訊號問題圖鑑
症狀：換同型號讀數頭後零位偏幾個計數——零位窗位置公差
換同型號讀數頭後零位偏幾個計數，來自安裝定位、繞銷轉角和檢測場內部公差，以及零位窗越過門控餘量的跳週期。本文把各項換算為讀數半徑處的位移與計數（r = 15 mm、2500 線時 1 計數約 9.4 μm），給出互換性預算和交叉互換試驗。
售後更換讀數頭，或者產線上換一個同型號讀數頭複測，回零位置變了：有時偏一兩個計數，有時偏三四個，個別情況正好偏 4 個，或者 Z 變窄、一轉出兩個。碼盤和軸都沒動，變的只是讀數頭。要回答“偏多少算正常”，得先把零位位置拆成幾段，分別換算成讀數半徑處的位移和計數，再判斷哪段該收緊、哪段該靠裝調或電子置零解決。電氣零位與機械零位的整條誤差鏈見本文庫術語篇，這裡只看讀數頭互換這一環。
零位位置由哪幾段決定
門控 Z 是原始零位訊號與 A = B = 1 象限相與的結果，它的邊沿就是 A、B 的邊沿。所以零位相對碼盤的位置分兩部分：
Z 位置 = s_m + s_i + k·p
- s_m：讀數頭基準相對迴轉軸的切向安裝位置，由定位面、定位銷與孔的配合、螺釘孔間隙決定；
- s_i：增量檢測場相對讀數頭基準的切向位置，是讀數頭內部公差；
- k·p：原始 Z 落在第幾個訊號週期，由零位窗相對增量檢測場的位置 z 決定，p 為節距。
前兩項連續變化，直接換算成計數；第三項是整週期跳變，只要 z 不超過門控餘量，k 就不變。
換算基準：r = 15 mm、2500 線時 p = 2πr/N ≈ 37.7 μm，四倍頻一個計數為 p/4 ≈ 9.42 μm，合 129.6″。兩次裝配的零位差為
ΔC = (Δs_m + Δs_i)/(p/4) + 4·Δk
互換性預算
| 專案 | 公差（示例） | 換算 |
|---|---|---|
| 讀數頭定位（切向） | ±15 μm | ±1.6 計數 |
| 繞定位銷轉角：銷到檢測窗 10 mm，轉角 1 mrad | ±10 μm | ±1.1 計數 |
| 增量檢測場相對讀數頭基準 | ±10 μm | ±1.1 計數 |
| 零位窗相對增量檢測場 | ±10 μm（約 ±95° 電角度） | 0 或 ±4 計數 |
連續部分極值 ±35 μm，約 ±3.7 計數；方和根約 ±2.2 計數（見圖2左）。所以“換頭後偏兩三個計數”在這種定位方式下屬於正常離散。要讓互換後零位保持在 ±1 個計數以內，三項之和要壓到 ±9.4 μm，單靠螺釘和普通定位銷很難做到。
角向公差常被低估：讀數頭靠一個銷定位、另一個螺釘孔限轉時，轉角 Δβ 在檢測窗處造成 L·Δβ 的切向位移，L 是銷到檢測窗的距離。L = 10 mm、Δβ = 1 mrad 就是 10 μm，約一個計數。
閾值離散的影響較小：門控 Z 的邊沿由 A、B 決定，原始 Z 閾值變化只改變原始 Z 的寬度和中心，佔用門控餘量；非門控輸出時它才直接移動邊沿，原始 Z 邊沿橫跨 90° 電角度、閾值變 10% 時約移 9°，只有 0.1 個計數。
跳週期：零位窗超出門控餘量
原始 Z 寬 W_r 時，門控餘量為 ±(W_r − 90°)/2：
- W_r = 180°：±45°，即 ±4.7 μm。讀數頭內部 ±10 μm 的零位窗公差已經超出，一部分讀數頭會出現 Z 變窄，偏移在 135°～225° 之間時 Z 丟失，再大則跳到相鄰週期，零位整整偏 4 個計數。
- W_r = 360°：±135°，即 ±14.1 μm，可以覆蓋 ±10 μm 的公差；超出後原始 Z 兩端各切到一個象限，一轉出現兩個窄 Z，再大同樣跳 4 個計數（見圖2右）。
所以零位差正好是 4 的整數倍，或伴隨 Z 變窄、丟失、一轉兩個，應查零位窗與增量檢測場的相對位置，而不是安裝定位。碼盤上零位道與增量道的半徑差越大，偏心和方位角造成的相對相移也越大，同樣會佔用這份餘量（見本文庫零位對準設計一篇）。
交叉互換試驗
- 建立參照：同一碼盤上保留一個不拆的參照讀數頭，或在軸上接參考編碼器；被測讀數頭的 Z 位置用參照的計數表示。
- 交叉組合：取 2～3 個讀數頭、2 個安裝位（或 2 臺機體），每種組合裝拆 3 次，記錄 Z 位置。
- 分離來源：同一讀數頭在不同機體上偏移一致，是讀數頭內部（s_i 或 z）；跟著機體走，是安裝面和定位孔；同一組合裝拆之間離散大，是定位重複性。
- 看數值特徵：偏移連續分佈，按 9.42 μm/計數反算位移，對照安裝與內部公差；偏移集中在 0 和 ±4，查零位窗與門控餘量，必要時在原始 Z 測試點看其相對 A = B = 1 象限的位置。
- 定對策：連續偏移靠定位銷加嚴或裝調時以訊號找正；跳週期靠加寬原始 Z、收緊零位窗公差；系統允許時，更換讀數頭後在控制器中重新標定零位偏置。
工程要點
- 先換算：讀數半徑 15 mm、2500 線時 1 計數約 9.4 μm，切向 28 μm 就是 3 個計數。
- 讀數頭的切向定位和繞銷轉角往往比讀數頭內部公差大，要求互換零位時優先加嚴定位。
- 互換後零位要在 ±1 計數以內，三項連續公差之和須小於 p/4，細節距碼盤基本只能靠找正或電子置零。
- 零位差為 4 的整數倍，或伴隨 Z 變窄、丟失、一轉兩個，查零位窗相對增量檢測場的位置和原始 Z 寬度。
- 原始 Z 寬約一個週期時門控餘量 ±135°，比 180° 寬時的 ±45° 寬得多，利於互換。
- 交叉互換試驗用參照讀數頭計數，能把讀數頭內部、安裝面和裝拆重複性三類來源分開。
小結
換同型號讀數頭後零位偏幾個計數，連續部分來自安裝定位、繞銷轉角和檢測場內部公差，按 p/4 換算成計數；整 4 個計數的跳變來自零位窗越過門控餘量。按讀數半徑把各項換成微米和計數做互換性預算，用交叉互換試驗分清來源，就能決定是加嚴定位、加寬原始 Z，還是在換頭後重新標定零位。
延伸閱讀：ENC7 編碼器碼盤生產廠家（中文首頁） · 碼盤技術文庫
關於我們：晶正光電專注編碼器碼盤研發製造，玻璃、金屬、PC 碼盤均可按圖客製。
官網：https://enc7.com
© 廊坊晶正光電技術有限公司 版權所有，未經書面許可不得轉載、摘編。本文藉助 AI 輔助創作。