在近期舉辦的“2021中國(guó)運(yùn)動(dòng)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(shì)。

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(jī)單，公司營(yíng)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(yíng)收的大約15%用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，充分顯示出公司對(duì)技術(shù)研發(fā)的重視程度。

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

在編碼器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上，多年來(lái)西克開(kāi)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(dòng)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(hào)的Hiperface DSL，可以把伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間做的更快，同時(shí)滿足安全認(rèn)證的需求等等。長(zhǎng)期以來(lái)，圍繞客戶的應(yīng)用“痛點(diǎn)”或使用中遇到的問(wèn)題，西克不僅僅只是從產(chǎn)品的維度來(lái)考慮，而是會(huì)從整體解決方案的維度來(lái)考量，這也是整個(gè)西克公司未來(lái)重點(diǎn)的產(chǎn)品和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)策略。

伺服系統(tǒng)主要干擾源來(lái)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(lái)自于電場(chǎng)和磁場(chǎng)，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(gè)常識(shí)，頻率越高越容易受到干擾，這決定了編碼器這個(gè)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(gè)大的電磁場(chǎng)，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(duì)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(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，正交的時(shí)候產(chǎn)生的干擾最大，但是整個(gè)傳輸過(guò)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(méi)有量化就難以系統(tǒng)性地解決問(wèn)題，這是目前編碼器開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難題之一。

機(jī)械多圈編碼器的優(yōu)勢(shì)

在典型的應(yīng)用場(chǎng)景中，我們來(lái)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(jiàn)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(chǔ)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(shí)它易于丟失位置（電池掉電、連接斷路時(shí)），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(kù)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(chǎng)重新調(diào)整）和CNC等場(chǎng)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(chǎng)，施加在線圈上，在磁場(chǎng)南北極交替的瞬間線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，這個(gè)脈沖通過(guò)放大器放大并輸送給FRAM（鐵磁的存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)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(chǔ)中。優(yōu)點(diǎn)是免維護(hù)、小尺寸，但缺點(diǎn)是容易受電磁場(chǎng)干擾（線圈不僅收到旋轉(zhuǎn)磁鐵的磁場(chǎng)，也會(huì)收到周圍環(huán)境產(chǎn)生的更加急劇變化的電磁場(chǎng)）、且增量式計(jì)算，易于導(dǎo)致一錯(cuò)全錯(cuò)（一旦多計(jì)數(shù)或者少計(jì)數(shù)，后面的全錯(cuò)） 。

再來(lái)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(gè)絕對(duì)位置，每時(shí)每刻都是絕對(duì)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(gè)位置都是絕對(duì)位置。優(yōu)點(diǎn)是小尺寸、無(wú)需電池、免維護(hù)、不受電磁場(chǎng)干擾、不受溫度環(huán)境的影響、多圈計(jì)算是絕對(duì)位置計(jì)算（沒(méi)有時(shí)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(kāi)發(fā)的機(jī)械多圈編碼器從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)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。