3.5.2 光电编码器
1.结构与原理
光电编码器与光栅尺只是结构上的区别，其原理完全相同。由于编码器用于检测角位移，因此，它是一种360°回转的位置测量元件。
光电编码器的结构如图3.5-5所示，编码器内部同样由光源、标尺光栅、指示光栅、光敏元件、透镜及放大电路等组成；只不过编码器的标尺光栅为旋转的圆盘而已。
图3.5-5 光电编码器的外形与结构
a）外形 b）结构
1—光源 2—透镜 3—标尺光栅 4—指示光栅 5—光敏元件 6—放大电路 7—回转轴
光电编码器在输出脉冲数较少时也采用光直射的检测形式，此类编码器无指示光栅。
作为数控机床的辅助位置检测装置，有时也使用标尺光栅上直接刻有多圈循环二进制编码条纹、格莱码条纹的光电编码器，它的每圈刻线代表一个二进制位的信号，这样的编码器可以在任何时刻直接识别转角的绝对位置（角度），因而它是真正的绝对编码器。但是，因体积的限制，此类编码器的二进制码位数（刻线圈数）不能做得过多，因此，常用于伺服电动机的转子位置检测、回转刀架/刀库的刀号/刀位检测等辅助位置测量。
2.输出信号
光电编码器的信号输出形式同样有线驱动差分信号输出、TTL电平输出、集电极开路输出、正余弦输出、串行数据输出等。其中，线驱动差分信号输出、TTL电平输出的接口与光栅类似；集电极开路输出与接近开关类似，可参见前述的说明。
使用正余弦输出的编码器多见于伺服电动机内置型编码器（如SIEMENS 1FT6/1FK7交流伺服电动机），其Ua/Ub信号与光栅类似，但零位信号Uc一般为脉冲输出；在部分编码器中还带有图3.5-6a所示的每转1周期的绝对位置编码信号A/B。
采用串行数据输出的编码器具有分辨率高（可达到100万P/r[2]以上）、连接线少等优点，已经越来越多地用于数控机床的伺服进给系统，例如，交流伺服电动机的内置编码器几乎都采用了串行数据输出。
串行数据输出的编码器内部带有串行数据转换电路，其输出为图3.5-6b所示的、时钟频率为1MHz左右的串行数据，编码器的连接线一般只需要2根电源线与2根数据线。为了使得数据输出与外部接收电路同步，对于通用型串行数据输出编码器，一般需要连接数据同步用的时钟脉冲信号。
3.常用产品
光电编码器多用于数控机床的转角测量或直线位移的间接测量，德国HEIDENHAIN公司同样是全球最著名的光电编码器产品生产企业；此外，日本KOYO、西班牙FAGOR等公司的产品在国内也有一定的销量。
图3.5-6 编码器的输出信号
a）正余弦输出 b）串行数据输出
以HEIDENHAIN产品为例，光电编码器在结构上一般有标准轴独立安装与空心轴电动机内置式两类，绝对位置编码器的测量分辨率可达25bit（225 P/r），可选择EnDat2.1（5V）、EnDat2.2（3.6～14V）、SSI（5V或10～30V）、PROFIBUS（9～36V）等标准串行接口输出；增量编码器的刻度可达5000线，输出信号可为DC5V线驱动脉冲、1VPP正余弦信号、10～30V线驱动脉冲或10～30VHTL脉冲。
HEIDENHAIN常用光电编码器产品的主要技术参数见表3.5-2。
表3.5-2 HEIDENHAIN光电编码器主要技术参数表
（续）
