在近期舉辦的“2021中國運(yùn)動控制/直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇”上，廣州市西克傳感器有限公司產(chǎn)品經(jīng)理 溫志峰詳細(xì)介紹了西克公司的發(fā)展歷程，并從目前伺服編碼器在實(shí)際應(yīng)用中所遇到的主要干擾分析入手，介紹了機(jī)械多圈編碼器在伺服系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢。

西克（SICK）公司2020年財(cái)報(bào)顯示，盡管經(jīng)濟(jì)環(huán)境嚴(yán)峻，SICK 集團(tuán)在 2020 年仍交出了可喜的成績單，公司營業(yè)額達(dá) 17.020 億歐元(約130多億元人民幣)，西克公司每年都投入營收的大約15%用于產(chǎn)品開發(fā)，充分顯示出公司對技術(shù)研發(fā)的重視程度。

西克是一家擁有超過75年歷史的德國企業(yè)，具有“改變業(yè)界的諸多第一個”，憑借自身豐富的傳感器解決方案開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，公司致力于推動從工廠自動化到物流自動化再到過程自動化的發(fā)展。1994年，西克公司進(jìn)入了中國市場，到現(xiàn)在，西克在中國總共有約400多名員工，業(yè)務(wù)覆蓋中國重要的經(jīng)濟(jì)引擎京津冀、珠三角、長三角、成都等內(nèi)地，不僅服務(wù)內(nèi)地市場，還通過物流中心為包括日本、韓國、臺灣等地的客戶提供快捷的服務(wù)。

在編碼器產(chǎn)品的開發(fā)上，多年來西克開發(fā)出多款具有代表性的產(chǎn)品：例如，1985年發(fā)明了 SSI接口，成為運(yùn)動控制領(lǐng)域最通用的接口之一； 1996年發(fā)明了以高速，安全著稱的HIPERFACE編碼器；2016年推出了單電纜可傳輸電壓和信號的Hiperface DSL，可以把伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時間做的更快，同時滿足安全認(rèn)證的需求等等。長期以來，圍繞客戶的應(yīng)用“痛點(diǎn)”或使用中遇到的問題，西克不僅僅只是從產(chǎn)品的維度來考慮，而是會從整體解決方案的維度來考量，這也是整個西克公司未來重點(diǎn)的產(chǎn)品和市場開發(fā)策略。

伺服系統(tǒng)主要干擾源來自哪里？

在實(shí)際應(yīng)用中，伺服編碼器所遇到的干擾源主要來自于電場和磁場，這主要是線路里面的Crosstalk引起的干擾。大家知道，作為物理定律的一個常識，頻率越高越容易受到干擾，這決定了編碼器這個高頻輸出的器件成為了受電磁干擾比較嚴(yán)重的器件；其次，編碼器一般被安裝在電機(jī)后面，電機(jī)作為大功率器件，本身就是一個大的電磁場，產(chǎn)生的電磁干擾非常大。因此，在這兩點(diǎn)的作用下，編碼器也就變成了對電磁敏感度很高的器件。

那么，如何解決這一“痛點(diǎn)”呢？眾所周知，電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，正交的時候產(chǎn)生的干擾最大，但是整個傳輸過程是在變化的，不知道正交發(fā)生的點(diǎn)在哪里，這導(dǎo)致很難進(jìn)行量化，而沒有量化就難以系統(tǒng)性地解決問題，這是目前編碼器開發(fā)過程中的難題之一。

機(jī)械多圈編碼器的優(yōu)勢

在典型的應(yīng)用場景中，我們來看看電池多圈、韋根多圈以及機(jī)械多圈編碼器在技術(shù)原理、性能優(yōu)缺點(diǎn)方面的比較。

電池多圈是一種較常見的編碼器多圈計(jì)數(shù)類型，它由外接電池供電計(jì)數(shù)，電子計(jì)數(shù)器收到旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖，累加存貯在設(shè)備中，設(shè)備需要電池供電以保存計(jì)數(shù)，本質(zhì)上是增量式多圈計(jì)算，并且存儲設(shè)備掉電后，容易造成位置完全丟失。其最大的使用優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的成本低，但同時它易于丟失位置（電池掉電、連接斷路時），容易受到溫度環(huán)境的影響，且需要進(jìn)行定期維護(hù)。這在冷庫應(yīng)用（溫度導(dǎo)致電池壽命降低）及機(jī)器人（丟失位置導(dǎo)致丟失原點(diǎn)，從而要去客戶現(xiàn)場重新調(diào)整）和CNC等場景是有一定局限性和不穩(wěn)定性的

韋根多圈的原理是磁鐵產(chǎn)生磁場，施加在線圈上，在磁場南北極交替的瞬間線圈會產(chǎn)生一個脈沖，這個脈沖通過放大器放大并輸送給FRAM（鐵磁的存儲器，這個存儲器不需要額外供電，可以記錄數(shù)據(jù)），，它的本質(zhì)也是增量式脈沖，芯片收到脈沖后累加到存儲中。優(yōu)點(diǎn)是免維護(hù)、小尺寸，但缺點(diǎn)是容易受電磁場干擾（線圈不僅收到旋轉(zhuǎn)磁鐵的磁場，也會收到周圍環(huán)境產(chǎn)生的更加急劇變化的電磁場）、且增量式計(jì)算，易于導(dǎo)致一錯全錯（一旦多計(jì)數(shù)或者少計(jì)數(shù)，后面的全錯） 。

再來看一下機(jī)械多圈，顧名思義，機(jī)械多圈編碼器就是在編碼器內(nèi)部安裝有一系列堅(jiān)固的機(jī)械齒輪，記錄每一個絕對位置，每時每刻都是絕對位置，并且這些齒輪是由高強(qiáng)度塑料制成，有很強(qiáng)的抗衰老性能。每一個位置都是絕對位置。優(yōu)點(diǎn)是小尺寸、無需電池、免維護(hù)、不受電磁場干擾、不受溫度環(huán)境的影響、多圈計(jì)算是絕對位置計(jì)算（沒有時間軸）；缺點(diǎn)是使用成本較高。

機(jī)械多圈（機(jī)械齒輪）        韋根多圈（電子計(jì)數(shù)器）     電池多圈（電子計(jì)數(shù)器）

西克公司有自己的韋根多圈編碼器產(chǎn)品，除此之外，西克開發(fā)的機(jī)械多圈編碼器從實(shí)際應(yīng)用效果來看， 也同樣得到了很好的應(yīng)用驗(yàn)證，為伺服系統(tǒng)的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。