下：

图3-39测量物体长度以及物体之间的空隙知识链接87二.编码器的应用一些典型的应用如下：

图3-40测量包装薄膜的长度知识链接88二.编码器的应用绝对值编码器与IO-Link的应用：IO-Link是指自动化网络中用于连接智能传感器与激励元件的点对点通信协议。在本任务中，利用SICK编码器的配置软件SOPASET，AHS/AHM36IO-Link等IO-Link设备轻松实现可视化与参数化。AHS/AHM36IO-Link可以连接到任一IO-Link主站。IO-Link具备众多优势，例如自动存储设备参数，明确识别设备以及使用低成本的无屏蔽标准电缆。包括诊断数据（温度、工作时间等）的提供与存储，可配置的输入和输出引脚以及长度测量等集成智能任务。任务实施89一.编码器的选用与安装编码器在选型时需要注意以下方面：图3-41SICK绝对值编码器（1）编码器的类型：增量型或绝对型；（2）分辨率的精确度选择；（3）外形尺寸（中空轴，杆轴）；（4）轴允许负载；（5）最大允许转速；（6）最高响应频率（最高响应频率＝转速/60×分辨率），注意要留有余度；（7）保护结构（防水，防油，灰尘等）；（8）轴的旋转启动转矩；（9）输出电路方式（长距离时，要选择线路激励器）。任务实施90一.编码器的选用和安装编码器的安装方式：（a）套式安装

（b）轴式安装

任务实施91一.编码器的选用和安装安装注意事项：1.机械方面(1)由于编码器属于高精度机电一体化设备，所以编码器轴与用户端输出轴之间需要采用弹性软连接，以避免因用户轴的串动、跳动而造成编码器轴系和码盘的损坏；(2)安装时注意允许的轴负载；(3)应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度＜0.20mm，与轴线的偏角＜1.5°；(4)安装时严禁敲击和摔打碰撞，以免损坏轴系和码盘；(5)长期使用时，定期检查固定编