德国HEIDENHAIN海德汉角度编码器工作原理

德国HEIDENHAIN海德汉角度编码器内置轴承角度编码器

内置轴承角度编码器的特点是系统精度高，满足苛刻应用要求，例如机床和印刷机。编码器的内置轴承确保编码器的测量精度不取决于设备轴承。RCN 2001和RCN 5001系列

高生产力的绝对式角度编码器

内置定子联轴器

空心轴， ∅ 20 mm / ∅ 35 mm

每圈位置数：26 bit / 28 bit

允许高轴速

带温度传感器

接口：EnDat 2.2，发那科串行接口αi，三菱高速接口

可带功能安全特性允许高轴速

RCN 2001和RCN 5001系列角度编码器配纯串行接口，允许的轴速高达3000 rpm，满足应用对高动态性能和高精确度的要求。

轻松测量温度

结合使用HEIDENHAINEIB 5200传感器连接盒可测量直驱电机的绕组温度。温度和位置数据由纯数字接口传输给控制系统。

高精度

RCN 2001和RCN 5001系列角度编码器线数高达16,384线，信号输出质量高。优点是电机电流噪声更低，运行更平稳，特别是由直驱电机驱动的旋转轴获益尤其显著。

可靠扫描

德国HEIDENHAIN海德汉角度编码器采用高质量扫描技术，显著提高抗液体污染和抗冷凝水性能，显著降低其污染对扫描信号或电机控制性能的影响。因此，基本可避免编码器污染导致的加工过程干扰。

海德汉角度编码器核心是光电扫描圆光栅 + 莫尔条纹 / 干涉细分 + 数字解码，把机械转角直接转换成高精度电信号，分增量式与绝对式两大类。

一、核心结构（三大件）

圆光栅码盘：玻璃 / 金属基材，光刻刻出均匀径向栅线（增量式）或多层同心二进制码道（绝对式），随被测轴同步旋转。

读数头（扫描单元）：含LED 光源、扫描掩膜（指示光栅）、光电探测器、信号处理 ASIC，固定不动，与码盘无接触HEIDENHAIN。

接口电路：放大、细分、编码、输出（EnDat、BISS‑C、SSI 等）。

二、工作原理（分增量 / 绝对）

1. 增量式（如 ERN/ROD 系列）：莫尔条纹 + 正弦插值

光学扫描（成像扫描原理）

LED 发出平行光，穿过旋转的圆光栅与固定的扫描掩膜（栅距相同），叠加产生莫尔条纹（明暗相间）。

HEIDENHAIN海德汉角度编码器原理示意图

光电转换

条纹移动被光电阵列捕获，输出两路正交正弦 / 余弦信号（A/B 相），相位差 90°，用于判向与计数。

电子细分（核心高精度来源）

ASIC 对正余弦信号做16～1024 倍插值细分，把原始栅线（如 10,000 线 / 转）提升到分辨率（单圈 23 位≈838 万位置）。

计数输出

每转 1 个零位脉冲（Z 相），用于回零与参考校准。

2. 绝对式（如 ECN/ROC/ROQ 系列）：多圈编码 + 上电即读

多层码道编码

码盘上有多圈同心码道（如 23 位单圈 + 多圈），每圈透光 / 不透光组合对应二进制角度地址。

并行光电读取

光源穿盘，光电阵列同时读取所有码道，直接输出当前角度的绝对二进制值，无需累计脉冲。

上电即知位置

断电后位置不丢失，无需回零，适合五轴联动、直驱转台等高精度场景。

协议输出

通过EnDat 2.2、BISS‑C 等串行协议输出绝对位置 + 转速 + 诊断信息。

三、HEIDENHAIN海德汉角度编码器两种扫描技术（决定精度等级）

成像扫描（标准）：栅距≈10 μm，莫尔条纹，安装公差大，成本适中，用于标准精度（±2～±5 角秒）。

干涉扫描（高精度）：栅距≈4～8 μm，利用光衍射 + 干涉生成信号，谐波极小，可超高倍细分，用于超精密（±0.1～±1 角秒）如金刚石车床、半导体设备。

四、关键技术特点

无接触测量：无磨损，寿命长，稳定性高HEIDENHAIN。

真有效值 + 高细分：正余弦信号细分，角度分辨率可达 ±0.1 角秒。

绝对式断电记忆：多圈编码，上电直接读取绝对位置，无需回零。

工业级防护：IP64/IP67，抗振动、耐高温，适配机床 / 直驱电机恶劣环境。

五、典型型号与应用

增量式：ERN 1387（伺服电机）、ROD 280（转台）。

绝对式：ECN 1113（伺服）、ROC 413（高精度转台）、ROQ 400（空心轴直驱）。

应用：五轴机床回转工作台、C 轴、直驱电机、精密测量机、天文望远镜。