Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Что же такое «Энкодер»? А это контроллер или сенсор серводвигателя, который определяет расположение оси вращения вала. Движение частей передаёт электрический сигнал, а тот сообщает расположение рабочих элементов, информируя насколько повёрнут вал, и указывая направление его вращения.

Как же работает энкодер, определяя угловое положение оси вращения, например, вала двигателя? Энкодер имеет неподвижную и вращающуюся части. При изменении положения подвижной части энкодера, датчики, расположенные на неподвижной части, фиксируют изменение сигналов и в зависимости от них, изменяют выходные сигналы контроллера.

По принципу определения позиции, энкодеры подразделяют на абсолютные и инкрементальные, а по способу определения позиции они делятся на оптические, индуктивные и емкостные.

Основные типы энкодеров. Абсолютный и инкрементальный

Инкрементальные энкодеры

Инкрементальные энкодеры производят импульсные цифровые сигналы и сообщают углы поворота вращающегося элемента. Применяются в случае отсутствия необходимости в сохранении положения при отключении аппарата. При остановке вала импульсы не передаются.

Главная характеристика, которую передаёт сенсор – число импульсов/оборот. Чтобы определить мгновенное значение угла, на которое поворачивается объект, выполняется подсчёт импульсов с момента запуска.

Угловая скорость элемента подсчитывается дифференцированием числа импульсов за промежуток времени, сообщая количество оборотов за минуту. Эта операция выполняется процессором, установленным в тахометре. Направление вращения находят при помощи двух каналов для выходного сигнала с парафазными импульсами.

Нулевая отметка имеет цифровой выход, таким образом, имеется возможность определения абсолютного положения вала. Обычно данные передаются в виде кода Грея, интерфейсов по типу DeviceNet и подобных, либо параллельного ввода.

Абсолютные энкодеры

Абсолютные энкодеры производят код, который для любого положения движущейся части будет разным. Они сообщают угол поворота оси, даже при перебоях с питанием, позволяют при этом не возвращать движущуюся часть в первоначальную позицию.

Счётчики импульсов не устанавливаются на эту модель, в виду того, что углы поворота определяются без использования дополнительных сенсоров. Передаваемые сигналы не искажаются вибрацией и помехами, поэтому допускается устанавливать вал менее точно.

Как правило, такие модели применяют в машинах, требующих большой точности. Это сфера роботостроения, оборудование ЧПУ и прочее.

Абсолютные энкодеры выдают информацию о текущем положении оси вращения.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Абсолютные энкодеры подразделяются на:

  • магнитные;
  • механические с последовательным выходом;
  • оптические.

Магнитный тип позволяет точно определить движение магнитных полюсов и передать данные в цифровом виде.

Механические модели с последовательным выходом имеют в составе диск, выполненный из материала со свойствами диэлектрика, либо из стекла. Линейка переключателей или оптронов считывает угол поворота диска. На выходе получается сигнал в виде кода Грея, который позволяет справиться с неточностями при интерпретации выходных данных.

Оптический тип оборудован стеклянным диском, на котором нанесена прецизионная шкала. Каждое положение угла на выходе соотносится с цифровым кодом. Принцип работы заключается в обработке и фиксации характеристик при вращении оптического диска.

Перейти в каталог энкодеров и резольверов

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

AVR. Учебный Курс. Инкрементальный энкодер

Энкодер это всего лишь цифровой датчик угла поворота, не более того.

Энкодеры бывают абсолютные — сразу выдающие двоичный код угла и инкрементальные, дающие лишь указание на направление и частоту вращения, а контроллер, посчитав импульсы и зная число импульсов на оборот, сам определит положение.

Если с абсолютным энкодером все просто, то с инкрементальным бывают сложности. Как его обрабатывать?

С Энкодера выходят два сигнала А и В, сдвинутых на 90 градусов по фазе, выглядит это так:

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

А дальше пляшем от типа энкодера. А они бывают разные.

Механический Тебе, скорей всего, в руки попадется либо механический, либо оптический с малой дискретностью. Выдающий, в лучшем случае, пару десятков импульсов на оборот. Устроен он просто — две контактные группы замыкаются в нужном порядке в зависимости от вращения.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

В оптическом же может быть два фонаря и два фотодиода, святящие через диск с прорезями (шариковая мышка, ага. Оно самое).

Механический подключается совсем просто центральный на землю, два крайних (каналы) на подтянутые порты. Я, для надежности, подключил внешнюю подтяжку. Благо мне на Pinboard для этого только парой тумблеров щелкнуть:

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Оптический подключается в зависимости от типа оптодатчика, обычно там стоит два фотодиода с общим анодом.

Обычно, все пытаются работать с ними через прерывания INT, но этот метод так себе. Проблема тут в дребезге — механические контакты, особенно после длительного пользования, начинают давать сбои и ложные импульсы в момент переключения. А прерывание на эти ложные импульсы все равно сработает и посчитает что нибудь не то.

Лучше считать не импульсы, а состояния.

Метод прост:
Подставим нули и единички, в соответствии с уровнем сигнала и запишем последовательность кода:

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

A:0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
B:1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Если A и B идут на одни порт контроллера (например на A=PB0 B=PB1), то при вращении энкодера у нас возникает меняющийся код:

11 = 3
10 = 2
00 = 0
01 = 1

11 = 3

Энкодеры Fanuc

Заказать энкодеры Fanuc

Японская компания присутствует на рынке робототехники и автоматизации производства с 70-х годов прошлого века. Сегодня это один из мировых лидеров полного цикла производства собственной продукции.

Это означает, что компания производит все оборудование самостоятельно – от минимально значимых деталей до программного обеспечения.

К тому же бренд Fanuc выпускается исключительно в одном месте, что позволяет добиться максимального качества и однотипности продукции. 

Автоматические устройства производства требуют точного измерения и управления. Для этого используется специализированное программное обеспечение и приборы, которые располагаются в аппаратах. Для контроля работы манипуляторов и роботов, например, требуются энкодеры.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Что такое энкодер (преобразователь угловых перемещений)

Этот прибор представляет собой устройство измерения параметров передвижения деталей или узлов (скорость, позиция, угол поворота). Принцип работы заключается в фиксации и передаче сигнала с объекта на контрольное устройство или привод. Различаются энкодеры по типу выдачи данных и принципу работы.

Разновидности энкодеров по принципу выдачи

Инкрементальные устройства обладают более простой конструкцией. Преобразователь генерирует импульсы, которые передаются на приемник информации. Для калибровки устройства требуется определение нулевой точки измерения требуемого объекта. Проблемой подобных энкодеров становится непропуск импульсов, что провоцирует накопление ошибок до момента обнуления (прохождения ноль-отметки).

Абсолютные энкодеры имеют на рабочем круге пронумерованные сектора. Таким образом он выдает конкретную позицию, в которой он находится в момент времени. Абсолютный прибор не требует привязки к ноль-позиции.

Используемый код Грея не позволяет допускать ошибок в работе. Недостаток подобного устройства в том, что микроконтроллеру приходится постоянно переводить данные в двоичном коде, чтобы определить позицию.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Разновидности энкодеров по принципу работы

Оптические приборы имеют стеклянный диск с оптическим растром на валу. Контроль движения вала фиксируется фотоэлементом за счет попадания луча на специальную прорезь. Магнитный энкодер фиксирует перемещение магнитного элемента на валу.

Перемещение полюсов создает определенный сигнал, который после обработки образует данные для фиксирующего устройства. Механические устройства имеют в конструкции диск из диэлектрика с выпуклостью или непрозрачным сектором. Данные в них фиксируются с помощью линейки контактов/перключателей.

Основные параметры большинства энкодеров:

  • число импульсов за оборот – 1024;
  • рабочее напряжение 5-24В;
  • тип вала (полый, сплошной);
  • тип выхода (например, транзисторный);
  • разновидности корпуса и крепления.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Доставка и гарантия. 

Энкодеры Fanuc и других производителей можно купить на сайте компании «Олниса». Мы доставляем товары по всей территории России и в страны СНГ. На всё приобретаемое оборудование предоставляется долгосрочная гарантия.

Где применяются энкодеры

23.11.2017

Что такое энкодерЭнкодер: что это, разновидности и принцип работы

Датчики угла поворота  применяют для преобразования вращательного или линейного движения в двоичный цифровой сигнал. Они измеряют угол поворота вращающегося объекта, затем переводят его в электрический импульс. Это позволяет определить угол поворота данного объекта.

Виды энкодеров

Енкодеры бывают двух видов, основное отличие которых происходит за счет принципа получения информации. Существуют абсолютные (позиционные) энкодеры и инкрементальные (накапливающие) энкодеры.

Основные типы энкодеров:

  • Инкрементальные энкодеры или еще их называют квадратурные. Предназначены для формирования импульсов, с помощью которых принимающее устройство может получить информацию о положении координаты данного объекта, подсчитывая число прямоугольных импульсов счетчиком. Для того, чтобы привязать систему отсчета с началом отсчета инкрементальные датчики имеют специальные нулевые метки (референтные метки). Через них необходимо пройти после запуска оборудования.
  • Абсолютные энкодеры отличаются от накапливающих своими более широкими возможностями применения за счет их сложного процесса обработки сигналов. На выходе позиционные датчики показывают информацию о текущем угле поворота и притом они не требуют прохождения специальных нулевых марок. Благодаря такому действию они отличаются своей более высокой точностью и применяются в тех областях, в которых необходимо быстрое и точное измерение текущего положения данного объекта. Энкодер: что это, разновидности и принцип работыАбсолютные энкодеры подразделяются на:- однооборотные, в которые координата определяется при одном полном обороте;- многооборотные, в добавок определяется еще несколько полных оборотов.
Читайте также:  Датчик скорости Гранта: где находится, признаки неисправности, замена, принципы работы

Также выделяют датчики оптические, магнитные и резисторные.

Оптические датчики дополнительно имеют закрепленный на валу стеклянный диск с оптическим раствором. При вращении вала, решетка для преобразования пучка света (растр) перемещается относительно этого растра, который является неподвижным. Модуляция светового потока регистрируется фотодатчиком.

Магнитные энкодеры регистрируют такие параметры, как прохождение магнитных полюсов, вращающийся магнитный элемент и преобразуют эти показатели в цифровой код.Такие датчики в свою очередь подразделяются на: магнитные кольцевые, поворотные и линейные.

Сферы применения энкодеров

Энкодеры широко применяются в различных отраслях промышленного производства. А именно:

  • Бумажнопечатная промышленность. Часто используются в круговращательных печатных машинках.
  • Металлообрабатывающая промышленность. Применяются в грузоподъемном оборудовании, пневматических и гидравлических прессах. В этом случае, датчики разрабатываются так, чтобы выдержать большие вибрации, механические удары, так же пыле и влагонепроницаемы.
  • Телекоммуникация. Приборы используют для определения положения и управления антенны.
  • Медицинская промышленность. Применяются в кроватях для магнитно-резонансной томографии (МРТ).  Такие датчики изготовляются из непроводящих материалов, для того, чтобы избежать контакт с магнитным полем томографа.
  • Деревообрабатывающая промышленность. Используются как абсолютные датчики (для обработки и резки древесины), так и инкрементальные (система, контролирующая передвижение листов). Они влаго и пыленепроницаемы и имеют защиту от вибраций.Энкодер: что это, разновидности и принцип работы
  • Энергетика. Применяются на солнечных фермах, защищены от влияния дождя, УФ-излучения и солнечного излучения.
  • Станкостроение. Помогают измерять скорость вращения вала, абсолютное положение и продвижение рабочих осей.
  • Робототехника. Наиболее эффективно применении оптических энкодеров.
  • Машиностроение. В этой сфере сипользуются как абсолютные, так и инкрементальные датчики.
  • Железнодорожная промышленность.
  • Компьютерная отрасль.
  • Пищевая промышленность.

Как выбрать энкодер. Параметры для правильного выбора

Основными показателями, по которым нужно подбирать угловой датчик являются:

  • диаметр вала;
  • количество импульсов на один оборот (1-5000);
  • тип разъема и длина кабеля;
  • напряжение питания;
  • количество бит для позиционных энкодеров ( 10, 12, 13, 25);
  • тип выходного сигнала (TTL, HTL, CAN, RS422, SSI, код Грея, двоичный код, Profibus DP).

Компания Элта ЛТД предлагает широкий модельный ряд различных торговых марок датчиков угла поворота: ELTRA, BAUMER, Pepperl+Fuchs, Sick, Siemens и другие.

У нас вы можете выгодно купить энкодер в Харькове, Киеве, Одессе, Львове, Николаеве, Днепре, Житомире и в любом другом городе Украины. Все датчики предоставлены с описаниями, подробными техническими характеристиками и фотографиями.

  • Связывайтесь с нашими менеджерами для получения более точных ответов на такие  вопросы как: работает энкодер (принцип работы энкодера), подключение энкодера, какой энкодер выбрать и др.
  • Мы предлагаем товары с полной документацией, гарантией и быстрой доставкой.
  • Подписывайтесь на наши обновления:
  • Бесконтактные датчики: принцип работы и виды
  • Преобразователь частоты Lenze

Энкодеры

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

  • Энкодеры или датчики угла поворота представляют группу приборов, предназначенных для преобразования измеряемого параметра техпроцесса в электрический сигнал.
  • Энкодеры разработаны для измерения угла поворота различных вращающихся объектов и элементов системы, что позволяет измерять и контролировать процесс вращения и перемещения объектов с течением времени.
  • Выбрать и купить энкодер вы можете в интернет-магазине …

Область применения энкодеров в промышленности

Датчики угла поворота незаменимы в современной промышленности. Промышленные системы, как правило, включают в себя множество разнообразных энкодеров, позволяющих контролировать работу станков, приборов, оборудования и решать огромное число разнообразных задач:

  • точное измерение угла поворота вращающегося объекта,
  • измерение вращения, поворота и наклона текущего положения объекта,
  • контроль положения вращающихся объектов,
  • контроль точности вращения объектов,
  • регистрация измерений и многие другие.

Благодаря большому разнообразию существующих моделей энкодеров и их совместимости со многими видами промышленного оборудования, датчики угла поворота могут применяться в различных отраслях промышленности:

  • в машиностроении, станкостроении, приборостроении для контроля работы станков и оборудования,
  • для контроля перемещения конвейерной и транспортерной ленты в металлургии, горнодобывающей отрасли, пищевой и других промышленностях,
  • в измерительных приборах в промышленности, сфере ЖКХ, полевых и лабораторных исследованиях,
  • в автомобилестроении и транспортной отрасли для контроля положения рулевого колеса, контроля вращения валов и других задач,
  • в компьютерной отрасли,
  • в системах автоматизации управления практически в любых отраслях промышленности.

Приведенные примеры не ограничивают возможности применения датчиков угла поворота, современные энкодеры широко применяются во многих других промышленных областях.

Виды датчиков угла поворота: отличия абсолютных и накапливающих энкодеров

Основное деление энкодеров производится по общему принципу получения информации на абсолютные (позиционные) и накапливающие (инкрементальные) устройства.

  1. Инкрементальные энкодеры представляют собой импульсные устройства, передающих информацию о текущем положении объекта в виде импульсов. Угол поворота определяется в зависимости от числа импульсов, переданных на счетчик. В связи с особенностями конструкции и принципа работы инкрементальных энкодеров для корректного измерения необходимо привязать датчик к системе отсчета с помощью специальных нулевых меток, а также производить возврат оборудования в исходное положение при отключении датчика.
  2. Абсолютные энкодеры имеют более сложное устройство и более сложный процесс обработки сигналов, но при этом отличаются значительно более широкими возможностями применения. На выходе абсолютные датчики выдают непосредственно информацию о текущем угле поворота без необходимости дополнительной интерпретации с помощью счетчика импульсов. При этом абсолютный датчик угла поворота не нуждается в привязке к нулевым меткам и определяет положение вала сразу после включения оборудования. Благодаря этому позиционные энкодеры отличаются более высокой точностью и могут применяться в областях, критичных к быстрому и точному измерению текущего положения объекта.

Выбрать и купить энкодер вы можете в интернет-магазине РусАвтоматизация …

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

  • Абсолютные энкодеры
  • Инкрементальные энкодеры
  • Муфты для энкодеров

Энкодеры

Инкрементальный энкодер (Incremental Encoder) регистрирует относительное перемещение (приращение). Разрешение (Resolution) углового энкодера определяется количеством импульсов на один оборот (на рисунке изображён оптический дик с разрешением 8 имп/об).

Частота импульсов на выходе энкодера пропорциональна скорости вращения.

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Система управления должна подсчитывать импульсы, чтобы вычислить угол поворота энкодера относительно точки отсчёта.

В системах, работающих с абсолютными координатами (станок с ЧПУ), перед началом работы (после включения питания) необходимо выставить ноль – вывести рабочий орган машины в опорную (реперную) точку и в ней обнулить счётчик импульсов.

Синусно-косинусные инкрементальные датчики положения sin/cos 1-Vss и 1-Vpp

Синусоидальные выходные сигналы А и В сдвинуты друг относительно друга на 90 градусов, что позволяет определять направление вращения. Сигнал нулевой метки R используется для синхронизации с точкой отсчёта. Для повышения помехозащищённости датчик выдаёт ещё три инверсных сигнала: A, B, R. Оцифровываются эти сигналы в системе измерения.

Датчики с интерфейсом 1-Vpp используются в сервосистемах, т.к. как позволяют получать очень высокое разрешение. Так, например, если датчик выдаёт 2048 периодов синусоиды (импульсов) на оборот, а система управления в каждой такой синусоиде различает 2048 дискретных уровней, то общее разрешение датчика составит 2048 х 2048 = 4194304 импульсов на оборот.

Инкрементальные датчики с интерфейсом TTL или HTL

Эти датчики сами оцифровывают синусоидальные сигналы – у них на выходе 6 прямоугольных сигналов — три прямых: A, B, R и три инверсных: A, B, R. Для сигнализации неисправности датчика используется инверсный сигнал помехи (если нет неисправности, то сигнал помехи равен 1).

Абсолютные энкодеры

Разрешение абсолютного энкодера (Absolute Encoder) определяется количеством уникальных кодов на один оборот. Однооборотные (Single-turn) абсолютные энкодеры определяют положение в пределах одного оборота, многооборотные (Multi-turn) – в пределах определённого числа оборотов.

Абсолютные датчики положения не требуют для начала работы выхода в опорную точку – при включении питания датчик сразу определяет координату, сканируя кодовые дорожки.

Резольверы

Резольвер (Resolver) – это аналоговый электромагнитный абсолютный однооборотный датчик, работающий по принципу вращающегося электрического трансформатора.

Рассмотрим работу бесщёточного резольвера. На статоре расположены три обмотки: первичная обмотка возбуждения вращающегося трансформатора (на неё подаётся переменное напряжение) и две двухфазные обмотки, механически повёрнутые друг относительно друга на 90 градусов: синусная и косинусная.

Читайте также:  Датчик износа тормозных колодок: как работает, тормозные колодки с датчиком износа, электронные и механические виды

На роторе расположена вторичная обмотка вращающегося трансформатора, которая возбуждается от первичной обмотки на статоре за счёт электромагнитной индукции.

Обмотка ротора в свою очередь индуцирует в синусной обмотке статора напряжение пропорциональное синусу угла поворота ротора, а в косинусной обмотке — напряжение пропорциональное косинусу угла поворота ротора.

Резольверы отличаются высокой надёжностью (они не бьются и не запотевают, как оптические) и точностью (аналоговые, а не дискретные).

Код Грея

Код Грея (Gray Code) – это двоичный код, в котором два соседних значения отличаются только одним разрядом.

ДесятичноечислоДвоичноечислоКод Грея
000 000
1 001 001
2 010 011
3 011 010
4 100 110
5 101 111
6 110 101
7 111 100
  • Формула побитного преобразования двоичного кода в код Грея
  • Gi = Bi⊕Bi+1, биты нумеруются справа налево, ⊕ – исключающее ИЛИ (если биты равны, то результат равен 0; если биты не равны, то результат равен 1).
  • Код Грея используется для кодирования положений в абсолютных датчиках, так как обладает большей помехозащищённостью, чем обычное двоичное кодирование (Natural Binary).

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

На рисунке изображён оптический диск с 3-х разрядным (8 положений) кодом Грея.

Тахогенераторы

Тахогенераторы предназначены для определения скорости и направления вращения. Напряжение на выходе тахогенератора пропорционально скорости вращения вала.

  • Перемещение
    • Круговое (угловое)
    • Линейное.
  • Принцип действия
    • Оптические, электромагнитные, механические
    • Импульсные или непрерывные
    • Инкрементальные или абсолютные.
  • Разрешение
    • Импульсов на оборот (для круговых)
    • Миллиметров, микрон (для линейных).
  • Круговые датчики
    • Вал
      • Конструкция вала (цельный, полый)
      • Диаметр
    • Подшипники (если нужны).
  • Инкрементальные энкодеры
    • Тип выходного сигнала
      • TTL 5В (RS-422)
      • HTL 8..30В
      • Sin/cos 1Vss
      • Sin/cos 1Vpp.
  • Абсолютные энкодеры
    • Тип датчика
      • Однооборотные
      • Многооборотные.
    • Код
    • Тип выходного сигнала
      • Синусно-косинусный (резольверы)
      • Параллельный
      • SSI
      • DRIVE-CLiQ
      • RS-422 (TTL)
      • EnDat
      • HIPERFACE
      • PROFIBUS DP
      • DeviceNet
      • CANOpen.
  • Окружающая среда
    • Диапазон рабочих температур
    • Степень защиты корпуса
    • Класс взрывозащиты.
  • Ограничения
    • Максимальная рабочая скорость
    • Длина кабеля.
  • Диапазон измерения угла наклона относительно вертикали (например, ±10°)
  • Разрешение (0,1°)
  • Абсолютная точность (±0,5°)
  • Температурный дрейф (±0,5%/K)
  • Температурный коэффициент (0,01°/K)
  • Калибровка нуля (±5°)
  • Воспроизводимость измерения (0,1% от диапазона измерения)
  • Выходной сигнал:
    • Токовый 4..20мА
    • Напряжение 0,1..4,9В
  • Напряжение питания
  • Защита:
    • от обрыва провода
    • от обратной полярности
  • Степень защиты корпуса (IP67)
  • Температура окружающей среды (-30°C..+70°C)
  • Подключение:

Бесконтактные датчики приближения

Инкрементальный угловой энкодер: принцип действия, области применения | Фэнко

8 июля 2018 16:22

// Технологии

Инкрементальные датчики обеспечивают отличную обратную связь по скорости и пройденному пути, и, поскольку используется небольшое количество измерительных элементов, такие системы являются простыми и недорогими.

Еще называют относительный датчик (угла, обратной связи или линейный), перемещений, счетчик импульсов. Определяет относительное перемещение, учитывая только разницу между измерениями.

Электроника с датчика посылает импульсы (часто называемые квадратурными) по каналам, а смещения в этих импульсах указывают на направление и величину перемещения / движения. Устройства обеспечивают отличную обратную связь по скорости, пройденному пути.

Поскольку используется небольшое количество измерительных элементов, такие системы являются простыми, недорогими, надежными.

Тем не менее, данные преобразователи чувствительны к таким факторам окружающей среды, как вибрация (негативное влияние уменьшается по мере улучшения технологии измерений), могут терять разрешающую способность на высоких оборотах из-за ограничений по выходной частоте. Они также ограничены возможностью предоставления информации только о перемещении, поэтому для вычисления позиции такие датчики требуют наличия маркера исходного (нолевого) положения, обычно это референтная (нолевая) метка.   

Ситуации, когда необходимо применять абсолютные энкодеры

Абсолютный угловой датчик самостоятельно определяет данные о положении — ему не нужно полагаться на внешнюю электронику, чтобы выдать реальное текущее положение. Абсолютные преобразователи позволяют работать без дополнительных внешних компонентов и с повышенным быстродействием станкам и системам, которые:

  • полагаются на нелинейное позиционирование
  • обрабатывают большие детали
  • имеют длительный рабочий цикл

В реальной жизни абсолютные энкодеры обеспечивают более высокую точность работы оборудования:

  • Обратная связь в многоосевых станках с ЧПУ, используемых при производстве всевозможных деталей
  • Автоматическое определение высоты больничных коек с подъемным механизмом ножничного типа
  • Точное перемещение портальных осей для больших транспортных средств, таких как краны или морские / карьерные подъемники
  • Перемещение автоматических дверей или отсеков без конечных выключателей
  • Непрерывное точное роботизированное движение даже после сбоя питания

Очевидной сильной стороной абсолютных датчиков, особенно по сравнению с резольверами или инкрементальными аналогами, является влияние на общую производительность их точности и скорости определения положения.

Как работает инкрементальный энкодер

Энкодер: что это, разновидности и принцип работы

Устройство выдает определенное количество импульсов за один оборот вала. Выходом может быть одиночный канал (часто называют «A») или два канала («A», «B»), которые смещены относительно друг друга для. Смещение каналов позволяет выявить направление вращения. Смещение фаз двух сигналов называется квадратурой. Стандартно прибор состоит из оптико-механического подшипникового узла, печатной платы, корпуса, выходного соединителя. Печатная плата содержит сенсорную матрицу, которая регистрирует два первичных сигнала с целью дальнейшей обработки. Дополнительные выходы датчиков: Канал референтной (ноль) метки (его называют «Z» или «R») в виде одного импульса на оборот служит для поиска нолевой позиции или для контроля работы выходов A, B. Эта метка может быть привязана к A или B в их различных состояниях. Она также может быть различной по ширине. Коммутация с помощью U, V, W треков может быть предусмотрена в некоторых преобразователях. Треки согласуются с коммутирующими обмотками серводвигателей. Они также обеспечивают возможность подачи с электропривода или усилителя в каждую обмотку двигателя тока нужной силы в правильной последовательности.

Альтернативы инкрементальным энкодерам: резольверы, абсолютные энкодеры, энкодеры с аналоговым сигналом.    

Применение инкрементальных энкодеров

Прибор разработан как универсальный, настраиваемый в соответствии с широким спектром задач сенсор. Выделяют три обширные области использования в зависимости от внешних условий:

  • Тяжелые условия эксплуатации: агрессивная рабочая среда с высокой вероятностью воздействия загрязнений, влаги, высокой температуры, ударов, вибрации, как, например, на целлюлозно-бумажных, сталелитейных, деревообрабатывающих заводах.
  • Промышленная автоматизация: общепроизводственные рабочие условия, которые требует стандартного класса защиты IP, устойчивости к средней силы ударам, вибрация, температурным колебаниям, как например, на заводах по производству продуктов питания, напитков, текстильных заводах, на автоматизированном заводском оборудовании в целом.
  • Легкие промышленные условия / Сервоустройства: сфера контроля перемещений и позиционирования с высокими требованиями к точностным, температурным характеристикам, например, робототехника, электроника, полупроводниковое приборостроение.

Оптические угловые энкодеры

Используют метод прохождения света через специальный индикаторный растр (шкалу) для определения положения вала, следовательно, объекта. Самую простую конструкцию среди оптических угловых датчиков имеет модель с «щелевой» (по принципу расчески) маской (индикаторной пластиной), но существует ряд других исполнений, которые обеспечивают еще большую стабильность и эффективность работы.

Энкодер: Примеры применения

Это моя статья для журнала Электротехнический рынок, оригинал можно увидеть здесь.

Наверное, все читатели знают, что такое энкодер.

На всякий случай будет не лишним напомнить, что это электронное устройство, которое позволяет измерять скорость вращения, угловое положение либо направление вращения.

Можно сказать иначе – энкодер это датчик, который выдает сигнал в зависимости от угла его поворота.

Одному полному обороту энкодера чаще всего соответствует 1024 различных уровня сигнала, они говорят о его угловом положении. В более совершенных моделях на один оборот приходится 2048 или даже 4096 секторов.

Теоретически энкодеры бывают двух видов – инкрементальные и абсолютные. Абсолютные нужны там, где в любой момент времени (в том числе, в момент подачи питания) нужно знать точное положение объекта.

Но сейчас, с использованием обработки при помощи контроллеров, абсолютные энкодеры практически не используются. Тем более учитывая, что их цена в несколько раз выше, чем у инкрементальных энкодеров.

Как подключаются энкодеры

Подключить энкодер легко – ведь это фактически датчик с транзисторными выходами. В простейшем случае, выход энкодера можно подключить ко входу счетчика, и запрограммировать его на измерение скорости.

Самые частые поломки энкодеров — механические

Но чаще всего выходные сигналы энкодера обрабатываются в контроллере. А далее путем расчетов можно получить информацию о скорости, направлении вращения, ускорении, положении объекта.

Энкодеры подключают не только к контроллеру. Он также может подключаться к преобразователю частоты, питающему электродвигатель. Таким образом, появляется возможность точного позиционирования, а также поддержания нужной скорости и момента вращения двигателя без использования контроллера.

Читайте также:  Как прописать датчик давления в шинах: полная инструкция

Монтаж энкодеров

По монтажу главным является то, что вал энкодера должен быть надежно зафиксирован! Бывали случаи, когда из-за проскальзывания самодельных и даже штатных муфт глючили производственные линии, и причина долго не находилась – ведь всё остается исправным!

Вал энкодера никогда не будет соосным с вращающимся валом (вспомните, для чего нужен карданный вал). Поэтому используются специальные заводские переходные муфты. Нужно надежно их крепить и периодически проверять качество монтажа.

Корпус любого энкодера всегда неподвижен. Вращается только его внутренняя подвижная часть.

Существуют энкодеры с полым валом, которые надеваются непосредственно на измеряемый вал и там фиксируются. Там даже нет такого понятия, как несоосность. Их гораздо проще монтировать, и они надежнее в эксплуатации. Чтобы энкодер при этом не прокручивался, используется лишь металлический поводок. На фото ниже показан энкодер с полым валом (обозначен В21.1), надетый на вал редуктора:

Энкодер с полым валом

Производители энкодеров

Среди российских производителей энкодеров мне известен лишь только Питерский СКБ ИС, который производит энкодеры марки ЛИР. К сожалению, российского промышленного оборудования сейчас почти не производится, и ЛИРы применяются лишь в военном и лабораторном оборудовании.

По этой причине автор имеет дело только с энкодерами зарубежного производства. Производителей энкодеров много – их производят почти все производители полупроводниковых датчиков.

Чаще всего встречаюсь с энкодерами Autonics – как и в случае с датчиками, в России представлен большой ассортимент.

Другие известные производители энкодеров – немецкий Sick, японский Omron, и несколько китайских брендов.

Использование тех или иных марок энкодеров обусловлены часто не техническими причинами, поскольку их параметры и надежность практически идентичны. Тут скорее политические мотивы – производители комплектующих любыми путями стараются, чтобы их продукция вошла в состав больших производственных линий, чтобы таким образом закрепиться на рынке.

Рассмотрим несколько примеров использования энкодеров в реальном оборудовании.

Измерение скорости полотна

В данном примере, инкрементальный энкодер ELCO используется для измерения скорости бумажного полотна при производстве бумаги. Энкодер закреплен на бумаговедущем валу через муфту, скорость вращения которого однозначно говорит о скорости бумаги.

При помощи системы «энкодер+контроллер» можно вычислить мгновенную скорость, а также погонную длину произведенной продукции:

или

Минус такой установки – при механической поломке вала (а это бывало уже не раз, изнашиваются подшипники) ломается либо муфта, либо сам энкодер.

Положение деталей на конвейере

В этом случае энкодер насажен на вал двигателя, подключенного через преобразователь частоты. Двигатель через редуктор передает движение на конвейер, по которому движутся заготовки деталей.

Энкодер насажен на вал двигателя

С помощью энкодера и оптических датчиков, фиксирующих просвет между образцами продукции, контроллер с большой точность может управлять обработкой деталей.

По моему мнению, насаживание энкодера на вал двигателя – не очень хорошая идея в смысле того, что энкодер крутится на больших оборотах (до 3000 об/мин). Кроме повышенного механического износа, необходимо предусмотреть обработку сигналов со сравнительно высокой скоростью. Но сегодня, с развитием промышленной электроники, это не проблема.

Крепление энкодера на валу двигателя позволяет очень точно контролировать скорость привода. С появлением высокооборотистых энкодеров многие производители наладили выпуск двигателей со встроенным энкодером.

Перемещение детали

Ещё большую точность, чем в предыдущем случае, можно получить, если вал энкодера закрепить на ходовой винт с резьбой.

Направляющая, ходовой винт, кабель к энкодеру

Если на ходовой винт закрепить гайку, которая механически скреплена с перемещаемой деталью (в реальном примере это – металлическая заготовка), то с помощью энкодера можно до долей миллиметра узнать её положение. Точность вычисления будет зависеть от шага резьбы и разрешающей способности энкодера.

Минус такого решения – при большой скорости возможен «промах», и нужно либо уменьшать скорость при приближении к цели, либо постоянно двигаться на низкой скорости.

Другой минус — возможный люфт при реверсе.

Перемещение упора

Задача стоит в принципе такая же, как и в предыдущем случае. Но тут другой принцип перемещения – за счет зубчатой передачи:

Зубчатая передача

  • Плюс данной реализации в том, что энкодер насажен непосредственно на зубчатое колесо, которое осуществляет передачу вращения.
  • При большом разрешении энкодера и отсутствии механических люфтов можно добиться очень высокой точности позиционирования.
  • Использование энкодера совместно с винтовой и зубчатой передачей позволяет достичь высокой точности обработки деталей в станках с ЧПУ.

Вычисление точной координаты

В производстве полиграфической продукции иногда нужно нанести клей (или краску) в точное место. Когда печатная продукция (например, коробки или конверты) движутся по ленточному конвейеру, при помощи оптического датчика определяется начало, затем контроллер при помощи энкодера вычисляет нужную координату, и включает подачу клея.

Вычисление точной координаты

Формируется клеевая дорожка нужной длины, затем клей выключается. Далее коробка подается на фальцовочный узел, где складывается и склеивается. При этом скорость работы линии может достигать до 300 коробок в минуту.

Системы дозирования

Для точного открытия заслонки в системе дозирования жидкостей служит система, состоящая из двигателя с редуктором, на вал которого с одной стороны закреплена задвижка, с другой – энкодер.

Поворот вала

Поворот вала редуктора на угол не более 180° ограничен датчиками приближения, а точное положение определяется по сигналу от энкодера. В исходном состоянии задвижка закрыта, и датчик минимального положения активен. Это состояние принимается за ноль. Далее включается двигатель, и вал поворачивается. Точный угол поворота пропорционален количеству импульсов от энкодера обратной связи.

В данном случае энкодер не делает полный оборот, его движение ограничено датчиками.

Подытожим

Энкодер является самым распространенным «измерительным инструментом» в современном промышленном оборудовании. Точнее (и дороже) его — только сервоприводы.

Что такое энкодер и его сферы использования?

Благодаря инженерному интересу к робототехнике и ее возможностям, стремительному развитию автомобилестроения и оптимизации работы электро-вычислительных машин, в технике появилось новое устройство под названием энкодер.

Что такое энкодер? Если быть более точным, то энкодер – прибор, который конвертирует угловое или линейное перемещение в последовательность сигналов.

Известен еще как датчик угла поворота – преобразует угол поворота объекта, который вращается (вал) в электрические сигналы, позволяющие определить тот же угол поворота (вала), направление его вращения и положение относительно оси.

Потребность в данном датчике возникла при поиске новых, более совершенных методов создания и работы всем известных сервомоторов. Первым был импульсный магнитный энкодер, который определял положение ротора в системе бесщеточного двигателя постоянного тока (двигатель с электронной коммутацией). Энкодер во время вращения производил импульсы по числу полюсов магнита.

На данный момент по типу действия, мы имеем как минимум три вида энкодеров:

  1. Магнитные;
  2. Магниторезисторные;
  3. Оптические.

Наряду с энкодерами, нередко используются и датчики температуры, поскольку там, где есть механическое или любое другое движение возникает трение и рост температуры, значения которой не должны превышать допустимых норм.

Сферы применения энкодеров

Энкодер используется в:

  • печатной промышленности – вращение валов, по которым проходит печатная бумага и краска;
  • металлообработке – вращение валов с металлическими лентами и т.д;
  • робототехнике – движение разных частей тела робота;
  • автомобильной технике – определение положения колес при повороте;
  • городском хозяйстве — лифтовой технике;
  • пищевая, химическая промышленность — автоматы для фасовки, упаковки и разлива;
  • электро-вычислительная техника — компьютерные мыши;
  • электротехника – сервомоторы и прочих устройствах, требующих точных измерений показателей движения элементов и объектов.

Учитывая то, что как минимум в пяти из девяти пунктов используются установки, принцип работы которых основан на давлении воздуха/масла/краски, то не лишними будут и датчики давления. Они позволят вовремя определить уровень износа постоянно работающих механизмов и заменить их без вреда для производства.

  • Выбирая электронное, электронно-механическое и механическое оборудование в интернет-магазине «Энергопуск», вы обеспечиваете свое производство или дом только качественными устройствами, которые будут достойно служить вам.
  • Остались вопросы?
    Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
  • 8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *