摘要:編碼器是將信號或數據進行編制、轉換為可用于通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器有著諸多的優點，在工業中的應用越來越廣泛。但在使用過程中也常有故障發生。介紹了韶鋼特軋廠板材工序編碼器在應用中常見的故障，提出了解決方法，并闡述了在編碼器應用中減少故障的具體措施和方法。

　　關鍵詞: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研究的重中之重，企業對很多起重機械進行故障檢測，同時，對起重機械進一步調查，總結出起重機械在實際使用中經常出現的故障，并對其進行分析，總結出這些故障出現的原因以及預防措施，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

　　光柵傳感器是一種能把位移轉化為數字量輸出的數字式傳感器。

　　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元件。光柵主要由標尺光柵、指示光柵、光路系統和光電元件等組成。標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W一定時，θ越小，則B越大。相當于把柵距放大了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。它們經整形轉換成兩個方波信號u1’和u2’。當光柵沿A方向移動時，u1經微分電路后產生的脈沖正好發生在u2’處于“l”電平時，從而經Yl輸出一個計數脈沖;而u1’經反相并微分后產生的脈沖則與u2’的“0”電平相遇，與門Y2被阻塞，沒有脈沖輸出。當光柵沿C方向移動時，u1’的微分脈沖發生在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生在u2’的“1”電平時，與門Y2輸出一個計數脈沖。于是可以根據運動方向正確地給出加計數脈沖或減計數脈沖，再將其輸入可逆計數器，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1μm或更小)、測量范圍大(幾乎不受限制)、動態范圍寬等優點，且易于實現數字化測量和自動控制，是數控機床和精密測量中應用較廣的檢測元件。其缺點是對使用環境要求較高，現場使用要求。

　　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角測量元件。電盤裝在回轉軸上，軸的另一端裝有齒輪，該齒輪與驅動齒輪或齒條嚙合時，可帶動光電盤旋轉。回轉軸也可以直接被主軸或絲杠驅動。光電盤置于光源和光電管之間，當光電盤轉動時，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換為電脈沖信號，經整形、放大、分頻、計數和譯碼后輸出或顯示。由于光電盤每轉發生的脈沖數不變，故由脈沖數即可測出被測軸的轉角或轉速。也可根據傳動裝置的速比換算出直線運動機構的直線位移。根據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方向。光電盤制造精度較低，只能測增量值，易受環境干擾，所以多用在簡易型和經濟型數控機床上。

　　1.3.2編碼盤

　　編碼盤是把被測轉角直接轉換成相應代碼的檢測元件。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制編碼。碼盤上各圓環分別代表一位二進制的數字碼道，在同一個碼道上印制黑白間隔圖案，形成一套編碼。黑色不透光區和白色透光區分別代表二進制的“0”和“1”。在一個四位光電碼盤上，有四圈數字碼道，在圓周范圍內可編數碼數為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，每個數位都對應一個光電管及相應放大、整形電路。碼盤轉到不同位置，光電元件接受光信號，并轉成相應的電信號，經放大整形后，成為相應數碼電信號。

　　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常出現各種故障，影響線上生產，造成經濟損失。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，導致其不能產生和輸出正確的波形。主要原因是編碼器本身質量或者使用年限已經很長。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，使波形不穩定，影響通信的準確性，這時，對屏蔽線進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，甚至一開機即產生伺服系統過載報警，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)增量旋轉編碼器使用應注意選型，主要3方面的參數。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，是否滿足設計使用精度要求。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)，長線驅動器輸出。其輸出方式應和其控制系統的接口電路相匹配。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。

　　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，導致計數不準。這主要因為編碼器周圍干擾比較嚴重，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等。4)編碼器故障判斷常用步驟。a)排除(搬離、關閉、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雜，但只要掌握其工作原理和故障的基本特征及產生原因，平時工作多積累經驗，就能快速、準確地判斷故障的根源，從而采取有效措施，提高使用穩定性。