Encoder Oversikt
En koder er en elektromekanisk enhet montert på en motoraksel som sporer og mater tilbake motorens hastighet og posisjon ved å sende ut digitale pulser. Dets kjernearbeidsprinsipp er som følger: ved å telle pulsene generert av koderen, kan systemet beregne forskyvningen av motorens nåværende posisjon i forhold til den siste kjente posisjonen, og dermed verifisere om motoren har nådd målposisjonen nøyaktig.
Den grunnleggende strukturen til en koder består av en lyskilde, en disk (kodeskive) med spor inngravert langs kanten, og en lysmottaker. Når kodeskiven roterer sammen med motorakselen, kutter sporene den kontinuerlige statiske lyskilden i en serie blink. Lysmottakeren oppdager disse endringene mellom lys og mørke og konverterer dem til digitale kvadratiske-impulssignaler, som deretter sendes ut til hovedkontrolleren. Hvis koderens oppløsning samsvarer med motorens trinnoppløsning, vil koderen generere en tilsvarende puls for hvert trinn i motorbevegelsen.
I. Inkrementelle kodere
1. Arbeidsprinsipp og utgangssignaler
En inkrementell koder fungerer ved å generere en serie pulser under bevegelse. Kodedisken har jevnt fordelte spor. Når akselen roterer, oppdager en fast fotoelektrisk pickup endringene i transmittert lys og sender ut en kontinuerlig pulssekvens. En standard inkrementell koder gir vanligvis to firkantbølgesignaler med en 90 graders faseforskjell (kanal A og kanal B), kjent som "kvadratursignaler". Faseforholdet mellom disse to signalene brukes til nøyaktig å bestemme rotasjonsretningen.
2. Relativiteten til posisjonsinformasjon og problemet med strøm-av tap
En inkrementell koder gir utrelativ forskyvninginformasjon i stedet for absolutt posisjon. Etter at systemet er slått på, begynner koderen å telle og sende ut pulser, og en ekstern teller eller kontroller akkumulerer disse pulsene for å beregne gjeldende posisjon. Men når strømmen er borte, stopper pulsutgangen, og hvis den eksternt lagrede telleverdien ikke har reservestrøm, vil den gå tapt. Etter at strømmen er gjenopprettet, kan ikke koderen automatisk vite den gjeldende akselposisjonen, og telleverdien vil starte på nytt fra null.
3. Nødvendigheten av målsøking (tilbake til referanse)
På grunn av de ovennevnte egenskapene, må systemer som bruker inkrementelle kodere utføre en "homing"-operasjon hver gang de starter opp eller starter på nytt etter et strømbrudd. Denne operasjonen driver vanligvis motoren til å bevege seg inntil et forhåndsdefinert fysisk referansepunkt utløses, for eksempel en grensebryter, en magnetisk bryter eller Z--faseindekspulsen på koderskiven. Når dette punktet er funnet, tilbakestiller eller setter systemet posisjonstelleren til en kjent verdi, som deretter fungerer som den absolutte referansen for all påfølgende bevegelse.
4. Fordeler, ulemper og applikasjoner
Fordeler:Relativt enkel struktur, lav pris og høy pålitelighet.
Ulemper:Posisjonsinformasjon går tapt etter strømmen-av og avhenger av en målsøking. anti-interferensevnen er relativt svak, og støypulser kan feilaktig telles inn i posisjonen.
Løsning:For applikasjoner som krever posisjonsbevaring etter strøm-av, kan et reservebatteri brukes til å levere strøm til telleren eller lagringsenheten.
II. Absolutte kodere
1. Kjerneprinsipp: Unik Absolutt Position Encoding
Den grunnleggende egenskapen til en absoluttkoder er at hver mekanisk posisjon på kodeplaten er tilordnet enunik digital kode. Dette oppnås vanligvis ved å produsere flere konsentriske kodespor på disken (hvert spor representerer en binær bit) og bruke flere uavhengige fotoelektriske sensorer. Derfor, selv når den er stasjonær eller slått av, tilsvarer utgangssignalet direkte den absolutte vinkelposisjonen til akselen.
2. Posisjonsbevaring etter strøm-av og umiddelbar tilgjengelighet ved strøm-opp
Siden posisjonsinformasjonen er unikt bestemt av det fysiske mønsteret til kodedisken, mister ikke en absolutt koder posisjon etter at den er slått av.- Når systemet slås på igjen, kan kontrolleren umiddelbart lese gjeldende absolutte posisjonskode uten å utføre noen måloperasjon, og oppnå «strøm-på og klar-til-bruk», noe som i stor grad forbedrer oppstartseffektiviteten og sikkerheten.
3. Enkelt-sving og multi-svingtyper
Enkodere for én-omdreininggir en unik posisjonsverdi innenfor én 360 graders rotasjon og er egnet for applikasjoner der reiseområdet er mindre enn én omdreining.
Multi-omsving absolutte enkoderegir ikke bare en unik verdi innenfor én omdreining, men registrerer også antall omdreininger gjennom en intern girkasse eller elektronisk tellemekanisme. De kan gi en global absolutt posisjon over flere svinger (for eksempel opptil 4096 svinger) og er egnet for lang-reiseposisjoneringsapplikasjoner.
4. Signaler og fordeler
Utgangskode:Grå kode brukes ofte, der bare én bit endres mellom tilstøtende posisjoner, og effektivt forhindrer lesefeil.
Anti-forstyrrelsesevne:Posisjonen bestemmes av umiddelbar lesing av kodediskmønsteret, så sporadiske elektriske støypulser akkumuleres ikke, noe som resulterer i sterk støyimmunitet.
Høy sikkerhet og fleksibilitet:Posisjonen kan verifiseres umiddelbart når strøm-på, unngår risikoer forårsaket av å starte fra en ukjent posisjon; ethvert punkt kan brukes som en programmerbar referanse, noe som gjør systemdesign mer fleksibelt.
III. Mekaniske absoluttkodere (magnetisk type)
Dette er en ny type løsning for absolutt posisjonsregistrering basert på magnetiske sensorprinsipper, som kombinerer strøm-av minne med høy miljøtoleranse.
1. Prinsipp for registrering av enkelt-svingposisjon
Kjernen består av en spesiell komposittmagnet montert i midten av motorakselen (med bipolar magnetisering i midten og multipolmagnetisering i periferien) og tilsvarende magnetoresistive sensorer. Sensoren leser avretningav det sentrale magnetfeltet for å oppnå en grov absolutt vinkel (for eksempel oppløst til 180 grader), og oppdager samtidigfaseendringerav det perifere magnetfeltet med høy-tetthet for å oppnå vinkelinndeling med høy-oppløsning. Ved å kombinere de to, kan den nøyaktige enkelt-sving absolutte posisjonen beregnes.
2. Prinsipp for registrering av flere-svingposisjoner
For å oppnå gjenkjenning av absolutt posisjon i flere-svinger, introduserer systemet et presisjonsgirtog. Hovedgiret er montert på motorakselen og etterfølges av en serie reduksjonsgir med spesifikke tannforhold. Hvert gir er utstyrt med sin egen magnet og sensor.
Arbeidsprinsipp:Når motorakselen roterer, roterer hvert gir med forskjellig hastighet. Magnetene på disse girene genererer en unik kombinasjon avfaseforskjellerrelatert til stillingene deres. Systemet oppdager den magnetiske fluksfasen til hvert gir, og ved å dekode dette settet med faseforskjeller, kan det på en unik måte bestemme den absolutte mekaniske posisjonen til motorakselen over et område på opptil flere tusen omdreininger.
Designfunksjoner:Girtanntellingene er spesialdesignet slik at faseforskjellskombinasjonen bare gjentas etter å ha nådd det maksimalt detekterbare antall omdreininger (for eksempel 1800 omdreininger), og dermed sikre unikheten til posisjonskoden. Tannhjulene brukes kun til deteksjon og har ingen kraftbelastning. De er laget av selv-smørende harpiksmaterialer, noe som sikrer lang levetid.
3. Kjernefordeler og applikasjonsscenarier
Ingen batteri, permanent minne:Posisjonsinformasjonen bestemmes av de fysiske posisjonene til de mekaniske girene og magnetmønstrene, og går aldri tapt selv etter fullstendig krafttap.
Høy miljøtoleranse:Uten optiske presisjonskomponenter og en helt lukket magnetisk sensordesign, gir den langt bedre motstand mot støv, oljeforurensning, kondens, vibrasjoner og visse temperatursjokk enn optiske kodere.
Balanse mellom kostnad og pålitelighet:Selv om oppløsningen kanskje ikke matcher oppløsningen til optiske kodere i topp-lag, gjør dens robuste struktur, høye pålitelighet og vedlikeholds-frie batteri-frie design den til et ideelt valg for industrielle applikasjoner som krever holdbarhet, sikkerhet og eliminering av batterivedlikehold.
IV. Sammendrag og utvalgsreferanse
| Trekk | Inkrementell koder | Optisk Absolutt Encoder | Mekanisk (magnetisk) Absolutt Encoder |
|---|---|---|---|
| Posisjonsinformasjon | Relativ forskyvning | Absolutt posisjon tilgjengelig ved strøm-på | Permanent absolutt posisjon (ingen batteri) |
| Etter strømmen-av | Posisjon tapt, målsøking kreves | Posisjon beholdt (avhenger av batteri eller ikke-flyktig minne) | Posisjon beholdt permanent, ingen strøm nødvendig |
| Støyimmunitet | Gjennomsnittlig (støypulser kan telles feil) | Bra (posisjon lest umiddelbart, støy ikke akkumulert) | God |
| Miljøtoleranse | God | Gjennomsnittlig (følsom for støv og kondens) | Utmerket (motstandsdyktig mot olje, vibrasjoner, temperaturendringer) |
| Koste | Lav | Middels til høy | Medium |
| Typiske bruksområder | Kostnads-sensitive systemer der målsøking er akseptabelt, åpen-sløyfe eller enkel lukket-sløyfekontroll | Høy-presisjon CNC, robotikk, rene miljøer som krever strøm-på beredskap | Utendørsutstyr, tungt maskineri, logistikkutstyr og tøffe industrielle miljøer eller applikasjoner bekymret for batterivedlikehold |
Konklusjon
For åpne-trinnmotorer eller standard servosystemer,inkrementelle kodereforbli det vanlige valget på grunn av deres høye kostnadseffektivitet-. I applikasjoner som krever «strøm-på og klar-til-bruk», høy sikkerhet eller komplekse posisjoneringsfunksjoner,absolutte kodereer uunnværlige. Blant absolutte løsninger,mekaniske absoluttkoderegi ingeniører et kraftig alternativ som kan forenkle systemdesign og forbedre langsiktig-pålitelighet, takket være deresbatteri-fri permanent minneogutmerket industriell holdbarhet.
