Pregled kodera
Enkoder je elektromehanički uređaj montiran na osovinu motora koji prati i vraća brzinu i položaj motora izlazeći digitalne impulse. Njegov osnovni princip rada je sljedeći: brojeći impulse koje generiše enkoder, sistem može izračunati pomak trenutne pozicije motora u odnosu na posljednju poznatu poziciju, čime se provjerava da li je motor tačno dosegao ciljnu poziciju.
Osnovna struktura enkodera sastoji se od izvora svjetlosti, diska (kodnog diska) sa urezima ugraviranim duž njegove ivice i prijemnika svjetlosti. Kada se kodni disk rotira zajedno sa osovinom motora, prorezi seku kontinuirani statički izvor svjetlosti u niz bljeskova. Prijemnik svjetla detektuje ove promjene između svjetla i tame i pretvara ih u digitalne kvadratne{2}}talasne impulsne signale, koji se zatim izlaze glavnom kontroleru. Ako rezolucija enkodera odgovara rezoluciji koraka motora, enkoder će generirati jedan odgovarajući impuls za svaki korak pokreta motora.
I. Inkrementalni koderi
1. Princip rada i izlazni signali
Inkrementalni enkoder radi tako što generiše niz impulsa tokom kretanja. Njegov kodni disk ima jednoliko raspoređene utore. Kada se osovina rotira, fiksni fotoelektrični prijemnik detektuje promjene u prenesenoj svjetlosti i daje kontinuirani niz impulsa. Standardni inkrementalni enkoder obično daje dva kvadratna-talasna signala sa faznom razlikom od 90 stepeni (kanal A i kanal B), poznat kao "kvadraturni signali". Fazni odnos između ova dva signala koristi se za precizno određivanje smjera rotacije.
2. Relativnost informacija o poziciji i problem-isključenog gubitka snage
Izlazi inkrementalni enkoderrelativni pomakinformacija, a ne apsolutna pozicija. Nakon što se sistem uključi, enkoder počinje brojati i emitovati impulse, a eksterni brojač ili kontroler akumulira ove impulse kako bi izračunao trenutnu poziciju. Međutim, kada se napajanje izgubi, impulsni izlaz se zaustavlja, a ako eksterno pohranjena vrijednost brojanja nema rezervnu snagu, bit će izgubljena. Nakon što se napajanje vrati, enkoder ne može automatski znati trenutnu poziciju osovine, a vrijednost brojanja će početi ponovo od nule.
3. Neophodnost vraćanja na početak (vraćanje na referencu)
Zbog gore navedenih karakteristika, sistemi koji koriste inkrementalne enkodere moraju izvršiti operaciju "homing" svaki put kada se pokrenu ili ponovno pokrenu nakon nestanka struje. Ova operacija obično pokreće motor da se kreće sve dok se ne aktivira unaprijed definirana fizička referentna tačka, kao što je granični prekidač, magnetni prekidač ili puls indeksa faze Z- na disku enkodera. Kada se ova tačka pronađe, sistem resetuje ili postavlja brojač položaja na poznatu vrednost, koja onda služi kao apsolutna referenca za sva naredna kretanja.
4. Prednosti, nedostaci i primjene
Prednosti:Relativno jednostavna struktura, niska cijena i visoka pouzdanost.
Nedostaci:Informacije o poziciji se gube nakon -isključenja napajanja i zavise od operacije navođenja; Sposobnost protiv -smetnji je relativno slaba, a impulsi šuma se mogu greškom uračunati u poziciju.
Rješenje:Za aplikacije koje zahtijevaju zadržavanje položaja nakon -isključenja, rezervna baterija se može koristiti za napajanje brojača ili jedinice za pohranu.
II. Apsolutni enkoderi
1. Osnovni princip: Jedinstveno kodiranje apsolutnog položaja
Osnovna karakteristika apsolutnog enkodera je da se svakoj mehaničkoj poziciji na njegovom kodnom disku dodjeljuje ajedinstveni digitalni kod. Ovo se obično postiže proizvodnjom više koncentričnih kodnih traka na disku (svaka staza predstavlja jedan binarni bit) i upotrebom više nezavisnih fotoelektričnih senzora. Stoga, čak i kada je u stanju mirovanja ili isključen, izlazni signal direktno odgovara apsolutnom kutnom položaju osovine.
2. Zadržavanje položaja nakon -isključenja i trenutna dostupnost pri uključivanju-
Budući da su informacije o položaju jedinstveno određene fizičkim obrascem diska s kodom, apsolutni enkoder ne gubi poziciju nakon -isključivanja. Kada se sistem ponovo uključi, kontroler može odmah pročitati trenutnu apsolutnu poziciju koda bez obavljanja bilo kakve operacije navođenja, postižući "napajanje-uključeno i spremno-za-upotrebu", što uvelike poboljšava efikasnost pokretanja i sigurnost.
3. Tipovi sa jednim-okretanjem i višestrukim okretanjem
Jednookretni{0}}apsolutni koderipružaju jedinstvenu vrijednost položaja unutar jedne rotacije od 360 stupnjeva i pogodni su za primjene gdje je raspon putovanja manji od jednog okretaja.
Više{0}}koderi apsolutne vrijednostine samo da pružaju jedinstvenu vrijednost unutar jednog okretaja, već i bilježe broj okretaja putem unutrašnjeg mjenjača ili elektronskog mehanizma za brojanje. Oni mogu pružiti globalnu apsolutnu poziciju u više okreta (na primjer, do 4096 okreta) i pogodni su za aplikacije pozicioniranja na dugim{2}}putama.
4. Signali i prednosti
Izlazni kod:Obično se koristi Grey kod, u kojem se samo jedan bit mijenja između susjednih pozicija, efikasno sprječavajući greške čitanja.
Sposobnost zaštite{0}}ometanja:Položaj se određuje trenutnim čitanjem uzorka kodnog diska, tako da se povremeni impulsi električnog šuma ne akumuliraju, što rezultira snažnom otpornošću na buku.
Visoka sigurnost i fleksibilnost:Položaj se može provjeriti odmah pri uključivanju-, izbjegavajući rizike uzrokovane pokretanjem s nepoznate pozicije; bilo koja tačka se može koristiti kao programabilna referenca, čineći dizajn sistema fleksibilnijim.
III. Mehanički apsolutni koderi (magnetni tip)
Ovo je nova vrsta rješenja za apsolutni senzor položaja zasnovana na principima magnetnog senzora, kombinujući power{0}}memoriju sa visokom tolerancijom na okolinu.
1. Jedno-Princip detekcije položaja okretanja
Njegovo jezgro se sastoji od specijalnog kompozitnog magneta postavljenog u sredini osovine motora (sa bipolarnom magnetizacijom u centru i višepolnom magnetizacijom na periferiji) i odgovarajućih magnetorezitivnih senzora. Senzor očitavasmjercentralnog magnetnog polja kako bi se dobio grubi apsolutni ugao (na primjer, razriješen na 180 stepeni), a istovremeno detektujefazne promeneperifernog magnetnog polja visoke-gustoće da se dobije ugaona podjela visoke-razlučivosti. Kombinacijom ova dva, može se izračunati precizna apsolutna pozicija jednog-okreta.
2. Više-Princip detekcije položaja okretanja
Da bi se postiglo više-okretanje apsolutnog položaja, sistem uvodi precizan zupčanik. Glavni zupčanik je montiran na osovinu motora i praćen je nizom reduktora sa specifičnim omjerima zubaca. Svaki zupčanik je opremljen vlastitim magnetom i senzorom.
Princip rada:Kada se osovina motora okreće, svaki zupčanik se okreće različitom brzinom. Magneti na ovim zupčanicima stvaraju jedinstvenu kombinacijufazne razlikevezano za njihove pozicije. Sistem detektuje fazu magnetnog toka svakog zupčanika i, dekodiranjem ovog skupa faznih razlika, može jedinstveno odrediti apsolutni mehanički položaj vratila motora u rasponu od nekoliko hiljada okretaja.
Karakteristike dizajna:Broj zubaca zupčanika je posebno dizajniran tako da se kombinacija fazne razlike ponavlja tek nakon dostizanja maksimalnog broja okretaja koji se može detektovati (na primjer, 1800 okretaja), čime se osigurava jedinstvenost koda pozicije. Zupčanici se koriste samo za detekciju i ne nose opterećenje. Napravljeni su od samopodmazujućih smolastih materijala, što osigurava dug vijek trajanja.
3. Osnovne prednosti i scenariji primjene
Bez baterije, trajna memorija:Informacija o položaju određena je fizičkim položajima mehaničkih zupčanika i magnetnim uzorcima i nikada se ne gubi čak ni nakon potpunog gubitka snage.
Visoka otpornost na životnu sredinu:Bez preciznih optičkih komponenti i potpuno zatvorenog dizajna magnetnog senzora, nudi daleko bolju otpornost na prašinu, kontaminaciju uljem, kondenzaciju, vibracije i određene temperaturne udare od optičkih enkodera.
Balans između cijene i pouzdanosti:Iako rezolucija možda ne odgovara onoj vrhunskih-optičkih kodera, njegova robusna struktura, visoka pouzdanost i dizajn{1}bez baterija-bez održavanja čine ga idealnim izborom za industrijske aplikacije koje zahtijevaju izdržljivost, sigurnost i eliminaciju održavanja baterije.
IV. Referenca za sažetak i odabir
| Feature | Inkrementalni enkoder | Optički apsolutni enkoder | Mehanički (magnetski) apsolutni enkoder |
|---|---|---|---|
| Informacije o poziciji | Relativni pomak | Apsolutna pozicija dostupna pri uključivanju- | Trajna apsolutna pozicija (bez baterije) |
| Nakon{0}}isključenja | Pozicija izgubljena, potrebno je navođenje | Položaj zadržan (zavisi od baterije ili-nestalne memorije) | Položaj trajno zadržan, nije potrebna struja |
| Otpornost na buku | Prosjek (impulsi buke mogu biti pogrešno izbrojani) | Dobro (pozicija se očitava odmah, buka se ne nakuplja) | Dobro |
| Tolerancija životne sredine | Dobro | Prosječno (osjetljivo na prašinu i kondenzaciju) | Odličan (otporan na ulje, vibracije, promjene temperature) |
| Troškovi | Nisko | Srednje do visoke | Srednje |
| Tipične primjene | Troškovno{0}}osjetljivi sistemi gdje je navođenje prihvatljivo, otvorena-petlja ili jednostavna zatvorena-kontrola | Visoko{0}}precizni CNC, robotika, čista okruženja koja zahtijevaju napajanje{1}}u pripravnosti | Oprema na otvorenom, teške mašine, logistička oprema i teška industrijska okruženja ili aplikacije koje su zabrinute za održavanje baterija |
Zaključak
Za koračne motore{0}}otvorene petlje ili standardne servo sisteme,inkrementalni enkoderiostaju glavni izbor zbog svoje visoke -efikasnosti. U aplikacijama koje zahtijevaju "-uključeno i spremno-za-upotrebu", visoku sigurnost ili složene funkcije pozicioniranja,apsolutni enkoderisu neophodni. Među apsolutnim rješenjima,mehanički apsolutni enkoderipružiti inženjerima moćnu alternativu koja može pojednostaviti dizajn sistema i poboljšati-dugoročnu pouzdanost, zahvaljujućibaterija{0}}slobodna trajna memorijaiodlična industrijska izdržljivost.
