原创 iC-haus高精度绝对值编码器解决方案带给中国编码器制造业的机会和挑战（一）

iC-haus高精度绝对值编码器解决方案带给中国

编码器制造业的机会和挑战（一）

 马超群(Email:chaoqun_ma@126.com QQ:331332430) 

引言

据调查2012年中国编码器市场规模达15-16亿人民币。市场需求每年都在增长，自动化产品用编码器增长率更高达50%。其中，中、高端编码器由欧美、日、韩、台湾等品牌占据，占销售额的70%以上。国产编码器占低端市场，以50%的销售量，占据不到30%的销售额。国产编码器的机会在哪里？笔者认为国产编码器的机会在于国内编码器的市场需求增长以及产品向中、高端高技术含量和高利润方向发展。争取在中、高端编码器的市场占比份额，重新分配国内编码器市场中、高端编码器的销售份额，和欧美，日本等编码器品牌竞争。iC-haus的高精度绝对值编码器解决方案带给中国编码器制造业一个很好的机会。

国产绝对值编码器采用的是上一代的技术，对管（光电池）加外围分立元件，接口多样（并口、电流环等），只适用于一些特殊行业，分辨位数也不高，通常不超过14位。日本制造编码器只提供成品，甚至编码器和伺服控制器的软件接口也要限制到要调用其提供的库文件，以此来做技术保密。只有德国iC-haus提供开放式的高精度绝对值编码器芯片级解决方案，技术资料开放，接口开放（例如，Biss接口），且为行业标准。

一 .机会篇——开放式的德国iC-haus高精度绝对值编码器方案

在这里给大家介绍iC-haus下面三种类型的高精度绝对值编码器解决方案：

l         光学格雷码16位绝对值单芯片编码器iC-LNG、自然二进制码18位单芯片绝对值编码器iC-LNB

l         光学游标17位绝对值编码器，相位阵列游标光电传感器iC-PN2656  + 信号调理及游标算法插补细分器iC-MN、光学游标21位绝对值编码器，相位阵列游标光电传感器iC-PN2624  + 信号调理及游标算法插补细分器iC-MN

l         磁偏轴游标18位单芯片绝对值编码器iC-MU

1.1.  光电编码器的编码方式简介

       图1：增量式编码                           图2：自然二进制编码

图3：格雷码编码                        图4：游标编码

增量式编码由等间隔的刻线组成，对应每一个分辨率区间，可输出一个增量脉冲，计数器相对于基准位置（零位）输出脉冲进行累加计数，正转则加，反转则减，如图１所示。该种编码方式之所以称为增量式编码方式是因为它无法给出光电轴角编码器转过的绝对位置，只是相对零点的累计位置。

自然二进制编码按照位数进行编码，即将一个圆周分成２ｎ等份，２的方次数ｎ称为码盘的位数，显然位数ｎ越大，每一个等份的角度值越小，编码器的精度也就越高，见图２。该种编码方式的优点是组成的图案直观，无需转换，可以直接读出转角大小，无需零位参考，光电传感器得到的码盘位置是一个绝对位置，是一种绝对值编码器的编码方式；缺点是容易错码，即读数时易产生粗大误差，iC-haus的编码器传感器采用互补的双传感器来解决这个问题，例如，iC-LNB。

格雷码编码也称循环码、反射码、周期二进制码，是由自然二进制码转换而得。该种编码方

式的特点为：

（１）第一圈和第二圈均刻一条线，相位错开π／２；

（２）第三圈起每圈刻线数为２ｎ－２；

（３）第ｎ圈码道的亮区中心位于第ｎ＋１圈码道的暗区中心，如图３所示。

该种编码方式的优点是读数时不会产生粗大误差；缺点是不便于阅读也无法直接运算，因此必须将它译成自然二进制码。iC-LNG采用此种编码方式。

游标式编码是依据游标卡尺的原理进行编码的，即在码盘上刻有２～３圈码道，码道之间依次错开一定的相位，如图８所示，外圈刻有ｎ条线条，次外圈刻有ｎ－ｍ条线条，里圈刻有ｎ－ｍ－１条线条。它是通过对着码道放置两个相位差为π的ＰＤＡ（ＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅＡｒｒａｙ）来提取光电信号，通过译码确定光电轴角编码器的角位置。iC-PNxxxx系列和iC-MU采用此种编码方式。为了更好的理解这种游标原理的码盘编码方式，我们来复习一下游标卡尺的工作原理：

图5:10分度游标卡尺工作原理

以图5的10分度游标卡尺为例，主尺身上的最小分度是1毫米，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9毫米，每一分度为0.9毫米，比主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪并拢时尺身和游标的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1毫米，第二条刻度线相差0.2毫米，……，第10条刻度线相差1毫米，即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9毫米刻度线对齐，当量爪间所量物体的线度为0.1毫米时，游标尺向右应移动0.1毫米。这时它的第一条刻度线恰好与尺身的1毫米刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟尺身的5毫米刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5毫米的宽度，……，依此类推。使用同样的原理，游标编码的编码器也是采用这样的原理来提高测量精度。