「光電エンコーダの応用原理と業界定義」は長春三峰センシング技術有限会社光電エンコーダによって提供され、「光電エンコーダの応用原理と業界定義」はエンコーダなどの光電機器の常識と動態について、「光電エンコーダの応用原理と業界定義」はあなたにもっと多くの知識を理解するために豊富な材料を提供し、あなたの助けになることを望んでいます！

　　

光電エンコーダは回転式位置センサであり、現代のサーボシステムでは角変位や角速度の測定に広く応用されており、その回転軸は通常被測定回転軸に接続され、被測定軸とともに回転する。測定された軸の角変位をバイナリ符号化または一連のパルスに変換することができます。

光電エンコーダには、式と増分式の2種類がある。増分式光電エンコーダは構造が簡単で、体積が小さく、価格が低く、精度が高く、応答速度が速く、性能が安定しているなどの利点があり、応用がより広範である。高分解能と大量のストローク角速度／変位測定システムでは、増分式光電エンコーダはより*性を持っている。式エンコーダは各回転角に対応する数字情報を直接与えることができ、コンピュータ処理に便利であるが、送り数が1回転より大きい場合は特別な処理をしなければならず、減速ギアで2つ以上のエンコーダを接続し、多段検出装置を構成し、その構造を複雑にし、コストが高いようにしなければならない。

1インクリメンタルエンコーダ

1.1インクリメンタル光電エンコーダの構成

インクリメンタルエンコーダとは、回転軸に沿って回転するディスクに一連のパルスを与え、回転方向に基づいてカウンタでこれらのパルスを加減算することで、回転した角変位量を表す。インクリメンタル光電エンコーダの構造概略図を図1に示す。

図1増分型光電符号盤の構造概略図

光電符号盤は回転軸に接続されている。コードディスクはガラス材料で作られ、表面に光を透過しない金属クロムをめっきし、エッジに中心に向けた光透過スリットを作ることができる。透光性スリットは、数百本から数千本まで様々な数のコードディスクの円周上で等分されています。これにより、コードディスクの周全体にわたってn個の光を透過する溝に等分化される。増分光電符号盤は、ステンレス鋼の薄板でも作製でき、その後、円周縁部に均一に分布する光透過槽を切断することができる。

1.2インクリメンタルエンコーダの動作原理

インクリメンタルエンコーダの動作原理を図2に示す。これは、メインコードディスク、ディスクリミネータディスク、光学系、光電変換器から構成されています。図形の主符号盤（光電盤）の周辺にはピッチが等しい放射状のスリットが刻まれ、均一に分布する透明領域と不透明領域が形成されている。識別ディスクはメインコードディスクと平行で、A、Bの2つの光電変換器の出力信号が位相で90°異なるように、互いに1/4ピッチずらしてa、bの2組の透明検出スリットが刻まれている。動作時、鑑向ディスクは静止して動かず、メインディスクは回転軸と一緒に回転し、光源からの光はメインディスクと鑑向ディスクに投射される。主符号盤上の不透明領域がちょうど鑑向盤上の透明狭間に位置合わせされると、光線はすべて遮られ、光電変換器の出力電圧は小さい、メインコードディスク上の透明領域がちょうど鑑向ディスク上の透明なスリットに位置合わせされている場合、光はすべて通過し、光電変換器の出力電圧は大きい。マスタコードディスクが1刻み周期回転するごとに、光電変換器は近似的な正弦波電圧を出力し、光電変換器A、Bの出力電圧位相差は90°である。

図2インクリメンタルエンコーダの動作原理図3の光電エンコーダの出力波形

光電エンコーダの光源は、自己集光効果のある発光ダイオードが一般的である。光電符号盤が作動軸とともに回転すると、光電符号盤と光欄干板のスリットを透過して、光が明るくなったり暗くなったりする光信号が形成される。感光素子はこの光信号を電気パルス信号に変換し、信号処理回路を通過した後、デジタル制御システムにパルス信号を出力し、デジタル管から直接変位量を表示することもできる。

光電符号器の測定精度は符号盤円周上のスリットストライプ数nと関係があり、分解できる角度αは：

α=360°/n（1）解像度=1/n（2）

例えば、符号盤エッジの光透過スロット数が1024個であれば、分解可能な小角α=360°/1024=0.352°である。

符号盤の回転方向を判断するためには、符号盤上の2つのスリット距離の（m＋1／4）倍の距離を持つ2つのスリットを光欄板に設置する必要があり、mは正の整数であり、図1のA、Bの感光素子のような2組の対応する感光素子を設置し、cos、sin素子とも呼ばれることがある。検出対象が回転すると、同軸または関連付けられた光電エンコーダは、A、Bの2つの回路の位相が90°異なるデジタルパルス信号を出力する。光電エンコーダの出力波形を図3に示す。コードディスクの回転位置を得るためには、図1の「ゼロビットフラグ溝」のような基準点を設ける必要があります。符号盤が1回転するごとに、ゼロビットフラグスロットに対応する感光素子は「1回転パルス」と呼ばれるパルスを発生し、図3のC 0パルスを参照してください。

【図4】図4（a）に示すように、エンコーダが正転しているときのA信号、B信号の波形とそのタイミング関係を示すエンコーダの正逆転時のA信号、B信号の位相は、図4（a）に示すように90°進んでいる。反転すると、B信号の位相は図4（b）に示すようにA信号の90°進む。AとBが出力するパルス個数は、被測定角変位変化量と線形関係にあるため、パルス個数をカウントすることで対応する角変位を算出することができる。このようなAとBの関係に基づいて、測定機械の回転方向と回転角変位/速度を正確に調整する、いわゆるパルス判別とカウント。パルスの判別とカウントは、ソフトウェアでもハードウェアでも実現できます。

図4光電エンコーダの正転及び反転波形

2.式エンコーダ

式エンコーダは、読み取られたディスク上のパターン情報を介して測定された回転角を直接対応するコードに変換する検出素子である。エンコードディスクには光電式、接触式、電磁式の3種類がある。

光電式符号盤は、透明な材料の円盤にバイナリコードを印刷するために現在多く使用されている。図5は4ビットバイナリのコードディスクを示し、コードディスク上の各リングはそれぞれ1ビットバイナリのデジタルコードチャネルを表し、同じコードチャネル上に白黒等間隔パターンを印刷し、1セットのコードを形成する。黒色非透過領域と白色透過領域はそれぞれバイナリの「0」と「1」を表す。4ビット光電符号盤には、4つの丸数字符号路があり、各符号路は2進法の1ビットを表し、奥側は高位、外側は低位で、360°の範囲内で符号化できる数は24=16個である。

動作時、コードディスクの片側に電源を置き、もう一方に光電受容装置を置き、各コードチャネルには光電管と増幅、整形回路が対応している。コードディスクは異なる位置に移動し、光電素子は光信号を受け取り、対応する電気信号に変換し、増幅整形後、対応するデジタル電気信号になる。しかし、製造と取り付け精度の影響により、2つのコードセグメントの交互過程でコードディスクが回転すると、示度誤差が発生する。例えば、符号盤が時計回りに回転し、位置「0111」から「1000」に変化した場合、この4桁は同時に変化しなければならず、デジタルを1111、1011、1101、…0001など16種類のコードのいずれかに誤読する可能性があり、この誤差は単値性誤差と呼ばれる。

非単値性誤差を解消するためには、以下の方法を採用することができる。

2.1循環符号盤（またはグレア符号盤）

ループコードは、グレアコードとも呼ばれ、バイナリコードでもあり、「0」と「1」の2つの数しかありません。図6に4ビットバイナリループコードを示す。この符号化の特徴は、任意の隣接する2つの符号の間に1ビットの符号だけが変化していること、すなわち、「0」が「1」または「1」に変わり、「0」になることである。したがって、2つの数の変換中に発生する読取誤差は「1」を超えないことが多く、隣接する2つの数のうちの1つの数にしか読めない可能性があります。したがって、それは非一値性誤差を解消する有効な方法である。

2.2判定光電装置付きバイナリ循環符号盤

このような符号盤は、4ビットのバイナリ循環符号盤の外周に信号ビットをさらに1周増加させるものである。図7は、ビット判別光電装置付きのバイナリ循環符号盤を示している。この符号盤の外輪上の信号ビットの位置はちょうど状態交線とずれており、信号ビットにある光電素子に信号がある場合にのみ読み取りが行われ、これにより非単値性誤差が生じない。