Aklaypart.ru

Авто Журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Энкодер двигателя что это такое

Энкодеры. Виды и работа. Особенности и применение

Коротко энкодеры можно назвать преобразователями угловых перемещений. Они служат для модификации угла поворота объекта вращения, например, вала какого-либо механизма, в сигнал электрического тока. При этом определяется не только угол поворота вала, но и его направление вращения, а также скорость вращения и текущая позиция относительно первоначального положения.

Наиболее популярными энкодеры стали при их использовании в системах точного перемещения, на станкостроительных заводах, в производственных комплексах с применением робототехники, в измерительных устройствах, в которых необходима регистрация точных измерений наклонов, поворотов, вращений и углов.

Содержание

Инкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов. Они генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образом показывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту. Выходной сигнал имеет два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга (парафазные импульсы), что позволяет определять направление вращения. Имеется также цифровой выход нулевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение вала.

Что такое оптический энкодер?

Существует ряд технологий, применяемых в энкодерах для измерения положения, наиболее распространенной из которых является оптическая. В оптическом энкодере луч света направлен сквозь или на диск с отверстиями, так что свет проходит или блокируется. Оптический детектор или считывающая головка воспринимают проходящий свет и генерируют соответствующий электрический сигнал. Из отверстий и серий меток на диске формируется специальный узор в виде оптической решетки, которая может использоваться для измерения угла или движения. Масштаб маркировки может быть очень мелким — вплоть до микрон — позволяя многим оптическим датчикам выдавать данные с высокой степенью точности.

Рис. 1 — Оптические энкодеры используют оптический датчик и диск для измерения угла

Корпусированный энкодер со сплошным валом является стандартным исполнением, в котором вал энкодера механически соединен с остальной системой. Вал энкодера, на котором закреплен оптический диск закреплен на подшипнике. Оптический диск, в свою очередь, работает в тесной связи с оптическими детекторами. Электрическое подключение обычно реализуется посредством многожильного кабеля, по которому осуществляется электропитание и снимаются выходные данные о положении датчика. Простой электрический интерфейс в сочетании с широкой распространенностью делает такие датчики легко интегрируемыми. Основной недостаток таких энкодеров заключается в том, что они неустойчивы к жестким условиям окружающей среды, в которой может присутствовать вибрация, удары, посторонние вещества или экстремальные температуры. Недостаточная или вообще отсутствующая сигнализация о сбое может привести в худшем случае к некорректному выводу данных положения или — в лучшем случае — сообщению об ошибке. Как правило, выдача ложного положения (без сообщения об ошибке) является гораздо более серьезным сбоем, чем отсутствие данных о положении, поскольку результат может быть катастрофическим.

При использовании датчиков большего диаметра или энкодеров в форме кольца в кратких руководствах часто задаются чрезвычайно жесткие допуски на установку считывающей головки на оптический диск или решетку для достижения заявленных результатов измерений. Такие бескорпусные кольцевые энкодеры особенно чувствительны к наличию посторонних веществ в рабочей зоне оптического датчика, учитывая малый размер оптических элементов, сопоставимый с величиной частиц пыли или грязи.Неудивительно, что оптические энкодеры обычно не являются предпочтительным выбором для приложений с высокими требованиями к надежности или относящихся к сфере безопасности.

Читать еще:  Характеристики двигателей рено k4m
Преимущества
Высокое разрешение, широкая доступность, возможна высокая точность
Недостатки
Хрупкий, чувствительный к посторонним веществам, катастрофические режимы сбоев, ограниченный диапазон температур (от −20 до +70 °C)

Типы приборов

Устройства бывают нескольких типов. Типы энкодеров: инкрементальные и абсолютные, оптические и механические. Далее будет рассмотрено, что такое энкодер инкрементального типа, а затем обозрены другие типы.

Инкрементальные энкодеры

Они распространены больше всего. В инкрементальном варианте вращательное движение вала преобразовывается в электрические импульсы. Его конструкция состоит из диска с прорезями и оптических датчиков.

Конструкция датчиков поворота данного типа, не позволяет им сообщать свое абсолютное состояние, а только величину изменения положения. Простой образец инкрементального устройства — шайба регулировки громкости автомобильной магнитолы.

Этот вид работает следующим образом. У него есть начальная нуль-метка, или выход Z, и два дополнительных выхода — A и B. Датчик создает две линии сигналов со смещенными на четверть фазы импульсами относительно друг друга. Разница импульсов указывает на направление вращения, а их количество — на угол поворота.

Разновидность инкрементальных энкодеров — сдвоенные, или квадратурные. Они состоят из двух датчиков, которые срабатывают со смещением в полшага. Квадратурные считают количество импульсов и учитывают направление.

У инкрементальных два главных минуса. Во-первых, нужно постоянно обрабатывать и анализировать сигнал, для чего используют контроллер и специальную программу. Во-вторых, они требуют синхронизации с нулевой меткой после включения. Для этого требуется инициализация для поиска выхода Z.

Абсолютные энкодеры

Датчики такого типа устроены более сложно. Но они позволяют определить величину угла поворота сразу после включения, не требуя синхронизации с нулевой меткой.

В основе конструкции поворотный круг, разделенный на одинаковые по размеру пронумерованные секторы. После включения устройства определяется номер сектора, на котором оно находится. Такое решение позволяет сразу зафиксировать положение, угол и направление вращения.

Принцип работы абсолютного энкодера основан на использовании кода Грея для определения текущего положения и других параметров. В них не требуется синхронизация с нулевым значением.

Единственный существенный недостаток этого типа угловых датчиков — необходимость все время переводить код Грея в двоичный код для регистрации положения датчика.

Многооборотные датчики поворота

Абсолютные энкодеры могут быть однооборотными и многооборотными.

Однооборотные показывают абсолютное значение после одного оборота. После этого код возвращается к начальному значению. Такие датчики используют в основном для измерения угла поворота.

Если нужно измерять обороты в системах с линейным перемещением, используют многооборотные энкодеры. В них есть дополнительный передаточный механизм, благодаря чему они регистрируют, помимо угла поворота, количество оборотов.

Оптические энкодеры

Диск оптического энкодера изготавливают из стекла. Отличие этого типа угловых датчиков, в наличии оптического растора, перемещающегося при вращении вала. При этом он создает поток света, который регистрирует фотодатчик.

Читать еще:  Центробежная сила как двигатель

Каждому положению энкодера соответствует определенный цифровой код, который вместе с количеством оборотов составляет единицу измерения устройства.

Оптические угловые датчики бывают фотоэлектрическими и магнитными.

В основе работающих датчиков лежит магнитный эффект Холла. Их точность и разрешение ниже, однако, и конструкция проще. Они лучше переносят сложные условия работы и занимают меньше места.

Фотоэлектрические датчики основаны на том же принципе. В них свет преобразуется в электрические сигналы.

Механические энкодеры

Также называются аналоговыми. Их диск изготавливают из диэлектрика и наносят на него выпуклые или непрозрачные области. Набор контактов и переключателей, позволяет вычислить значение абсолютного угла. Механические энкодеры также используют код Грея.

Один из недостатков этих энкодеров в том, что со временем контакты разбалтываются. В результате сигнал искажается, и прибор выдает неточные значения. А это сказывается на общей работоспособности. Оптические и магнитные энкодеры не имеют такого недостатка.

Виды энкодера

Основные типы, которые на слуху у всех специалистов, занимающихся автоматизацией:

  • абсолютные (absolute) – всегда знают свое положение
  • инкрементные (incremental) – относительные, считают только при включенном питании и вращении.

С развитием технологии, абсолютные энкодеры занимают все более прочные позиции на рынке. Если раньше соотношение было 70 на 30 и даже 80 на 20 % в пользу икнрементальных, то теперь их позиции равны. А в некоторых отраслях абсолютные преобладают.

Отдельно здесь можно выделить многооборотные энкодеры. Которые не только «запоминают» позицию внутри оборота, но и знают на каком обороте находятся. Количество оборотов зависит от используемого многооборотного модуля. У редукторного механического модуля количество регистрируемых оборотов как правило ограничено 12 (4096) или 14 битами (16384). У модуля со встроенной в энкодер батарейкой – до 18 (262144) и более бит. Многооборотный модуль, построенный на сенсорах Виганда, считает до 31 (2147483648) бит оборотов.

По конструкции выделяют угловые преобразователи следующих типов:

  • С полым валом (hollow shaft):
    • Сквозным (thru hollow)
    • Глухим (тупиковым)(blind hollow).
  • С цельным валом (solid shaft) с:
    • Cинхро фланцем (synchro flange)
    • Зажимным (clamping)
    • Квадратным (square)
    • Пилотным (pilot).

Самое полное портфолио энкодеров на рынке вы найдете на сайте f-enco.ru

Преимущества и недостатки энкодеров.

К плюсам данных устройств можно отнести:

  1. Дешевизну и простоту в монтаже и применении.
  2. Минимальное количество ошибок во время подсчета импульсов, либо полное их отсутствие.
  3. Универсальность использования.
  4. Возможность определения направления вращения замеряемого объекта.

Существуют и определенные недостатки:

  1. Возможные ошибки при запуске системы и наличие ошибок во время работы. Особенно это будет проявляться в случае неверно выбранного типа энкодера и его монтажа.
  2. Наличие некоторых ограничений в плане обеспечения разрешающей способности – при повышении степени точности определения потребуется увеличивать и число рабочих каналов.
  3. Необходимость преобразования двоичного кода Грея в некоторых типах датчиков.

Стоит заметить, что эти и прочие недостатки с лихвой перекрываются удобством и универсальностью энкодеров.

  • Роботизация производственных линий
  • Роботехническая лаборатория
  • Системы технического зрения
  • Обязательная маркировка товаров
  • Автоматизация производства
  • Модернизация производства
  • Комплексная поставка оборудования
  • Программирование промышленных контроллеров
  • Сборка электрощитов управления
  • Диагностика и ремонт оборудования
  • Пищевая промышленность
  • Упаковка и маркировка
  • Обрабатывающая промышленность
  • Техническая консультация специалистов
  • Предпроектный анализ объекта управления
  • Составление технического задания
  • Разработка проекта
  • Заказ и поставка оборудования
  • Тестирование оборудования
  • Разработка проектной документации
  • Монтаж и пусконаладка АСУ на объекте
  • Обучение персонала заказчика
  • Гарантийное и послегарантийное обслуживание
  • Ремонт вышедшего из строя оборудования
  • Срочный ремонт и замена оборудования
  • Пищевая промышленность
  • Упаковка и маркировка
  • Деревообработка
  • Обрабатывающая промышленность
  • OMRON
  • Schneider Electric
  • SICK
  • EATON
  • YASKAWA
  • Delta
  • SIEMENS
  • ABB
  • Bussmann
  • Обучение
  • Статьи
  • Новости
  • О нас
  • Наши клиенты
  • Отзывы
  • Сертификаты
  • Контакты
  1. Любая информация, переданная Сторонами друг другу при пользовании ресурсами Сайта (http://www.techtrends.ru), является конфиденциальной информацией.
  2. Пользователь дает разрешение Администрации Сайта на сбор, обработку и хранение своих личных персональных данных, а также на рассылку текстовой и графической информации рекламного характера.
  3. Стороны обязуются соблюдать данное соглашение, регламентирующее правоотношения связанные с установлением, изменением и прекращением режима конфиденциальности в отношении личной информации Сторон и не разглашать конфиденциальную информацию третьим лицам.
  4. Администрация Сайта собирает два вида информации о Пользователе:

Читать еще:  F4r двигатель плавают обороты

— персональную информацию, которую Пользователь сознательно раскрыл Администрации Сайта в целях пользования ресурсами Сайта;
— техническую информацию, автоматически собираемую программным обеспечением Сайта во время его посещения.

Принципы работы инкрементальных энкодеров

Инкриментальный энкодер неприхотливый в обслуживании прибор. Инкриментальный энкодер универсальный датчик применимый в большинстве сфер производства.

Применяется в основном два физических принципа реализации энкодера:

  • оптико-электронный. На валу датчика установлен оптически прозрачный диск с равномерно нанесенными на него по периметру непрозрачными метками. Свет проходит через диск от группы излучающих светодиодов к группе принимающих фотодиодов. При повороте диска и прохождении метки в луче света, изменяется засветка фотоприемников, при этом электронная схема формирует выходной импульс с нужными параметрами.
  • магнитный или магнитно-резистивный. Магнитные используют в качестве чувствительного элемента датчик Холла, регистрирующий последовательность прохождения полюсов магнита, установленного на валу. Магнитно-резистивный чувствительный элемент регистрирует изменение сопротивления в зависимости от величины и направления магнитного поля.

При реализации обоих принципов, электронная схема энкодера формирует, на практике, как правило, три последовательности импульсов: две из них соответствуют расположению меток на периметре диска и сдвинуты относительно друг друга на ¼ периода (90 эл. градусов). Этот прием позволяет определять направление вращения вала энкодера. Третья последовательность состоит из одного импульса на каждый оборот и называется опорным или индексным сигналом. Он позволяет привязать показания датчика к определенному положению вала в пределах одного оборота.

При разнообразии схемных решений, выходные сигналы инкрементальных энкодеров имеют один из двух форматов, в зависимости от напряжения питания датчика и выбора пользователя: TTL/RS422 или HTL/push-pull. Все устройства работают в пределах стандарта интерфейса IO-Link, выполняя, в зависимости от степени «интеллектуальности» три вида связи в системе:

  • коммутационное (бинарное) состояние (как простой датчик контактного типа);
  • циклическая цифровая передача результатов измерения;
  • прием программируемых параметров датчика и передача результатов его диагностики (например – перегрузка, перегрев и т.п.).
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector