Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Энкодер двигателя что это такое

Я обслуживаю парк промышленного оборудования, в котором широко применяются энкодеры. Об этом сегодня и поговорим. Разберем подключение и монтаж энкодеров, а напоследок — несколько реальных случаев их применения.

Надеюсь, что все читатели знают, что такое энкодер. На всякий случай напомню, 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.

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.

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

Шкалы

Какие типы оптических шкал предлагает компания Renishaw?

Что оказывает влияние на выбор шага (периода) инкрементальной шкалы?

Для инкрементальных оптических энкодерных систем компании Renishaw предлагаются шкалы с шагом 20 мкм или 40 мкм в зависимости от конкретной системы. (Как правило, больший шаг шкалы позволяет увеличить допуски при монтаже и обеспечить более высокие скорости, а меньший шаг шкалы обеспечивает более высокое разрешение и более низкую ошибку подразбиения (SDE)).

В чем заключается различие между точностью градуировки, точностью системы и установленной точностью в случае угловых энкодеров?

Точность градуировки – это точность, с которой деления шкалы нанесены на кольцо во время изготовления.

Точность системы – это точность градуировки плюс циклическая погрешность (ошибка подразбиения, SDE) считывающей головки.

Установленная точность – это точность, которую заказчик ожидает получить от энкодера после установки на рабочую ось. Это включает в себя точность системы, однако на установленную точность также влияет ряд факторов, главным образом эксцентриситет кольца и диска.

Для небольших колец и дисков на установленную точность больше всего влияет эксцентриситет. В зависимости от системы указывается или точность системы, или установленная точность, хотя во всех сертификатах калибровки колец показан график типичной установленной точности при условии монтажа в соответствии с рекомендациями, подробно описанными в руководствах по монтажу. Для получения рекомендаций по применению просим обращаться в ближайшее представительство компании Renishaw.

Выпускает ли компания Renishaw какие-либо инкрементальные энкодерные системы, которые работают со шкалами с мелким шагом?

Компания Renishaw выпускает инкрементальные энкодеры со шкалами с шагом 20 мкм или 40 мкм. Несмотря на то, что выпускаются энкодерные системы со шкалами с меньшим шагом, из этого не обязательно следует, что данные системы обеспечивают более высокую общую эффективность системы. Системы со шкалами с меньшим шагом могут быть более сложными в настройке, могут иметь ограничения по скорости и невысокую степень невосприимчивости к загрязнениям. Кроме того, эффективная технология обработки инкрементальных сигналов обеспечивает многим энкодерным системам компании Renishaw точность и циклическую погрешность (ошибку подразбиения, SDE), которые сопоставимы с этими параметрами у систем со шкалами с меньшим шагом.

Какую шкалу использовать для измерений на дуге?

Для измерений на дуге рекомендуется использовать шкалы энкодеров семейства RKL. Тонкие и весьма гибкие шкалы RKL, в отличие от ленточных шкал других типов, легко устанавливаются на дуге и обеспечивают максимальную точность.

Какую считывающую головку использовать для измерений на дуге?

Для абсолютных измерений на дуге используйте линейную считывающую головку RESOLUTE, совместимую со шкалами энкодеров RKLA.
Для инкрементальных измерений на дуге можно использовать совместимую с дугой считывающую головку QUANTiC, VIONiC или TONiC, а также линейную считывающую головку ATOM* или ATOM DX*. Выбор считывающей головки определяется требованиями конкретной задачи.

* Только шкала RKLF40-S

Какую посадочную поверхность можно использовать для измерений на дуге?

При помощи шкал энкодеров RKL можно измерять дугу на посадочных поверхностях из любых металлов с коэффициентом теплового расширения в пределах от 8 до 24 ppm/ o C, например алюминия, стали или титана. По поводу других материалов проконсультируйтесь у местного представителя Renishaw.

Стабильность скорости

Для обеспечения бесперебойной работы привода, энкодер должен сообщать необходимое количество информации о его позиции. Но это еще не все: инженеру следует обратить внимание на качество этой информации. Увеличение разрешения энкодера достигается за счет интерполяции нескольких компонентных сигналов. Ошибки в измерениях, чрезмерные помехи и другие факторы могут негативно повлиять на результаты измерений отдельных компонентов и, как следствие, на результат интерполяции. По этой причине выходной сигнал постоянно «колеблется». В высококачественных энкодерах ошибки интерполяции не превышают 1-2%. (см. рис. 1 и 2).

Читать еще:  Что такое уставший двигатель

Ошибки интерполяции негативно отражаются на точности позиционирования, но в первую очередь они искажают измерения скорости. Малые оборотные скорости сопровождаются низкой частотой ошибок интерполяции, которые интерпретируются как помехи. В результате регулятор скорости пытается компенсировать распознанные им отклонения скорости, вырабатывая соответствующие [постоянно меняющие направление – прим. пер.] значения тока двигателя. Минимальная вибрация вала двигателя сопровождается характерным шумом. С ростом скорости увеличивается частота ошибок интерполяции. В связи с ограниченной пропускной способностью двигателя вибрации вала не видны, но в сигналах регуляторов помехи по-прежнему присутствуют и дают знать о себе при значительном усилении отдельных операций контроллера.

Большая точность энкодеров и устойчивость измерений к помехам уменьшают также перебои тока в двигателе, и, следовательно, снижают мощность потерь и выделение тепла. На рис. 3 представлено течение тока в двигателе в функции использованного энкодера: ресольвера, индукционного энкодера и оптического энкодера.

Виды и принцип действия

Энкодеры – это датчики поворота. Простейший датчик имеет ручку, которая может поворачиваться по часовой стрелке или против нее. В зависимости от угла поворота и направления выдается цифровой сигнал, информирующий о том, в каком положении находится ручка, либо в какую сторону она была повернута.

У такого энкодера, показанного на рисунке, ручка также может применяться в качестве кнопки. Это является вспомогательной функцией конкретного вида энкодера.

По типу выдаваемых данных энкодеры делятся на две большие группы:

  1. Абсолютные.
  2. Инкрементальные.
Абсолютные энкодеры

У абсолютного энкодера весь круг поворота разделен на определенное количество секторов, чаще всего одинакового размера. Эти сектора пронумерованы. Энкодер при работе выдает номер сектора, в котором на данный момент он находится. Поэтому он и называется абсолютным. У этого типа энкодера всегда можно определить, на какой угол относительно нулевого сектора повернут энкодер в конкретный момент, то есть, при повороте он выдает значения номеров секторов, до максимального значения. Далее он переходит снова на ноль.

Если вал энкодера поворачивать в другую сторону, то он начнет выдавать противоположные значения. В нашем случае у него используется пять выводов для выдачи значений поворота.

У данного алгоритма имеются свои недостатки. Из таблицы 1 виден порядок выдаваемых значений n-го энкодера. Стоит обратить внимание на две последние строчки, переход от 127 на 128.

Таблица 1

Здесь меняются абсолютно все биты. В идеальном энкодере они все меняются одновременно и нет никаких проблем. Практически в реальном энкодере биты меняются быстро, однако не одновременно. И в какой-то момент на выходе энкодера оказывается совершенно произвольное значение. Так как меняются все биты, следовательно, у энкодера будет произвольное значение от нуля до всех единиц.

Справа изображен пример такого переключения. Чем это может грозить? Разберем пример. Микроконтроллер с помощью двигателя управляет валом и поворачивает его на определенный угол. В определенный момент при переключении со 127 на 128 ячейку он получает определенное случайное значение. Контроллер делает вывод, что вал находится совершенно в другом месте, в отличие от фактического места, и начинает его вращать в другую сторону, с другой скоростью и т.д.

Через определенное время микроконтроллер получает правильное значение, начинает пытаться остановить вал и вращать его в правильную сторону. Такой процесс может продолжаться долго, при условии, что такая ошибка будет встречаться часто. Такие ошибки являются нерегулярными, и вычислить их достаточно сложно.

Код Грея

Выше описанная проблема решается с помощью введения кода Грея. Особенностью кода Грея является то, что при переключении энкодера на единицу, значение кода Грея меняется также на единицу. Меняется только один вид. Это видно в таблице 2 в сравнении двоичного кода и кода Грея.

Таблица 2

Первые две строчки совпадают, но уже во второй строчке поменялся средний бит. Далее также меняется один бит. Также стоит отметить, что последний и первый код Грея отличается на один бит, то есть код Грея может зациклиться.

Преимуществом данного кода является то, что ошибка, которая рассмотрена выше, невозможна. Из недостатков можно отметить, что микроконтроллеру необходимо переводить код Грея в двоичный код для того, чтобы понять, в каком положении находится абсолютный энкодер.

Инкрементальные энкодеры

Следующим типом является инкрементальный энкодер, который имеет более простую структуру. Но при этом он не показывает конкретное место положения своей ручки. Он показывает только направление поворота, а число делений поворота должен считать микроконтроллер.

Читать еще:  В соболе стук в двигателе

У инкрементального энкодера есть набор полосок, которые по умолчанию подключены к земле, и при повороте они замыкаются и размыкаются. Получается сигнал, изображенный на рисунке (похож на меандр). Таких круговых полосок у энкодера две. Полоски смещены на одну четверть, и сигналы также смещены между собой на четверть. Это важно, так как позволяет определить направление вращения.

Схему инкрементального энкодера можно представить по правому рисунку. Кнопки обозначают периодические подключения энкодера к земле. Так как внутри энкодер не подключается к логической единице, то необходимо снаружи самостоятельно подтянуть логические единицы через резисторы к выводу энкодера. В этом случае, когда ни одна из ножек у энкодера не подключена к земле, на ножках будет логическая единица.

Если энкодер подключил к земле какую-то ножку, то на этой ножке будет логический ноль. В спокойном состоянии у энкодера на выходе логическая единица. При начале вращения энкодера в любую сторону, то сначала один вывод подключается к земле, затем другой. Далее эти выводы по очереди отключаются от земли, и на них опять образуется логическая единица.

Определить направление поворота можно по тому, какой из выводов раньше подключился к земле. При подсчете полных циклов можно посчитать количество щелчков поворота энкодера.

Фактически у энкодера имеется четыре состояния:
  1. Две единицы.
  2. Ноль и единица.
  3. Ноль и ноль.
  4. Единица и ноль.

Три состояния, которые не равны единицам, являются неустойчивыми, и в них энкодер не может находиться. Во многих микроконтроллерах реализована функция подсчета поворотов с помощью таймеров, у которых есть определенные входы. Таймер считает на аппаратном уровне, на сколько щелчков и в какую сторону был повернут энкодер, и выдает значение. То есть, счетчик инкрементирует какое-либо число.

По изменению этого числа можно определить, на сколько щелчков был повернут энкодер. По количеству щелчков можно определить и угол поворота. Энкодер также имеет дребезг контактов, который усложняет анализ сигналов.

Оптические энкодеры

Подобный преобразователь выполнен в виде диска, зафиксированного на валу, и изготовленного из стекла. Оптический датчик поворота отличается от других видов дополнительным оптическим растором, перемещаемым при повороте вала. При этом он превращает момент вращения в световой поток, который далее принимается фотодатчиком.

Оптический преобразователь запоминает углы вращения. При этом каждому отдельному положению соответствует особый цифровой код, который вместе с числом оборотов образует единицу измерения датчика. Энкодер подключается и работает по аналогии с инкрементальным датчиком.

По характеру функционирования они разделяются на фотоэлектрические и магнитные . Принцип работы магнитных основан на использовании эффекта Холла, который был впервые открыт в 1879 году. При этом разность потенциалов появляется только при расположении провода постоянного тока в магнитное поле.

По точности и свойствам разрешения магнитный вид датчика уступает фотоэлектрическому, однако по конструкции он проще, менее требователен к условиям работы и пространству. Магнитный энкодер является прибором, который фиксирует прохождение магнитного полюса магнита при вращении, находящегося рядом с чувствительным элементом. Информация передатчика выражается в цифровом коде.

Фотоэлектрический энкодер является датчиком, работающим на основе фотоэлектрического принципа. Этот эффект наблюдается при воздействии светового потока на вещество. Этот принцип был открыт в 1887 году. При эксплуатации такого датчика происходит постоянное преобразование луча света в сигнал электрического тока.

Аналогами фотоэлектрического энкодера являются оптоэлектронный, оптический и оптронный. Эти датчики наиболее чувствительны к характеристикам изготовления, эксплуатации и другим факторам, по сравнению с другими моделями. Однако это оправдывается их повышенной точностью, в отличие от конкурентов.

Принцип работы инкрементального энкодера

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.

Читать еще:  Lada xray какой двигатель лучше

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.

Снятие поворотного кулака с автомобиля (1:00)

  • Снимите колпак ступицы колеса и колесо.
  • Снимите тормозной суппорт.
  • Аккуратно разместите суппорт за пределами рабочей области.
  • Если диск не удается снять, вкрутите болт в открытое отверстие с резьбой и снимите диск.
  • Снимите датчик скорости.
  • При наличии ржавчины используйте проникающую жидкость для облегчения откручивания.

COBET: Во избежание повреждения приводного вала не рекомендуется использовать ударный ключ.

  • Теперь необходимо снять контргайку приводного вала.
  • Раскерните контргайку с помощью отвертки или аналогичного инструмента.
  • Ослабьте и снимите гайку приводного вала.
  • Наживите гайку в уровень с торцом приводного вала.

COBET: Это поможет предотвратить повреждение резьбы приводного вала. Саму гайку следует утилизировать.

  • Извлеките шплинт, чтобы снять шаровую опору рулевой сошки.
  • Ослабьте гайку шаровой опоры.
  • Часто шаровая опора со стороны рулевой сошки очень плотно притянута к поворотному кулаку.

COBET: Если гайка проворачивается вместе с шаровой опорой, сильнее прижмите шаровую опору к рычагу поворотного кулака. Теперь гайку можно ослабить.

  • Используйте специальный инструмент и осторожно простучите ее сверху, не повреждая резьбу болтов.

COBET: При отсутствии специального инструмента или съемника для шаровой опоры не стучите непосредственно по шаровой опоре. Допускается слегка постучать по краю крепежного рычага поворотного кулака, чтобы ослабить и снять шаровую опору.

  • Снимите зажим и гайку, чтобы отделить рычаг передней подвески.
  • Снимите шаровую опору рычага передней подвески с помощью съемника шаровой опоры.
  • Ослабьте и снимите болты, которые фиксируют поворотный кулак на подвеске. Теперь поворотный кулак можно снять.

Где применяют энкодеры

На вопрос, что это за устройство такое — энкодер, можно ответить перечислением того, где используют данные приборы. Сферы применения угловых датчиков зависят от их сложности и способности выдерживать нагрузки.

Датчики поворота используют наиболее часто на станкостроительных заводах, в системах точного перемещения, робототехнических комплексах, в измерительных устройствах, где требуется точная фиксация поворотов, наклонов, вращений.

В промышленности и сложных механизмах, используют высокопроизводительные энкодеры, устойчивые к тепловому воздействию и взрывам.

Другие области и механизмы, в которых применяют эти датчики:

  • в печатной промышленности: устройства устанавливают на валах, по которым движется бумага;
  • в автомобилестроении: с их помощью определяют угол поворота колес (иногда взаимодействуют с движками);
  • на металлообрабатывающих предприятиях для контроля вращения валов с металлическими лентами;
  • в химической и пищевой промышленности: на оборудовании автоматизированной фасовки;
  • в электротехнике.

Пример использования прибора есть почти в каждом современном доме. Это обычная компьютерная мышь, в которой также установлен такой датчик.

Упрощенная замена энкодера

Автономные энкодеры были установлены на огромном количестве машин, и хотя большинство из них часто обеспечивало длительный, надежный сервис, срок службы и уровень износа могут ухудшить их производительность и надежность. Когда приходит время искать замену, владельцы машин могут оказаться в шоке: найти старые модели становится проблематично, а иногда и невозможно.

Производитель энкодеров Posital облегчает поиск подходящих замен для труднодоступных устройств. Благодаря философии модульного дизайна и технологии производства, компания может создавать новые датчики с механическими, электрическими и эксплуатационными характеристиками, которые дублируют характеристики более старых продуктов их и других производителей, одновременно снижая затраты. Инструмент Posital Encoder Match позволяет клиентам вводить номер модели продуктов от многих производителей и находить функционально эквивалентные модели из каталога компании.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector