Přehled kodéru
Kodér je elektromechanické zařízení namontované na hřídeli motoru, které sleduje rychlost a polohu motoru a vysílá zpět digitální impulsy. Jeho základní pracovní princip je následující: počítáním impulsů generovaných kodérem může systém vypočítat posunutí aktuální polohy motoru vzhledem k poslední známé poloze, a tím ověřit, zda motor přesně dosáhl cílové polohy.
Základní struktura kodéru se skládá ze zdroje světla, disku (kódového disku) s vyrytými štěrbinami podél jeho okraje a přijímače světla. Když se kódový disk otáčí společně s hřídelí motoru, štěrbiny rozsekají nepřetržitý zdroj statického světla na sérii záblesků. Světelný přijímač detekuje tyto změny mezi světlem a tmou a převádí je na digitální pulsní signály čtvercových{2}}vln, které jsou poté vysílány do hlavního ovladače. Pokud se rozlišení kodéru shoduje s rozlišením kroku motoru, kodér vygeneruje jeden odpovídající impuls pro každý krok pohybu motoru.
I. Inkrementální kodéry
1. Princip činnosti a výstupní signály
Inkrementální kodér funguje tak, že během pohybu generuje sérii impulsů. Jeho kódový disk má rovnoměrně rozmístěné sloty. Když se hřídel otáčí, pevný fotoelektrický snímač detekuje změny v procházejícím světle a vydává kontinuální pulzní sekvenci. Standardní inkrementální kodér obvykle poskytuje dva čtvercové -signály s fázovým rozdílem 90 stupňů (kanál A a kanál B), známé jako „kvadraturní signály“. Fázový vztah mezi těmito dvěma signály se používá k přesnému určení směru otáčení.
2. Relativita informací o poloze a problém se ztrátou-vypnutí
Výstupy inkrementálního kodérurelativní posunutíinformace spíše než absolutní pozice. Po zapnutí systému začne kodér počítat a vydávat impulsy a externí čítač nebo ovladač tyto impulsy shromažďuje pro výpočet aktuální polohy. Jakmile však dojde k výpadku napájení, pulzní výstup se zastaví, a pokud externě uložená načítaná hodnota nemá záložní napájení, bude ztracena. Po obnovení napájení nemůže kodér automaticky znát aktuální polohu hřídele a načítaná hodnota začne znovu od nuly.
3. Nezbytnost navádění (návrat k referenci)
Vzhledem k výše uvedeným charakteristikám musí systémy používající inkrementální kodéry provést operaci „nájezdu“ pokaždé, když se spustí nebo restartují po výpadku napájení. Tato operace obvykle uvede motor do pohybu, dokud se nespustí předem definovaný fyzický referenční bod, jako je koncový spínač, magnetický spínač nebo indexový impuls fáze Z- na disku kodéru. Jakmile je tento bod nalezen, systém resetuje nebo nastaví počítadlo polohy na známou hodnotu, která pak slouží jako absolutní reference pro všechny následující pohyby.
4. Výhody, nevýhody a aplikace
výhody:Relativně jednoduchá konstrukce, nízká cena a vysoká spolehlivost.
Nevýhody:Informace o poloze se po vypnutí ztratí-a závisí na operaci navádění; Schopnost proti-rušení je relativně slabá a do polohy mohou být chybně započítány pulsy šumu.
Řešení:U aplikací, které vyžadují udržení polohy po vypnutí-, lze k napájení počítadla nebo úložné jednotky použít záložní baterii.
II. Absolutní kodéry
1. Základní princip: Jedinečné kódování absolutní polohy
Základní charakteristikou absolutního kodéru je, že každé mechanické poloze na jeho kódovém disku je přiřazeno aunikátní digitální kód. Toho je obvykle dosaženo výrobou více soustředných kódových stop na disku (každá stopa představuje jeden binární bit) a použitím více nezávislých fotoelektrických senzorů. Proto, i když stojí nebo je vypnutý, výstupní signál přímo odpovídá absolutní úhlové poloze hřídele.
2. Zachování polohy po zapnutí-vypnutí a okamžitá dostupnost po zapnutí-
Vzhledem k tomu, že informace o poloze jsou jednoznačně určeny fyzickým vzorem kódového disku, absolutní kodér neztrácí polohu po vypnutí-. Po opětovném zapnutí systému může ovladač okamžitě přečíst aktuální kód absolutní polohy, aniž by provedl jakoukoli operaci navádění, čímž dosáhne stavu „zapnuto-a připraven-k-použití, což výrazně zvyšuje efektivitu a bezpečnost spouštění.
3. Typy s jedním-tahem a více{2}}tahem
Jednootáčkové absolutní kodéryposkytují jedinečnou hodnotu polohy v rámci jedné otáčky o 360 stupňů a jsou vhodné pro aplikace, kde je rozsah pojezdu menší než jedna otáčka.
Více{0}}otáčkové absolutní kodéryposkytují nejen jedinečnou hodnotu v rámci jedné otáčky, ale také zaznamenávají počet otáček pomocí vnitřní převodovky nebo elektronického počítacího mechanismu. Mohou poskytnout globální absolutní polohu v několika zatáčkách (například až 4096 zatáček) a jsou vhodné pro aplikace určování polohy s dlouhým{2}}cestem.
4. Signály a výhody
Výstupní kód:Běžně se používá šedý kód, ve kterém se mezi sousedními pozicemi mění pouze jeden bit, což účinně zabraňuje chybám při čtení.
Schopnost proti-rušení:Poloha je určena okamžitým čtením obrazce kódového disku, takže se nehromadí příležitostné elektrické šumové impulsy, což má za následek silnou odolnost proti šumu.
Vysoká bezpečnost a flexibilita:Pozici lze ověřit ihned po zapnutí-, čímž se vyhnete rizikům způsobeným startem z neznámé pozice; jakýkoli bod lze použít jako programovatelnou referenci, díky čemuž je návrh systému flexibilnější.
III. Mechanické absolutní kodéry (magnetický typ)
Jedná se o nový typ řešení absolutního snímání polohy založené na principech magnetického snímání, které kombinuje-paměť pro vypnutí s vysokou odolností vůči okolnímu prostředí.
1. Princip detekce polohy jednoho otočení-
Jeho jádro se skládá ze speciálního kompozitního magnetu namontovaného ve středu hřídele motoru (s bipolární magnetizací ve středu a vícepólovou magnetizací na periferii) a odpovídajícími magnetorezistivními senzory. Senzor čtesměrcentrálního magnetického pole pro získání hrubého absolutního úhlu (například s rozlišením na 180 stupňů), a zároveň detekujefázové změnyperiferního magnetického pole s vysokou{0}}hustotou, abyste získali úhlové dělení s vysokým-rozlišením. Kombinací těchto dvou lze vypočítat přesnou-zatáčku absolutní pozice.
2. Princip detekce polohy více-otočením
Aby bylo dosaženo více{0}}otáčkového zjišťování absolutní polohy, systém zavádí přesné ozubené soukolí. Hlavní ozubené kolo je namontováno na hřídeli motoru a za ním následuje řada redukčních ozubených kol se specifickými ozubenými poměry. Každé ozubené kolo je vybaveno vlastním magnetem a snímačem.
Princip fungování:Když se hřídel motoru otáčí, každé ozubené kolo se otáčí jinou rychlostí. Magnety na těchto převodech vytvářejí jedinečnou kombinacifázové rozdílysouvisející s jejich pozicemi. Systém detekuje fázi magnetického toku každého ozubeného kola a dekódováním této sady fázových rozdílů může jednoznačně určit absolutní mechanickou polohu hřídele motoru v rozsahu až několika tisíc otáček.
Designové vlastnosti:Počty zubů ozubeného kola jsou speciálně navrženy tak, aby se kombinace fázového rozdílu opakovala až po dosažení maximálního detekovatelného počtu otáček (například 1800 otáček), čímž je zajištěna jedinečnost kódu polohy. Ozubená kola se používají pouze pro detekci a nenesou žádnou zátěž. Jsou vyrobeny ze samomazných pryskyřičných materiálů, které zajišťují dlouhou životnost.
3. Základní výhody a aplikační scénáře
Bez baterie, permanentní paměť:Informace o poloze jsou určeny fyzickými polohami mechanických převodů a vzorů magnetů a nikdy se neztratí ani po úplném výpadku napájení.
Vysoká odolnost vůči životnímu prostředí:Bez přesných optických komponent a plně uzavřené konstrukce magnetického snímání nabízí mnohem lepší odolnost proti prachu, kontaminaci olejem, kondenzaci, vibracím a určitým teplotním šokům než optické enkodéry.
Rovnováha mezi cenou a spolehlivostí:Přestože rozlišení nemusí odpovídat rozlišení špičkových -optických kodérů, jeho robustní konstrukce, vysoká spolehlivost a bezúdržbový-bezbateriový-design z něj činí ideální volbu pro průmyslové aplikace, které vyžadují odolnost, bezpečnost a eliminaci údržby baterie.
IV. Souhrn a reference výběru
| Funkce | Inkrementální kodér | Optický absolutní kodér | Mechanický (magnetický) absolutní kodér |
|---|---|---|---|
| Informace o poloze | Relativní posunutí | Absolutní pozice dostupná při zapnutí- | Stálá absolutní poloha (bez baterie) |
| Po vypnutí- | Pozice ztracena, je vyžadováno navádění | Pozice zachována (závisí na baterii nebo -stálé paměti) | Poloha je trvale zachována, není potřeba žádné napájení |
| Imunita proti hluku | Průměr (pulzy hluku mohou být započítány špatně) | Dobré (okamžitě odečtená poloha, nehromadí se šum) | Dobrý |
| Tolerance prostředí | Dobrý | Průměrná (citlivá na prach a kondenzaci) | Vynikající (odolné vůči oleji, vibracím, změnám teploty) |
| Náklady | Nízký | Střední až vysoká | Střední |
| Typické aplikace | Systémy citlivé na náklady-, kde je přijatelné navádění, ovládání s otevřenou-smyčkou nebo jednoduchou uzavřenou-smyčkou | Vysoce{0}}přesné CNC, robotika, čistá prostředí vyžadující výkon-na pohotovosti | Venkovní zařízení, těžké stroje, logistická zařízení a drsná průmyslová prostředí nebo aplikace týkající se údržby baterií |
Závěr
U krokových motorů s otevřenou-smyčkou nebo standardních servosystémůinkrementální kodéryzůstávají hlavní volbou kvůli jejich vysoké-efektivitě nákladů. V aplikacích, které vyžadují „zapnuto-a připraveny-k-použití“, vysokou bezpečnost nebo složité polohovací funkce,absolutní kodéryjsou nepostradatelné. Mezi absolutní řešení patřímechanické absolutní kodéryposkytnout inženýrům výkonnou alternativu, která může zjednodušit návrh systému a zlepšit dlouhodobou{0}}spolehlivost díkybaterie-volná permanentní paměťavynikající průmyslová odolnost.
