Оптический энкодер: Оптические энкодеры | РОБОТОША

Содержание

Оптические энкодеры | РОБОТОША

Первые оптические энкодеры были разработаны в середине 1940-х годов «Фортепианной компанией Болдуина» для использования в качестве «тоновых колес», которые позволяли электрическим органам имитировать другие музыкальные инструменты. Современные устройства в основном представляют собой миниатюрные версии датчика приближения с использованием прерывания света. В энкодере сфокусированный луч света, направлен на совмещенный с излучателем фотоприемник, периодически прерывается вращающимся диском, расположенным между приемником и передатчиком света и закрепленный на валу контролируемого объекта. Диск может быть непрозрачным с отверстиями, либо прозрачным с нанесенным на него кодированным рисунком. По сравнению с более сложными преобразователями переменного тока, это простая схема кодирования реализует, по существу, цифровой вывод результатов с оптических датчиков в недорогой надежной конструкции с хорошей помехоустойчивостью.

Есть два основных типа оптических энкодеров: инкрементные и абсолютные. Инкрементный энкодер измеряет скорость вращения и может выдать относительное положение, в то время как абсолютный энкодер измеряет непосредственно угловое положение и на выходе дает скорость. Если не принимать во внимание изменение информации о местоположении, то с инкрементным энкодером, как правило, легче работать и он обеспечивает эквивалентное разрешение при гораздо более низкой стоимости, чем абсолютные оптические энкодеры.

 

Инкрементный оптический энкодер

Оптические поворотные инкрементные энкодеры, еще их называют датчиками угла поворота, стали наиболее популярным устройством для измерения угловой скорости и положения в моторах, на валу колеса или рулевого механизма. В мобильных роботах, энкодеры используются для контроля положения или скорости колес и других, управляемых при помощи моторов соединений. Из-за того, что энкодеры являются проприоцептивными датчиками, их оценка положения является лучшей в системе координат робота и, при решении задачи локализации робота (см. слайды «Проблема локализации мобильного робота»), требуются значительные поправки.

Принцип действия инкрементного энкодера

Простейшим типом инкрементного энкодера является одноканальный тахометр, обычно состоящий из механического прерывателя света, производящего определенное количество прямоугольных или синусоидальных импульсов, при каждом обороте вала. Увеличение числа импульсов увеличивает разрешение (и стоимость) модуля. Разрешение энкодера измеряется в числе отсчетов на оборот (CPR, cycles per revolution). Минимальное угловое разрешение легко вычислить по величине CPR. Типичный энкодер в мобильной робототехнике имеет значение 2000 CPR, в то же время промышленный оптический энкодер может иметь параметр CPR равный 10000. С точки зрения требуемого диапазона, конечно же важно, чтобы энкодер был достаточно быстрым, чтобы успевать считывать значения на предполагаемой скорости вращения.  Промышленные оптические энкодеры полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым в робототехнических приложениях.

Эти, относительно недорогие устройства используются в качестве датчиков скорости в цепи обратной связи в системах управления, работающих на средних и высоких скоростях, но на очень малых скоростях чувствительны к шумам и проблемам со стабилизацией из-за ошибок квантования. Здесь нужно искать компромисс между разрешением и скоростью обновления: улучшенная переходная характеристика требует большей скорости обновления, которая для данного числа линий уменьшает число возможных импульсов энкодера для интервала дискретизации.

В дополнение к нестабильности на низких скоростях, одноканальный тахометр также неспособен определять направление вращения и, следовательно, не может быть использован в качестве датчика положения. Квадратурные энкодеры, преодолели эти проблемы путем добавления второго канала, смещенного относительно первого, поэтому результирующие последовательности импульсов сдвинуты по фазе на 90 градусов, как показано на рисунке ниже. Этот метод позволяет декодирующей электронике определить, какой канал опережает другой и, следовательно, установить направление вращения.  Кроме того, четыре детектируемых различных состояния увеличивают разрешение в четыре раза без изменения диска прерывателя. Таким образом, энкодер, имеющий 2000 CPR выдаст при квадратурной реализации даст уже 8000 отсчетов. Дальнейшее улучшение возможно путем измерения синусоидальной волны с помощью оптического детектора и выполнения сложной интерполяции. Такие методы, хотя и редко используемые в мобильной робототехнике, могут дать 1000-кратное увеличение разрешения.

Принцип действия квадратурного инкрементного оптического энкодера

Следствием инкрементного характера фазо-квадратурных выходных сигналов является то, что любое разрешение углового положения может быть выражено не в абсолютной форме, а только относительно некоторой опорной точки. Создание такой точки отсчета может быть произведено несколькими способами. Для приложений, включающих непрерывное вращение на 360 градусов, большинство энкодеров включает в качестве третьего канала специальный индексный выход, который переходит в высокое состояние на каждом полном обороте вала. Промежуточные положения вала затем определяются числом, на которое увеличился, или уменьшился счетчик импульсов от этого известного индексированного положения. Одним из недостатков такого подхода является потеря информации об относительном положении в случае сбоя питания.

В случае ограниченного вращения, такого как возвратно-поступательное движение вдоль направляющих (как в станках с ЧПУ) можно использовать электрические концевые выключатели и/или механические ограничители для задания исходного положения. Для улучшения повторяемости, возврат в исходное положение разбивается на два этапа. Ось вращается с пониженной скоростью в соответствующем направлении до тех пор, пока не встретится механизм остановки, после чего происходит обраткое вращение в течение предопределенного короткого промежутка времени. Вал вращается медленно обратно до остановки на заданной медленной скорости из этой заданной начальной точки, тем самым, устраняя любые изменения в инерциальной нагрузке, которые могли бы повлиять на окончательное исходное положение. Этот двухэтапный подход используется, например, при старте шагового двигателя для инициализации позиционирования печатающей головки в принтерах.

С другой стороны, функция абсолютного индексирования может быть основана на каком-то внешнем действии по созданию опорной точки, которое отделено от цикла непосредственного сервоуправления. Хорошей иллюстрацией этой ситуации служит инкрементный датчик, используемый для отслеживания угла рулевого управления платформы. Например, когда робот включается в первый раз, абсолютный угол рулевого управления неизвестен и должен быть инициализирован, используя «привязку» действия к маякам на док-станции, соседней стене, или какой-либо другой идентифицирующий набор ориентиров. Увеличение или уменьшение значения счетчика электронного декодера используется для изменения регистра направления транспортного средства в относительной форме.

Как и большинство проприоцептивных датчиков, энкодеры, как правило, находятся в контролируемой среде внутренней структуры мобильного робота, и поэтому систематическая ошибка и кросс-чувствительность могут быть устранены. Точность оптических датчиков часто предполагается равной 100%, и, хотя это может быть не совсем корректно, какие-либо ошибки оптического датчика являются незначительными ошибками по сравнению с тем, что происходит за валом двигателя.

 

Абсолютный оптический энкодер

Абсолютные энкодеры обычно используются в приложениях с медленным вращением в которых недопустима потенциальная потеря информации о положении. Элементы дискретного детектора в фотоэлектрической матрице индивидуально совмещены с концентрическими дорожками на светопрерывателе, создавая эффект бесконтактной реализации энкодера с щеточными контактами. Назначение отдельной дорожки для каждого бита результирующего разрешения приводит к дискам большего размера (по сравнению с конструкцией инкрементного энкодера) и соответствующему снижению допустимого отклонения при ударе и вибрации. При этом каждая дополнительная дорожка энкодера удваивает разрешение, но учетверяет стоимость датчика.

Принцип действия абсолютного оптического энкодера

Вместо последовательного потока битов, как в инкрементном датчике, абсолютные оптические энкодеры обеспечивают параллельный вывод слова данных с уникальным кодом шаблона для каждого дискретного положения вала. Чаще всего используется код Грея, двоичное и двоично-десятичное кодирование. Характерной особенностью кода Грея (по имени изобретателя Франка Грея из Bell Labs) является то, что только один бит изменяется за раз, помогая избежать тем самым асинхронных неоднозначностей, обусловленными электронными и механическими допусками элементов. С другой стороны, двоичный код постоянно включает множество измененных битов при увеличении или уменьшении счета на единицу. Например, при переходе из положения 255 в положение 0, восемь бит меняются с 1 в 0. Так как нет никакой гарантии, что все пороговые детекторы, являющиеся элементами слежения детектора сработают одновременно, в момент перехода будет присутствовать значительная неопределенность в данной схеме кодирования. Поэтому требуется дополнительный сигнал подтверждения правильности данных, если больше чем один бит изменился между последовательными положениями энкодера.

Поворот 8-битного диска с кодом Грея

На рисунке слева поворот против часовой стрелки на одну позицию становится причиной изменения только одного бита. На рисунке справа такой же поворот двоично-кодированного диска станет причиной изменения всех битов в частном случае (с 255 в 0) иллюстрируя тем самым опорную линию на 12 часов.

Абсолютные энкодеры лучше всего подходят для медленных и/или редких поворотов, таких как кодирование угла поворота рулевого колеса, в отличие от измерения высокоскоростного непрерывного (например, ведущее колесо) вращения, которое потребует вычисления смещения вдоль всего пути движения. Хотя и не столь надежны как резольверы для высокотемпературных или в приложениях с высокой ударной стойкостью, абсолютные энкодеры могут работать при температурах свыше 125 градусов и средним разрешением (1000 отсчетов на оборот). Потенциальным недостатком абсолютных энкодеров является их параллельный вывод данных, который требует более сложного интерфейса из-за большего количества проводов. 13-битный абсолютный энкодер, использующий  дополнительные выходные сигналы для помехоустойчивости потребует 28-жильный кабель (13 сигнальных пар плюс питание и заземление) вместо шести в случае с резольвером или инкрементным энкодером.

 


Еще по этой теме

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оптический энкодер или шутка производителя

Рано или поздно в жизни каждого самоделкина возникает потребность в покупке чего-то такого этакого, что обычно само в голову не придет. Вот и я жил себе спокойно и об энкодерах даже не задумывался.

Хотя должен признаться опыт работы с энкодерами имел. Как-то в одной и поделок использовал энкодер из принтера.

В данной истории все приключилось внезапно. Ползая по своим хоббийным форумам натолкнулся на конкурс. Сайт (называть не буду, т.к. разговор не о нем) проводил видимо раскрутку посещаемости и плюс один из форумчан проводил раскрутку своих российского производства изделий. И разыгрывался комплект из 3 наборов для самостоятельной сборки сервоконтроллеров. Я зарегистрировался на этом форуме, подал заявку (вместе с 3 или 4-мя всего лишь участниками) и… выиграл.

Так я стал обладателем 3-х наборов для сборки сервоконтроллеров. Далее мне потребовались энкодеры. Позволю себе объяснить для читателей не так глубоко погруженных в электронные компоненты, что такое сервоконтроллер, энкодер и с чем все это едят.

Есть 2 основных способа управлять точным перемещением в изделиях с ЧПУ (числовое программное управление). Попробую объяснить максимально доступным языком, без сложных схем и терминов.
Первый способ это шаговые двигатели. Шаговый двигатель имеет сложное устройство — несколько катушек, притягивающих сердечник в заданных положениях.

Количество положений, в которых может быть зафиксирован сердечник называется шагами, промежуточные положения (регулируются различными промежуточными напряжениями и соответственно магнитными полями) называют микрошагами. Управляет шаговым двигателем драйвер — это плата управления, как правило с микропереключателями шагов и регулировкой тока, протекающего через двигатель. На вход драйвера подаются сигналы: Enable (разрешить работу шагового двигателя), DIR (направление вращения), STEP (количество шагов, на которое двигателю необходимо повернуть вал). И драйвер переводит команды в обороты вала двигателя. Очень простая и надежная конструкция. Из минусов — скорость вращения двигателя ограничена из-за его конструктива, и если двигатель пропустит по той или иной причине шаги, то управляющая программа об этом не узнает. Отсюда и область применения — низко и среднескоростные двигатели в заданной области нагрузок. Например 3Д принтер или хоббийные станки.

Второй способ управлять перемещениями — сервомотор. Мотор сам по себе может быть любым, постоянного или переменного тока, без разницы. Единственное условие, его вал должен иметь энкодер. Энкодер — это устройство определения позиции вала в данный момент времени. Об энкодерах мы поговорим подробнее чуть позже. Сервоконтроллер имеет другой принцип работы, в отличии от драйвера шагового двигателя. Сервоконтроллер получает на входе те же самые сигналы Enable, STEP, DIR и подает на двигатель напряжение. Двигатель начинает вращаться в нужном направлении, энкодер возвращает данные о положении вала двигателя. Как нужное положение достигается, вал двигателя в нем фиксируется. Конечно это сильно упрощено, т.к. есть ускорение и торможение двигателя, управление током и напряжением, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор в контуре обратной связи,… но мы же договорились в этот раз не сильно лезть в теорию.

Какие же плюсы серводвигателей: любая скорость вращения, отсутствие пропуска шагов, бесшумность (шаговый двигатель ощутимо громок в работе из-за своего конструктива). Но цена сервоконтроллеров выше и существенно драйверов шаговых двигателей. Поэтому основная ниша сервоконтроллеров — профессиональное применение.

Для своего проекта я выбрал двигатели Динамо Сливен. Эти двигатели широко использовались в советское время в ЭВМ и их было какое-то нереально большое количество. Кажется, что практически любой хоббийщик или имеет такой двигатель или сталкивался с ним. На барахолках их до сих пор перепродают. Это двигатели постоянного тока с фантастическим неубиваемым ресурсом и устойчивостью к любым издевательствам.

В качестве сервоконтроллера я использовал выигранную плату. Она представляет собой развитие open source сервоконтроллера, известного под устойчивым брендом «сервоконтроллер Чена» — по имени китайца, году так в 2004-м, если не ошибаюсь, предложившим данную схему.

Теперь уже практически переходим сути обзора — к энкодерам. Выбор энкодера был осуществлен по характеристикам и цене. Какие бывают типы энкодеров. В основном это оптические и магнитные. Магнитные — когда на краях диска закреплены магниты, а возле них находится датчик Холла.

Решение дорогое, промышленное, обладает повышенной надежностью. Цена не хоббийная ни разу.

Оптические энкодеры. Самое распространенное решение. Есть в каждой мышке. Раньше отвечали за вращение шарика и колесика. Теперь шариков уже нет, а вот колесики остались. Принцип работы прост — прерывание светового пучка проходящим непрозрачным телом.

Оптические энкодеры есть 2-х типов: инкрементальные и абсолютные. Инкрементальные делятся на 2 подтипа. Простейшие инкрементальные — такие как изображены на рисунке выше. Они определяют пересечение светового потока и на их основе можно построить, например, тахометр. Недостаток данного энкодера состоит в том, что при помощи него невозможно определить направление вращения диска. Инкрементальные 2-х канальные решают задачу определения направления вращения диска.

Для этого используется не один фотодиод, а несколько, обычно 4. Они формируют 2 независимых канала передачи данных, и сравнивая сигналы с этих каналов можно однозначно сделать вывод о направлении вращения диска.

Какие же недостатки есть у данного инкрементального энкодера? Недостаток один, но для ряда применений он критичный. При инициализации энкодера мы не знаем в каком положении находится диск. Т.е. мы можем узнать только направление и скорость вращения диска.

Для получения полной информации, а именно — начальное положение диска, направление и скорость вращения используются абсолютные энкодеры.

Абсолютные энкодеры используют диск со сложной системой кодировки положения. Наиболее распространен код Грея — двоичная кодировка с защитой от ошибок.

Я остановил свой выбор на инкрементальном энкодере с контролем направления вращения, т.е. с двумя квадратурными каналами вывода информации. Разрешения в 100 линий на оборот диска мне было за глаза. Поэтому на Алиэкспрессе я нашел энкодеры за разумную цену и с нужными мне характеристиками.

Вот фотка 3-х пришедших мне энкодеров. Дошли они недели за 3.

У энкодеров 4 вывода, Красный — питание 5В, Черный — земля, Цветные — каналы А и В.
Я быстренько выточил втулочку на вал двигателя под крепление диска, ввинтил туда стержень с резьбой.

На 3Д принтере распечатал площадку под крепление датчика энкодера

Собрал все вместе

Подключил сервоконтроллер, и… тут бы был счастливый конец обзору, но нет. Ничего не заработало. Даже близко ничего не заработало.

Подключил осциллограф и понял, что никаких квадратурных сигналов на выходе нет, только шумы, наводки и непонятные выплески. Грешил я на все на свете. И на требовательность к позиционированию, и на засветку, и на наводки электромагнитные. И часами аккуратно возюкал датчик в разных положениях, выключал свет и пытался проделать все тоже самое в темное. «Крокодил не ловится, не растет кокос.» Разумеется я перепробовал все 3 энкодера. Везде тоже самое. И тут меня дернуло поразглядывать датчик в микроскоп.

То что я увидел повергло меня в изумление. Все 4 сенсора стояли в ряд по радиусу диска, т.е. засвечивались через прорезь диска одновременно. Разумеется ничего не работало. Датчики должны стоять перпендикулярно радиусу диска, и засвечиваться последовательно разными фронтами прорези диска. Я не мог поверить, что это так просто и так глупо. Китайцы поставили датчик с поворотом на 90 градусов. Я спросил на форуме у такого же как я покупателя таких же энкодеров как у него стоит датчик. И у него все было также неправильно и не работало.

Почесав в затылке я решил попробовать это дело исправить. Энкодер разобрался легко, при помощи фена расплавил термоклей и достал внутренности.

Поднес датчик к диску так чтобы сенсоры был поперек рисок. Конечно датчик корректно не встал, но на осциллографе начал появляться какой-то осмысленный сигнал.

Дальше разрезал корпус энкодера сбоку, наростил проводочками расстояние между светодиодом и матрицей сенсоров и засунул все в корпус по-новому.

На фото видно, что сенсоры стали перпендикулярно радиусу диска.

Собрал, подключил к сервоконтроллеру и… Бинго, все заработало! Мотор встал в режим удержания позиции. Т.е. при попытке проворота вала двигателя, мотор упирается и если его все же провернуть, то возвращается в исходное положение.

Ну а дальше двигатель займет свое место на фрезерном станке, но это уже совсем другая история…:-)

Как резюме. Энкодер из коробки не работает. К покупке не рекомендую. Но в своей ценовой категории, если он был бы исправным, это хорошее бюджетное решение. Либо если переделка изделия в работающее не пугает, то можно брать и переделывать.

У продавца куча положительных отзывов на такой энкодер. Либо это все липа, либо, что вероятнее, брак пошел массово совсем недавно.

Я написал продавцу, он пока шлет мне тонну технических описаний и предлагает попробовать еще, и намекает, что это я не разобрался. Буду на него давить. Пусть хоть часть денег вернет. Я столько времени угрохал из-за их заводского разгильдяйства.

Всем добра и удовольствия от хобби!

PRI (цельный вал): энкодеры оптические инкрементальные OPKON. КИП-Сервис: промышленная автоматика

PRI 50AR6 HLD 1000 Z V3 2M5R SL-TS 

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 583 Купить

PRI 50AR6 HLD 5000 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 5000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В пути

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 5000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В пути 17 165 Купить

PRI 50AR6 HLD 2500 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В пути

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В пути 12 016 Купить

PRI 50AR6 HLD 2000 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 2000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 12 016 Купить

PRI 50AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 583 Купить

PRI 50AR6 HLD 500 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В пути

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В пути 8 583 Купить

PRI 50AR6 HLD 360 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 360имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 360имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 583 Купить

PRI 50AR6 HLD 100 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 100имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=50мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 100имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 и кронштейн в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 583 Купить

PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-RF Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1024имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 653 Купить

PRI 40AR6 HLD 1000 Z V3 2M5R SL-RF Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 1000имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 653 Купить

PRI 40AR6 HLD 500 Z V3 2M5R SL-RF Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

Под заказ

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 500имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 Под заказ 8 653 Купить

PRI 40AR6 HLD 360 Z V3 2M5R SL-RF Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 360имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

В наличии

Инкрементальный оптический энкодер (Цельный вал, Dкорп.=40мм, Dвала=6мм, выходной сигнал Push-pull/Line driver(HTL), разрешение 360имп/об, выход ABZ, Uпит. =5…24В, IP54, кабель 2,5 метра, угловой ввод, муфта 6×6 в комплекте)

Датчики перемещения OPKON

OPKON

 В наличии 8 653 Купить

Оптический энкодер или шутка производителя

Рано или поздно в жизни каждого самоделкина возникает потребность в покупке чего-то такого этакого, что обычно само в голову не придет. Вот и я жил себе спокойно и об энкодерах даже не задумывался.

Хотя должен признаться опыт работы с энкодерами имел. Как-то в одной и поделок использовал энкодер из принтера.

В данной истории все приключилось внезапно. Ползая по своим хоббийным форумам натолкнулся на конкурс. Сайт (называть не буду, т.к. разговор не о нем) проводил видимо раскрутку посещаемости и плюс один из форумчан проводил раскрутку своих российского производства изделий. И разыгрывался комплект из 3 наборов для самостоятельной сборки сервоконтроллеров. Я зарегистрировался на этом форуме, подал заявку (вместе с 3 или 4-мя всего лишь участниками) и… выиграл.

Так я стал обладателем 3-х наборов для сборки сервоконтроллеров. Далее мне потребовались энкодеры. Позволю себе объяснить для читателей не так глубоко погруженных в электронные компоненты, что такое сервоконтроллер, энкодер и с чем все это едят.

Есть 2 основных способа управлять точным перемещением в изделиях с ЧПУ (числовое программное управление). Попробую объяснить максимально доступным языком, без сложных схем и терминов.
Первый способ это шаговые двигатели. Шаговый двигатель имеет сложное устройство — несколько катушек, притягивающих сердечник в заданных положениях.

Количество положений, в которых может быть зафиксирован сердечник называется шагами, промежуточные положения (регулируются различными промежуточными напряжениями и соответственно магнитными полями) называют микрошагами. Управляет шаговым двигателем драйвер — это плата управления, как правило с микропереключателями шагов и регулировкой тока, протекающего через двигатель. На вход драйвера подаются сигналы: Enable (разрешить работу шагового двигателя), DIR (направление вращения), STEP (количество шагов, на которое двигателю необходимо повернуть вал). И драйвер переводит команды в обороты вала двигателя. Очень простая и надежная конструкция. Из минусов — скорость вращения двигателя ограничена из-за его конструктива, и если двигатель пропустит по той или иной причине шаги, то управляющая программа об этом не узнает. Отсюда и область применения — низко и среднескоростные двигатели в заданной области нагрузок. Например 3Д принтер или хоббийные станки.

Второй способ управлять перемещениями — сервомотор. Мотор сам по себе может быть любым, постоянного или переменного тока, без разницы. Единственное условие, его вал должен иметь энкодер. Энкодер — это устройство определения позиции вала в данный момент времени. Об энкодерах мы поговорим подробнее чуть позже. Сервоконтроллер имеет другой принцип работы, в отличии от драйвера шагового двигателя. Сервоконтроллер получает на входе те же самые сигналы Enable, STEP, DIR и подает на двигатель напряжение. Двигатель начинает вращаться в нужном направлении, энкодер возвращает данные о положении вала двигателя. Как нужное положение достигается, вал двигателя в нем фиксируется. Конечно это сильно упрощено, т.к. есть ускорение и торможение двигателя, управление током и напряжением, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор в контуре обратной связи,… но мы же договорились в этот раз не сильно лезть в теорию.

Какие же плюсы серводвигателей: любая скорость вращения, отсутствие пропуска шагов, бесшумность (шаговый двигатель ощутимо громок в работе из-за своего конструктива). Но цена сервоконтроллеров выше и существенно драйверов шаговых двигателей. Поэтому основная ниша сервоконтроллеров — профессиональное применение.

Для своего проекта я выбрал двигатели Динамо Сливен. Эти двигатели широко использовались в советское время в ЭВМ и их было какое-то нереально большое количество. Кажется, что практически любой хоббийщик или имеет такой двигатель или сталкивался с ним. На барахолках их до сих пор перепродают. Это двигатели постоянного тока с фантастическим неубиваемым ресурсом и устойчивостью к любым издевательствам.

В качестве сервоконтроллера я использовал выигранную плату. Она представляет собой развитие open source сервоконтроллера, известного под устойчивым брендом «сервоконтроллер Чена» — по имени китайца, году так в 2004-м, если не ошибаюсь, предложившим данную схему.

Теперь уже практически переходим сути обзора — к энкодерам. Выбор энкодера был осуществлен по характеристикам и цене. Какие бывают типы энкодеров. В основном это оптические и магнитные. Магнитные — когда на краях диска закреплены магниты, а возле них находится датчик Холла.

Решение дорогое, промышленное, обладает повышенной надежностью. Цена не хоббийная ни разу.

Оптические энкодеры. Самое распространенное решение. Есть в каждой мышке. Раньше отвечали за вращение шарика и колесика. Теперь шариков уже нет, а вот колесики остались. Принцип работы прост — прерывание светового пучка проходящим непрозрачным телом.

Оптические энкодеры есть 2-х типов: инкрементальные и абсолютные. Инкрементальные делятся на 2 подтипа. Простейшие инкрементальные — такие как изображены на рисунке выше. Они определяют пересечение светового потока и на их основе можно построить, например, тахометр. Недостаток данного энкодера состоит в том, что при помощи него невозможно определить направление вращения диска. Инкрементальные 2-х канальные решают задачу определения направления вращения диска.

Для этого используется не один фотодиод, а несколько, обычно 4. Они формируют 2 независимых канала передачи данных, и сравнивая сигналы с этих каналов можно однозначно сделать вывод о направлении вращения диска.

Какие же недостатки есть у данного инкрементального энкодера? Недостаток один, но для ряда применений он критичный. При инициализации энкодера мы не знаем в каком положении находится диск. Т.е. мы можем узнать только направление и скорость вращения диска.

Для получения полной информации, а именно — начальное положение диска, направление и скорость вращения используются абсолютные энкодеры.

Абсолютные энкодеры используют диск со сложной системой кодировки положения. Наиболее распространен код Грея — двоичная кодировка с защитой от ошибок.

Я остановил свой выбор на инкрементальном энкодере с контролем направления вращения, т.е. с двумя квадратурными каналами вывода информации. Разрешения в 100 линий на оборот диска мне было за глаза. Поэтому на Алиэкспрессе я нашел энкодеры за разумную цену и с нужными мне характеристиками.

Вот фотка 3-х пришедших мне энкодеров. Дошли они недели за 3.

У энкодеров 4 вывода, Красный — питание 5В, Черный — земля, Цветные — каналы А и В.
Я быстренько выточил втулочку на вал двигателя под крепление диска, ввинтил туда стержень с резьбой.

На 3Д принтере распечатал площадку под крепление датчика энкодера

Собрал все вместе

Подключил сервоконтроллер, и… тут бы был счастливый конец обзору, но нет. Ничего не заработало. Даже близко ничего не заработало.

Подключил осциллограф и понял, что никаких квадратурных сигналов на выходе нет, только шумы, наводки и непонятные выплески. Грешил я на все на свете. И на требовательность к позиционированию, и на засветку, и на наводки электромагнитные. И часами аккуратно возюкал датчик в разных положениях, выключал свет и пытался проделать все тоже самое в темное. «Крокодил не ловится, не растет кокос.» Разумеется я перепробовал все 3 энкодера. Везде тоже самое. И тут меня дернуло поразглядывать датчик в микроскоп.

То что я увидел повергло меня в изумление. Все 4 сенсора стояли в ряд по радиусу диска, т.е. засвечивались через прорезь диска одновременно. Разумеется ничего не работало. Датчики должны стоять перпендикулярно радиусу диска, и засвечиваться последовательно разными фронтами прорези диска. Я не мог поверить, что это так просто и так глупо. Китайцы поставили датчик с поворотом на 90 градусов. Я спросил на форуме у такого же как я покупателя таких же энкодеров как у него стоит датчик. И у него все было также неправильно и не работало.

Почесав в затылке я решил попробовать это дело исправить. Энкодер разобрался легко, при помощи фена расплавил термоклей и достал внутренности.

Поднес датчик к диску так чтобы сенсоры был поперек рисок. Конечно датчик корректно не встал, но на осциллографе начал появляться какой-то осмысленный сигнал.

Дальше разрезал корпус энкодера сбоку, наростил проводочками расстояние между светодиодом и матрицей сенсоров и засунул все в корпус по-новому.

На фото видно, что сенсоры стали перпендикулярно радиусу диска.

Собрал, подключил к сервоконтроллеру и… Бинго, все заработало! Мотор встал в режим удержания позиции. Т.е. при попытке проворота вала двигателя, мотор упирается и если его все же провернуть, то возвращается в исходное положение.

Ну а дальше двигатель займет свое место на фрезерном станке, но это уже совсем другая история…:-)

Как резюме. Энкодер из коробки не работает. К покупке не рекомендую. Но в своей ценовой категории, если он был бы исправным, это хорошее бюджетное решение. Либо если переделка изделия в работающее не пугает, то можно брать и переделывать.

У продавца куча положительных отзывов на такой энкодер. Либо это все липа, либо, что вероятнее, брак пошел массово совсем недавно.

Я написал продавцу, он пока шлет мне тонну технических описаний и предлагает попробовать еще, и намекает, что это я не разобрался. Буду на него давить. Пусть хоть часть денег вернет. Я столько времени угрохал из-за их заводского разгильдяйства.

Всем добра и удовольствия от хобби!

Важные критерии при выборе энкодера

Функциональные возможности, конструктивные особенности, применяемые материалы и технологии изготовления абсолютных оптических и магнитных энкодеров вращения производства. Энкодер вращения — оптический или магнитный? Перевод публикации интервью в журнале «Конструктор» с соучредителем группы компаний Fraba на тему магнитной технологии.

На что обращать внимание при выборе энкодера?

Надежность энкодера — это очень важно!

От надежности работы энкодера зависит надежность и качество работы как вашего комплексного оборудования, так и производства в целом. Так, потери от непредвиденных остановок производственной линии могут оказаться несоизмеримо высокими по отношению к  сэкономленным на приобретении энкодеров средствам. Сюда входят потери рабочего времени персонала, повреждение производственного материала и оборудования, затраты на диагностику/поиск неисправности, ремонт/замену вышедшего из строя энкодера и последующую юстировку и испытание/запуск оборудования.

При подборе энкодера также важно обращать внимание на его технические характеристики. Некоторые производители заявляют о высоком разрешении, однако очень часто подразумевается не физическое, а интерполированное разрешение. Разумеется, точности и допустимой нелинейности от таких энкодеров ожидать не приходится и, в ряде случаев, значения этих характеристик недостаточны для работы энкодера в составе прецизионного оборудования. При подборе энкодера очень важно сделать выбор в пользу проверенного качества.
Учитывая вышеперечисленное, мы настоятельно рекомендуем серьезно подходить к подбору энкодера. Бесперебойная работа оборудования в течение длительного времени и имидж Вашей компании только в Ваших руках!

Представленные в нашей программе поставок абсолютные оптические и магнитные энкодеры вращения разрабатываются и производятся компанией Posital Fraba, которая является мировым лидером в производстве сенсоров позиционирования и первооткрывателем метода абсолютного позиционирования угла поворота. Продукция немецкого производителя Posital Fraba отличается высшим качеством, гарантией которого явился многолетний (более 80-лет!) опыт производства абсолютных энкодеров. Для  задач  позиционирования  −  от  автоматизации  на производстве  до  мобильной  техники  −  необходима точная  и  актуальная  информация  о  положении  того или иного механического узла.
Абсолютные энкодеры регистрируют малейшие перемещения и преобразуют их в цифровой сигнал. Способность абсолютных энкодеров точно и быстро регистрировать угловое и линейное перемещение делает их важнейшим связующим звеном между механикой и системой управления. В ассортименте Posital широкий спектр механических исполнений энкодеров со всеми распространенными видами интерфейсов.

Материалы, технологии и опыт производителя

Высокие требования к применяемым материалам с учетом разных коэффициентов температурного расширения, применение подшипников проверенных поставщиков, специальные технологии выборки люфтов — это все влияет на такие важные параметры энкодера, как плавность и легкость вращения вала, долговечность и стабильность механических параметров. Еще в 1970 году ФРАБА разрабатывает первый в мире опто-электронный датчик углового положения и начинает его производство. Большой опыт работы и современные технологии производства делают продукцию этой компании непревзойденной по таким важным параметрам как: высокая надежность, низкие цены и кратчайшие сроки поставок. С годами у производителя, особенно у производителя концентрирующегося на производстве узкой линейки продукции, в данном случае производстве абсолютных энкодеров, за плечами оказываются колоссальный опыт, свои наработки и секреты.
Ниже представлены технологии лежащие в основе абсолютных энкодеров производства Posital Fraba, их отличия и особенности.

Оптические энкодеры

Современный абсолютный оптический энкодер является чрезвычайно сложным устройством. При разработке оптического энкодера с высоким разрешением разработчики сталкиваются с большим количеством противоречащих друг-другу  факторов, сильно влияющих на точность и надежность работы энкодера в течение длительного времени.

Принцип оптического измерения

Ключевым  компонентом  оптических  энкодеров является  установленный  на  валу кодовый  диск. Этот диск изготовлен из прозрачного материала,  имеющего  концентрический  рисунок  из прозрачных и непрозрачных участков. Инфракрасный свет  от  светодиода попадает  через  кодовый  диск на  ряд  фоторецепторов.  По  мере  поворота  вала уникальная комбинация фоторецепторов освещается светом,  прошедшим  сквозь  рисунок  на  диске.  Для многооборотных моделей существует дополнительный набор  кодовых  дисков,  установленных  в  зубчатом механизме.  По  мере  поворота  главного  вала датчика  эти  диски,  находящиеся  в  зацеплении  друг с  другом,  вращаются  наподобие  механизма  счетчика километража.  Положение  вращения  каждого  диска контролируется  оптически,  а  выход  представляет собой  информацию  о  количестве  оборотов  вала энкодера.

Функциональные возможности

Оптические  абсолютные  энкодеры  IXARC  POSITAL используют  высокоинтегрированную  технологию Opto-ASIC,  обеспечивающую  разрешение  до  16 бит  (65536 шагов)  за  оборот.  Для  многооборотных моделей  диапазон  измерения  увеличивается  за  счет механически  зацепляемых  кодовых  дисков  до  16384 (214) оборотов.

Преимущества оптических энкодеров

Оптические  энкодеры  обеспечивают  очень  высокое разрешение  и  точность,  а  также  превосходные динамические характеристики,  и  подходят  для использования  в  зонах  с  интенсивными  магнитными полями.  Поскольку  вращение  кодовых  дисков представляет собой полностью механический процесс, эти  устройства  не  могут  потерять  информацию об  абсолютном  положении  в  случае  временного отключения  питания  прибора.  Резервные  батареи  не требуются!

Конструкция энкодера

Основной проблематикой является наличие в одной конструкции большого количества механических, оптических и электронных взаимодействующих, но совершенно разных по природе компонентов. Так, механика имеет склонность к механическому износу. А на качество оптических элементов влияют в первую очередь такие факторы, как загрязнение, тускнение, изменение интенсивности излучения. Высокое разрешение энкодера требует использования оптического диска с высокой плотностью нанесенного на него трафарета. Для оптического/физического разрешения (а не интерполированного!) в 12 бит требуется диск с секторами делящими окружность на 4096 частей/меток. Чем компактнее энкодер и меньше диаметр диска, тем выше требования к оптике энкодера. Для распознавания такой плотности рисунка на диске необходимо располагать считывающую матрицу в непосредственной близости к диску. Минимальный зазор между вращающимся диском и считывающей матрицей предъявляет очень высокие требования к механике. Минимальное биение/люфт вала приведет к соприкасанию при вращении диска с считывающей матрицей и, как следствие, к повреждению нанесенного на диск трафарета. Износ механических частей энкодера или негерметичность корпуса ведет также к загрязнению оптики продуктами износа и попадающей снаружи пыли и, как следствие, искажению результатов измерения. Оптический диск является важным узлом энкодера. Под воздействием времени, перепадов температуры и мн. др. факторов свойства материала диска могут со временем меняться, например тускнеть и деформироваться. Первый фактор, в сочетании с теряющим интенсивность светодиодной подсветки, резко может снизить надежность работы и/или вызвать полный отказ в работе. Второй фактор может вызвать опасность соприкасания диска с матрицей при вращении вала энкодера с теми же вытекающими последствиями.

Магнитные энкодеры

Принцип магнитных измерений

Магнитные энкодеры определяют угловое положение с  использованием  магнитно-полевой  технологии. Постоянный  магнит,установленный  на  валу энкодера,  создает  магнитное  поле,  которое измеряется  датчиком,  формирующим  уникальное значение абсолютного положения.

Инновационная многооборотная технология

Многооборотные  магнитные  энкодеры  IXARC  POSITAL  используют  инновационную  технологию  для отслеживания количества оборотов, даже если оборот произошел  при  отключенном  питании  системы.  Для выполнения  этой  задачи  энкодеры  преобразуют вращение вала в электрическую энергию. Технология основана  на  эффекте  Виганда:  когда  постоянный магнит на  валу  энкодера  поворачивается  на определенный угол, магнитная полярность в „проводе Виганда“  резко  меняется,  создавая  кратковременный всплеск  напряжения  в  обмотке,  окружающей провод.  Этот  импульс  отмечает  поворот  вала,  а также  обеспечивает  питание  электронной  цепи, регистрирующей  данное  событие.  Эффект  Виганда происходит  в  любых  условиях,  даже  при  очень медленном  вращении,  и  исключает  потребность  в резервных батареях.

Преимущества магнитных энкодеров

Магнитные  энкодеры  являются  надежными, долговечными  и  компактными.  Конструкция,  не требующая  использования  батарей  и  не  имеющая зубчатых  передач,  обеспечивает  механическую простоту  и  более  низкую  стоимость  по  сравнению  с оптическими энкодерами.  Их  компактные  габариты позволяют использовать их в очень ограниченном пространстве.

Энкодер вращения — оптический или магнитный?

Этот вопрос однажды задали соучредителю группы компаний «Fraba» (он же директор компании Posital) в интервью журнала «Конструктор» при обсуждении темы внедрения новой магнитной технологии при производстве энкодеров вращения.
Ниже перевод публикации этого интервью.

Что говорят специалисты в отношении новой магнитной технологии?

Перевод публикации интервью с соучредителем группы компаний «Fraba» по теме внедрения новой магнитной технологии при производстве энкодеров вращения

Энкодеры вращения преобразуют угол поворота вала в электрический сигнал и работают на оптическом или магнитном принципе действия. Оптические энкодеры измеряют точнее, а магнитные по конструкции более стабильные и прочные — таково распространенное мнение. Соответствует ли это действительности на самом деле? Редакция журнала „Конструктор“ взяла интервью у соучредителя группы компаний «Fraba» и компании-производителя «Posital» с 50-и летним стажем разработки и производства абсолютных энкодеров из г. Кёльна.

Господин Лезер, являются ли на самом деле оптические энкодеры точнее магнитных?

Однозначно нет. В настоящее время оптические энкодеры больше не опережают магнитные по точности. Технология магнитных энкодеров  в последние годы позволила полностью перекрыть разрыв с оптической в отношении всех важных электрических параметров. Выпускаемые сегодня магнитные энкодеры уже достигают разрешения 16 бит при точности 0,09° и, таким образом, такие параметры, которые раньше были достижимы только оптическими энкодерами. Касательно оптических энкодеров мы говорим с позиции производителя абсолютных оптических энкодеров с 50 летним опытом работы. Оптические энкодеры мы производим начиная с 1963 года и это всегда являлось нашей основной специализацией. В 2013 году произошел настоящий переворот в соотношении технологий, когда был представлен магнитный энкодер достигающий по всем ключевым параметрам традиционные оптические системы.

Что позволило так значительно повысить возможности магнитных энкодеров?

Залогом успеха явился технологически качественный скачок, в котором важную роль сыграла удачная комбинация аппаратной и программной части магнитной системы.
Магнитные энкодеры нового поколения базируются на датчиках Холла, аналоговые сигналы которых обрабатываются быстрым 32-битным микроконтроллером в режиме реального времени. Сложные программные алгоритмы, разработанные специально для новых хай-тек чипов нашими IT-специалистами, обеспечивают прецизионную калибровку и гарантируют высочайшую точность новой серии магнитных энкодеров.

А в технологии оптических энкодеров имеется также прогресс в дальнейшем развитии, например, в отношении чувствительности к влажности, загрязнению, к ударным нагрузкам и вибрациям?

Также и здесь есть дальнейшее развитие, однако без значительных скачков  достигаемых результатов. Принципиально эта технология применяется в таком виде, как она существовала 50 лет назад. Сегодняшние оптические энкодеры меньше в размерах, имеют большее разрешение и частично механически прочнее и стабильнее прошлого поколения энкодеров. Однако в основе лежащая проблематика в отношении чувствительности к влажности, загрязнению и механическим воздействиям остаются и сегодня. Оптические системы по своей природе чувствительны ко всему, что может препятствовать надежной передаче сигнала от источника света на пути к чувствительным фото-рецепторам. В этом отношении магнитные энкодеры всегда были впереди. Будь то пыль, туман или сильная тряска — ничто не в состоянии так быстро нарушить работоспособность магнитного энкодера.

И все таки, имеются ли случаи применения, где оптические энкодеры предпочтительнее магнитных, например, в отношении устойчивости к магнитным полям?

Помехоустойчивость магнитных энкодеров у нас под надежным контролем благодаря специальным механизмам экранирования от магнитных полей. Даже в непосредственной близости от таких сильных источников помех, как электронного тормоза электродвигателя, наши магнитные энкодеры работают без проблем. Таким образом также и в вопросе магнитной устойчивости оптические энкодеры уже не имеют никаких преимуществ. Мы рассматриваем оптические энкодеры лишь в качестве дорогого решения для задач, где необходимо экстремально высокое разрешение, скажем, в 20 бит в обороте. В большинстве же случаев точность магнитных энкодеров предостаточна.

Какая технология энкодеров дает больше свободы машиностроителям в проектировании?

Магнитные энкодеры предлагают ощутимо больше возможностей и свободы в проектировании. Они значительно компактнее и легче оптических, которые в многооборотных моделях значительно массивнее магнитных за счет наличия в конструкции достаточно габаритного редуктора состоящего из нескольких оптических дисков. Магнитные энкодеры благодаря своей компактности позволяют их встраивать в очень ограниченные пространства машины или другого оборудования. Ну и очередной не малозначимый положительный фактор — более бюджетная цена. Одним словом совсем не удивительно, что магнитные энкодеры являются сейчас основным трендом и это признает большинство наших конкурентов.

что это, принцип работы, применение

Содержание:

Инкрементальные энкодеры, в отличие от абсолютных, выдают информацию о положении относительно положения в предыдущий момент времени. После включения питания вся информация о предыдущих перемещениях пропадает и положение вала становится неопределённым. Как правило в таком случае механизм приходится перемещать в некоторое известное положение для того чтобы информация о положении снова стала актуальной.

Применяемые технологии

Работа современных энкодеров базируется на использовании определенных физических принципов, основными из которых являются магнитный, ёмкостной и оптический. Для определения положения объекта ёмкостной принцип предполагает использование изменений электрического поля, магнитный – изменений магнитного поля, оптический – изменений пучков света.

Оптические

Оптические датчики угла поворота используют изменения световых пучков, происходящие во время кругового движения кодового диска, с которым взаимодействуют пучки света. Работа оптических энкодеров основана на двух схемах: пропускательной и отражательной.

В случае пропускательной схемы световые пучки попадают на фотоприемники после прохождения через узкие отверстия в кодовом диске.

При отражательной схеме на кодовом диске происходит чередование зеркальных и рассеивающих участков. Отражающийся от зеркальных участков свет, попадает в приёмник оптического излучения.

Кодовый диск инкрементного энкодера (слева) и абсолютного энкодера (справа)

Магнитные

Магнитные энкодеры для работы используют изменения магнитного поля, которые происходят во время кругового движения кодового диска. В зависимости от способа измерения изменений, магнитные датчики углов поворота делятся на следующие виды:

  • индуктивные – изменения, происходящие с магнитным полем, измеряются по изменениям взаимной индуктивности обмоток, находящихся на неподвижной и вращающейся части энкодера;
  • магнитно-резистивные – в таких датчиках в качестве чувствительного элемента используются материалы, которые в магнитном поле изменяют свое сопротивление;
  • на датчиках Холла – изменения магнитного поля оцениваются с помощью датчиков на эффекте Холла.

Ёмкостные

Принцип действия базируется на оценке изменений электрического поля, которые происходят при круговом движении кодового диска специальной конфигурации. Изменения емкости конденсатора, образованные вращающимся кодовым диском и обкладками на неподвижной части энкодера, является основанием для оценки электрического поля.

Выходной сигнал

Выходной сигнал инкрементального энкодера чаще всего представляет собой 2 импульсных сигнала со скважностью 50% сдвинутых  относительно друг друга на 90°. Сигналы с этих двух каналов (квадратура выхода (обычно A и B)) позволяют определить направление вращения энкодера и величину углового перемещения. Направление вращения определяется опережением или отставанием импульсов одного из каналов относительно второго канала. Величина перемещения определяется по количеству импульсов на этих двух каналах.  Для обработки выходного сигнала применяются специализированные счётчики импульсов, либо отдельно стоящие либо интегрированные в микропроцессоры , микроконтроллеры или ПЛК. В зависимости от способа обработки сигнала с энкодера можно  получать информацию о положении или о скорости. Такая гибкость позволяет широко применять энкодеры в современных системах автоматического управления в качестве датчиков обратной связи по обоим этим величинам.

В ряде случаев энкодер оснащается третьим каналом – индексным (обозначают I или Z). Импульс на нём появляется один раз за полный оборот энкодера. Этот импульс позволяет контролировать показания с каналов A и B, а также облегчает привязку показаний инкрементального энкодера к реальному положению механизма.

Основные параметры

Разрешение

Разрешение инкрементального энкодера определяет какое минимальное перемещение вала датчика приводит к изменению сигнала на выходе датчика. У всех инкрементальных энкодеров разрешение приводится в полных циклах на один оборот. Под одним полным циклом подразумевается полный цикл измерения сигналов на двух основных каналах энкодера (A и B). При обработке сигнала инкрементального энкодера часто пользуются подсчётом импульсов «с учетверением». В этом случае подсчитывается каждый фронт (передний и задний) по обоим основным каналам энкодера A и B. Легко видеть что за время полного цикла таких фронтов будет 4 – 2 по каналу A и 2 по каналу B. Таким образом при такой обработке количество отсчётов на один оборот энкодера будет в 4 раза больше чем разрешение указанное в полных циклах.

Интерфейс

Все инкрементальные энкодеры имеют интерфейс в виде двух импульсных сигналов, а некоторые имеют и дополнительный индексный канал. Отличия могут заключаться в напряжении импульсных сигналов и в наличии дифференциального выхода (драйвера линии).

Импульсный сигнал формируемый на выходе инкрементального энкодера  принимает 2 значения – максимальное и минимальное. Минимальное значение в большинстве случаев соответствует нулю. Максимальное значение может быть или фиксированным (напр. 3,3 В, 5 В) так и зависеть от напряжения питания поданного на энкодер (например на 1В или на 2 В меньше напряжения питания).

По способу формирования выходного сигнала можно выделить энкодеры:

  • с несимметричным выходом
  • с дифференциальным выходом (с драйвером линии).

В случае несимметричного выхода сигналы всех трёх импульсных каналов формируются относительно общей точки источника питания (0 источника питания). Такой сигнал достаточно прост при использовании и экономичен с точки зрения числа подключаемых проводов, однако уязвим для электромагнитных помех в случае передачи по проводам значительной длины. Сигнал энкодеров с дифференциальным выходом лишён этого недостатка. Для каждого канала при помощи специального формирователя вместо одного сигнала формируется пара сигналов – нормальный и логически инверсный,  а соответствующий приёмник принимает сигнал по разности этой пары сигналов. Это позволяет устойчиво передавать сигнал по длинным проводам (десятки и сотни метров) даже при наличии помех.

Скорость вращения

Важным параметром о котором не следует забывать является максимальная скорость вращения при которой происходит корректная выдача выходного сигнала. Именно от него зависит можно ли будет установить инкрементальный энкодер на валу скоростных бесколлекторных двигателей или же его можно будет использовать только на выходе мотор-редукторов и сравнительно медленных моментных двигателей.

Когда применяют инкрементальные энкодеры

Вопрос о том какие энкодеры предпочтительней применить в той или иной системе неразрывно связан с требованиями, предъявляемыми к ней. Если сразу после подачи питания на систему датчик должен выдавать правильное положение, то тогда лучше применить абсолютный энкодер. А если после старта допускается период подготовки системы к работе когда можно провести вывод механизма в нулевое положение, то тогда можно применять инкрементальный энкодер.

Инкрементные энкодеры имеют более простую конструкцию, поэтому среди них можно найти модели очень компактных размеров, недостижимых для абсолютных датчиков. Этим определяется применение инкрементных энкодеров в малогабаритных системах.

Если энкодер используется только для определения скорости вращения механизма, то для выполнения этой функции достаточно инкрементного энкодера.

Области применения

Инкрементальные энкодеры являются одним из самых распространённых датчиков в современных сложных технических системах. Вот лишь некоторые примеры:

  • Медицинская техника
  • Автоматизированное тестовое и диагностическое оборудование
  • Самодвижущиеся роботоподобные устройства
  • Системы контроля доступа
Читать дальше:

Поворотный энкодер — Balluff

кодеры от компании Balluff используются там, где требуется захват механических значений углов поворота. Обнаруженные движения преобразуются в электрические сигналы и помогают с высокой точностью позиционировать все важные детали машины. прочная обработка поворотных энкодеров позволяет использовать их даже в экстремальных условиях, например, в области пищевой промышленности и упаковки, мобильных рабочих машин, а также в машиностроении. У нас вы найдете подходящий энкодер для ваших задач, будь то абсолютный или инкрементный энкодер.

Инкрементные энкодеры для контроля скорости и определения положения ваших машин и систем

Инкрементные энкодеры записывают данные вашей машины в сравнении с последним сбором данных. Для этого при каждом включении машин, а значит и датчиков, определяются эталонные значения. Инкрементные энкодеры выдают точно определенное количество импульсов на оборот. Сигнал служит мерой пройденного угла или расстояния. Чем больше сигналов выдается на один оборот, тем выше разрешение инкрементальных энкодеров и тем точнее измерения и управление вашими производственными системами. С помощью наших инкрементальных энкодеров вы контролируете и надежно управляете скоростью вращения и скоростью ленты ваших станков и установок, но вы также можете использовать их для измерения угла с высоким разрешением. Интерфейсы инкрементальных энкодеров включают ABZ, sin/cos, TTL (транзисторно-транзисторная логика) и HTL (высокопороговая логика), что соответствует общепринятым и установленным требованиям к интерфейсам в промышленности.

Обзор основных характеристик и преимуществ инкрементного энкодера

Абсолютные энкодеры для любых задач позиционирования: высокоточное позиционирование и надежный сбор данных в промышленности

Абсолютные энкодеры определяют положение и, в отличие от инкрементных энкодеров, присваивают каждому сигналу уникальное угловое положение или уникальное значение. С нашими абсолютными энкодерами вы знаете, где находятся ваши машины в любой момент, даже в случае отключения электроэнергии. Абсолютные датчики не требуют эталонного значения или эталонного прогона при каждом включении машины. Таким образом, данные вашей машины не теряются при выключении энкодера. Интерфейсы абсолютных энкодеров включают RS485, SSI и CAN open.

Обзор основных характеристик и преимуществ абсолютных энкодеров

Многооборотный энкодер в сравнении с однооборотным энкодером

В поворотных энкодерах кодированные выходные сигналы повторяются с каждым новым оборотом вала. Однооборотные энкодеры имеют диапазон измерения 360 градусов, т.е. ровно один оборот. Если вал поворачивается более чем на 360 градусов, выходные параметры последующих оборотов снова соответствуют сигналу первого оборота. Поэтому без дополнительной обработки данных или соответствующей оценки или контроля выходного сигнала невозможно сделать заключение о сумме полных оборотов, уже сделанных на основе отдельных точек данных однооборотным датчиком.

Многооборотные энкодеры, с другой стороны, позволяют измерять диапазон измерения, который соответствует более чем 360 градусам. Таким образом, энкодеры могут выдавать отчетливый выходной сигнал для каждого положения вала на более чем 8 триллионов оборотов. Выходной сигнал от энкодеров определяется количеством оборотов и положением вала в пределах одного оборота и является уникальным в пределах дисперсии сигнала, составляющей максимум 8,8 триллиона оборотов. Это позволяет получить достоверную и всегда надежную информацию и о уже совершенных оборотах датчика.

Оптический энкодер: Высочайшее разрешение и точность благодаря нашему оптическому принципу измерения

Оптические поворотные энкодеры — это датчики, использующие оптический принцип измерения, которые работают очень точно и с высочайшим разрешением изображения и генерируют цифровые импульсы. Оптический кодер состоит из прозрачного кодового диска, который освещается светодиодом и преобразует полученные данные в электрические сигналы. Оптический принцип измерения обеспечивает высочайшую точность сбора данных. Это делает оптические поворотные энкодеры идеально подходящими для использования в технологии автоматизации.

Магнитные энкодеры: надежное решение для суровых условий эксплуатации

Магнитные энкодеры компании Balluff особенно подходят для использования в жестких условиях окружающей среды, например, при экстремальных температурах. Они нечувствительны к ударам и вибрации и являются универсальным надежным решением среди энкодеров для применения в тяжелой промышленности или станках. Области применения не ограничены, так как компактная конструкция позволяет использовать их даже в самых маленьких деталях машин.

Соберите подходящий для вас энкодер с помощью нашего конфигуратора энкодеров

С помощью нашего конфигуратора энкодеров вы можете быстро и легко найти идеальный энкодер для вашего применения из 1,8 миллиона вариантов. Инкрементные или абсолютные, магнитные или оптические — наши энкодеры соответствуют вашим требованиям.

Оптические энкодеры

: что нужно знать

Что такое оптический энкодер?

Оптический энкодер — это тип поворотного энкодера, в котором используется датчик для определения изменения положения при прохождении света через колесо или диск энкодера с рисунком.

Оптический энкодер состоит из четырех компонентов:

  • Источник света (светодиод)
  • Датчик А
  • Подвижный диск
  • Фиксированная маска

Светодиод светит с одной стороны оптического энкодера.На колесе или диске энкодера есть ряд дорожек, похожих на концентрические канавки на пластинке. Маска имеет соответствующую дорожку для каждой дорожки на диске оптического кодера, а вдоль дорожек в маске прорезаны небольшие перфорации, называемые окнами. По мере движения диска различные окна в маске закрываются или открываются, показывая движение и положение оптического энкодера. Каждая дуга в вращении указывает другое положение и имеет различный шаблон открытых/закрытых окон.Датчик за маской идентифицирует текущий шаблон оптических энкодеров.

Каждый датчик представляет один единственный сигнал для оптического энкодера. Трек может содержать два датчика, которые смещены, чтобы давать два немного разных сигнала, выдаваемых одновременно. Эти сигналы смещения могут использоваться механизмом оптического кодировщика для определения более подробной информации о движении, такой как скорость. Вторая дорожка может использоваться для подачи индексного импульса один раз за оборот, обеспечивая метод ориентации сигналов.

Еще более надежным родственником базовых оптических энкодеров с маской являются оптические поворотные энкодеры с фазированной решеткой. Оптические энкодеры с фазированной решеткой используют несколько выходных сигналов для усреднения вместе, чтобы создать единый сигнал, который выдается двигателем. Эти множественные сигналы, которые используются оптическим энкодером, называются массивом. Используя средние значения вместо одного показания, оптические энкодеры с фазированной решеткой имеют гораздо более стабильные сигналы, поэтому их можно использовать в менее стабильных условиях, таких как горнодобывающая промышленность или тяжелое производство, где вибрации или удары могут повлиять на традиционный оптический энкодер с маской.Они требуют меньшей точности при установке, чем традиционные оптические энкодеры с маской.

Как работают оптические энкодеры…

Понимание того, как работают оптические энкодеры, особенно поворотные энкодеры, может помочь вам устранить (и понять) проблемы с энкодерами на ваших буровых установках.

Сначала основы:

Практически все оптические энкодеры работают одинаково. Светодиод (обычно инфракрасный) светит через кодирующий диск с линиями, которые прерывают луч света на фотодатчик.(Некоторые редкие отражают свет от отражающего диска энкодера со светлыми/темными областями вместо того, чтобы пропускать свет, но другие принципы энкодера идентичны).

Но это не так просто, как пропустить луч через диск энкодера в реальном мире и получить прямоугольную последовательность импульсов на выходе.

Световые лучи светодиодов

расходятся или рассредоточиваются, поэтому на датчике оптического энкодера будут множиться «нечеткие» тени. Датчик энкодера хочет видеть четкие включения/выключения, когда линии проходят перед светодиодным лучом энкодера.Чтобы начать решать эту проблему, производители энкодеров добавляют линзы поверх светодиода. Это делает световые лучи почти параллельными.

Диск энкодера содержит линии, которые прерывают луч. Опять же, в идеале производитель энкодера хочет, чтобы линии были как можно более четкими, чтобы на датчике энкодера производились четкие переходы от темного к светлому и от светлого к темному. Производители энкодеров уже много лет используют стеклянные энкодеры в энкодерах станков. Линии могут быть нанесены на стеклянный диск с большой точностью.Однако стеклянные диски энкодера имеют серьезные проблемы с долговечностью в тяжелых условиях, таких как бурение нефтяных скважин. Поэтому производители оптических поворотных энкодеров для промышленного применения перешли на металлические диски с протравленными отверстиями, пластиковые диски или сверхармированное стекло.

Каждый из этих типов поворотных энкодеров имеет ограничения. Диск энкодера из сверхармированного стекла по-прежнему является стеклянным и может выйти из строя при сильных ударах и вибрации при сверлении или других тяжелых условиях.Пластиковые диски энкодера изгибаются под действием вибрации, что может привести к ошибкам в измерении скорости или положения. Металлические диски энкодера также могут гнуться, а крошечные отверстия диска энкодера могут забиваться пылью или мусором.

Говоря о пыли и мусоре, они представляют собой огромную проблему для всех оптических энкодеров, независимо от типа диска. Они могут блокировать свет, как линия на диске поворотного энкодера, вводя в заблуждение сенсорную систему энкодера. Это создает ошибки скорости для инкрементальных энкодеров и ошибки положения для абсолютных энкодеров.

Вода? Кто-то сказал жидкости? Единственная капля жидкости на диске поворотного энкодера действует как линза, преломляющая свет. Теперь положение энкодера измеряется неточно. Что еще хуже, если оптический энкодер нагревается, влага может испариться! Теперь неисправный квадратурный энкодер снова заработал!

Теперь давайте посмотрим, что происходит на другой стороне диска поворотного энкодера.

На этой стороне диска энкодера в большинстве оптических поворотных энкодеров находится «маска», которая представляет собой набор линий, точно соответствующих диску.Пропуская свет через маску энкодера, переходы включения/выключения становятся более резкими. (Опять же, цель оптических энкодеров — четко различать светлые и темные области для точного измерения движения).

Затем свет падает на набор фотодетекторов энкодера. Обычно это кремниевые полупроводниковые элементы, тесно связанные с солнечными элементами. Больше света позволяет течь большему количеству электронов; темнота препятствует потоку электронов. Вот изображение фотоэлемента; К сожалению, в этом энкодере вращающийся диск задел датчик энкодера, разрушив его и оставив видимый след.

Таким образом, несмотря на все усилия по созданию четких переходов от света к темноте, вы можете подумать, что выходной сигнал фотодатчика энкодера будет прямоугольным, как показано на первом рисунке выше. Но это не так — это синусоидальная (и косинусоидальная) волна.

Производители большинства поворотных энкодеров добавляют схемы компараторов для создания прямоугольных импульсов в квадратурных энкодерах. инкрементальные энкодеры.

Теперь выход компараторов почти готов для использования заказчиком.Большинство производителей инкрементальных энкодеров добавляют к выходу микросхему линейного драйвера. Микросхема драйвера линии энкодера предназначена для обеспечения дифференциального квадратурного выхода (A, A/, B, B/), обеспечения достаточной мощности для передачи сигнала энкодера по длинным проводам и защиты энкодера от ошибок проводки.

Большинство поворотных энкодеров теперь также добавляют импульс маркера с дополнительным сигналом, называемым (Z и Z/), индексом или многими другими названиями. Для получения дополнительной информации о сигналах поворотного энкодера и информации о проводке энкодера см. наш блог о предотвращении сбоев энкодера.

Абсолютные поворотные оптические энкодеры похожи на оптические поворотные инкрементные энкодеры, но у них больше линий и больше датчиков. В следующем блоге мы рассмотрим абсолютные оптические энкодеры, их отличия и сходства с инкрементными энкодерами.

Для получения дополнительной информации об устранении сбоев (оптических) энкодеров на буровых установках загрузите нашу белую книгу

Прекращение простоев, связанных с энкодером, в приложениях для бурения нефтяных и газовых скважин. Часть 1 серии: Энкодеры верхнего привода

    

 

Основы и области применения энкодеров. Часть 1. Оптические энкодеры

В широком диапазоне приложений необходимо точно определять движение вала вращения и знать его положение, скорость или даже ускорение.Для этого к узлу двигатель/вал добавляется компонент, называемый валом или энкодером. (Обратите внимание, что термин «поворотный энкодер» часто сокращается до простого «энкодера», но важно не путать этот «энкодер» со многими другими типами используемых электромеханических и электронных энкодеров, например, с теми, которые кодируют данные. из одного формата в другой.)

Хотя можно использовать щетку, чтобы коснуться проводящей части на валу и таким образом замкнуть цепь, аналогичную коммутатору двигателя постоянного тока, разрешение и долговременная надежность этого подхода недостаточны.Вместо этого используется бесконтактный энкодер.

В: Как реализованы энкодеры?
A:
В двух наиболее распространенных подходах к реализации поворотного энкодера используются оптическая и магнитная технологии. У каждого подхода есть характеристики, которые делают его подходящим (или не очень подходящим) в некоторых ситуациях. Оба являются «цифровыми» в том смысле, что они генерируют импульсы, соответствующие вращательному движению, а не аналоговый сигнал, который каким-то образом связан с углом наклона вала.

В: Каковы функциональные элементы оптического энкодера?
A:
Оптический энкодер имеет светодиодный источник света, детектор света, «кодовый» диск/колесо, установленный на валу, и процессор выходного сигнала, Рисунок 1 .Диск имеет чередующиеся непрозрачные и прозрачные сегменты и помещается между светодиодом и детектором, поэтому он периодически прерывает луч светодиода при вращении. Детектор реагирует на серию световых импульсов, которые он получает, и отправляет эту информацию процессору, который фактически извлекает информацию о движении (как о степени вращения, так и о направлении).

Рис. 1. Принцип работы оптического энкодера прост: генерировать электрический импульс каждый раз, когда свет проходит через одну из многочисленных прорезей во вращающемся кодовом колесе.(Источник изображения: компания Encoder Products)

 

В: Как определяется направление вала?
A:
Кодер использует «квадратурный» принцип, при котором один световой луч разделяется на два параллельных луча, называемых A и B. обнаруживаются отдельно. Относительная фаза между выходами A и B указывает, в каком направлении вращается энкодер и, следовательно, вал, Рисунок 2 .Эти два выходных сигнала определяют направление вращения, обнаруживая опережающий или отстающий сигнал в их фазовом соотношении.

Рис. 2: Используя квадратурные сигналы (два сигнала, сдвинутые по фазе на 90°) и глядя на их относительную разницу опережения/запаздывания по мере их появления, можно быстро и легко определить направление вращения. (Источник изображения: Anaheim Automation)

 

В: Каковы функции сигнального процессора?
A:
Две роли процессора сигналов заключаются в усилении и «выравнивании» квадратурных выходных сигналов фотодетекторов A и B для создания цифровых выходных импульсов, а также в индикации их относительной фазы путем управления выходным сигналом направления.Используя эти два сигнала — один для импульсов вращения на кодовом колесе, а другой для направления, определяемого квадратурной фазой, — система может определить как скорость, так и направление вращения.

В: Какие два основных класса кодировщиков наиболее часто используются?
A:
Энкодеры делятся на два больших класса: инкрементальные (относительные) и абсолютные. В инкрементальном энкодере выходной сигнал энкодера указывает только на переход от одной позиции к другой; в абсолютном энкодере выходной сигнал показывает фактический угол вала по отношению к точке «ноль градусов».Некоторым приложениям требуется абсолютная индикация, но во многих случаях требуется только инкрементная индикация.

В: Как насчет ситуации с включением питания?
A:
Абсолютный энкодер может указывать угол наклона вала после подачи питания. Инкрементный энкодер может сообщить об этом только после применения операции «обнуления» после включения питания. Вы, вероятно, видели и слышали эту последовательность в действии при включении такого устройства, как струйный принтер: при включении каретка полностью скользит к одному концу, чтобы установить нулевое показание, а затем использует приращение от этой точки вперед.

В: Какое разрешение можно получить с помощью кодового колеса?
A:
Кодовое колесо определяет разрешение энкодера. Теоретически светлые/темные щели можно сделать тоньше и сузить, чтобы увеличить разрешение, но свет проходит через соседние щели (перекрестные помехи) и вызывает ошибки восприятия. На практике разрешение в 12 бит — одна часть на 4096 — является практичным. Некоторые оптические энкодеры очень высокого класса с большим диаметром могут достигать разрешения, в пять раз превышающего это значение.

В: Почему возникают некоторые другие проблемы с кодовым колесом?
A:
Кодовое колесо может быть изготовлено из стекла для получения «самых чистых» линий и высочайшей стабильности, но стекло хрупкое и дорогое, Рисунок 3 .Некоторые энкодеры вместо этого используют гораздо более дешевый майлар, но этот материал также может не удерживать линии. Другие используют химически травленый металл, который по стоимости находится между майларом и стеклом, но более прочный. У каждого материала кодового диска есть компромисс между производительностью и стоимостью.

Рис. 3. Кодовое колесо лежит в основе оптического энкодера. стеклянные версии, такие как эта, имеют некоторые преимущества в разрешении и стабильности, но также имеют недостатки в стоимости и прочности. (Источник изображения: Thin Metal Parts)

Механические параметры кодового колеса имеют решающее значение для производительности энкодера., Он должен быть не только стабильным по размерам, но и его внутренний диаметр (который принимает вал ротора) и внешний диаметр (где считываются линии) должны быть идеально выровнены и концентричны. В противном случае кодовое колесо не будет сбалансировано и, следовательно, будет вибрировать на более высоких скоростях вращения, что приведет к преждевременному выходу из строя энкодера. Кроме того, по тем же причинам кодовое колесо должно устанавливаться на этом валу без «перекосов».

В: Какие еще проблемы с оптическим кодировщиком?
A:
В целом, оптические энкодеры надежны (при правильном использовании), но имеют некоторые потенциальные недостатки.Во-первых, это хорошо известное затемнение светодиодов с течением времени. Во-вторых, они не герметизированы, поэтому грязь, песок, масло и другие загрязнения могут попасть между слоями узла светодиод/кодовое колесо/фотодетектор и повлиять на надежность. В-третьих, они не подходят для высокотемпературной работы из-за светодиода и фотоприемника. Наконец, само кодовое колесо представляет собой проблему, если оно меняет размеры в зависимости от температуры.

В: Можно ли использовать оптический энкодер для получения информации об абсолютном положении?

Рис. 4. При использовании обычного двоичного кодирования между соседними отсчетами (верхний диск) может измениться более одного бита, в то время как при кодировании в градациях серого только один бит может измениться от одного отсчета к следующему, более низкому или более высокому.(Источник изображения: К. Крейг, NYU Engineering)

A: Да, но это сложно. Вместо простой серии слотов кодового колеса колесо имеет набор двоичных шаблонов, обычно использующих код Грея (код, в котором соседние позиции отличаются только одним битом), рис. 4 , что позволяет избежать неоднозначности при переключении битов. Затем несколько датчиков используются для одновременного считывания шаблона в линии, расходящейся от вала наружу.

 

Другой подход заключается в использовании отдельной дорожки (называемой дорожкой Z) на кодовом колесе, в котором один слот используется только для индексации.Это воспринимается отдельно и используется для генерации одиночного импульса каждый раз, когда индексная щель проходит через отдельный фотодетектор. Чтобы использовать эту схему, система должна объединить информацию об индексном импульсе и инкрементных импульсах. Обратите внимание, что с абсолютным энкодером конструкция системы может быть упрощена, поскольку нет необходимости выполнять контрольный цикл или функцию возврата в исходное положение для определения истинного положения машины.

В: Какова стоимость оптического энкодера? Какая мощность ему нужна?
A:
Цены зависят от разрешения и прочности, но примерный диапазон составляет от 1 до 5 долларов за штуку, включая полностью кондиционированные квадратурные выходы.Большинству оптических энкодеров требуется один источник постоянного тока, обычно 5 В при токе около 50 мА.

Часть 2 часто задаваемых вопросов будет посвящена магнитному энкодеру, альтернативе оптическому энкодеру.

Оптические энкодеры | Авторизованный дистрибьютор

Оптический энкодер — это устройство, состоящее из светодиодного источника света и фотодиодного детектора, заключенных в светонепроницаемый корпус. Они, как правило, представляют собой вращающиеся энкодеры, центральный вал, вращающий диск с периодически расположенным рисунком окон, хотя они также могут быть линейными энкодерами для считывания таких вещей, как кодовые полоски.Они могут быть смонтированы на панели и предназначены для механической установки на вал, ручку или часть какого-либо механического устройства для обнаружения движения.

Оптические энкодеры могут иметь функцию инкрементного или абсолютного кодирования. Абсолютные энкодеры имеют оптические шаблоны, относящиеся к положению, которые выводятся из энкодера либо в виде комбинации уровней двоичного сигнала на выходных контактах, либо закодированы в формате, подобном двоично-десятичному, или в виде кода Грея. Они обычно определяются как имеющие ряд положений, которые являются фазами вокруг 360 градусов круга.Обозначает возможную для энкодера точность измерения вращения.

Большинство оптических энкодеров являются инкрементными энкодерами. Они имеют фиксированный шаблон, который вращается между светодиодным источником света и фотодиодным детектором. Выход энкодера представляет собой импульсный сигнал, частота которого связана со скоростью вращения вала. Многие оптические энкодеры имеют два выхода, которые обнаруживают физический сдвиг шаблона на 90 градусов относительно периодического шаблона. Когда вал вращается, шаблон перемещается в одном или другом направлении, и на двух выходах будет присутствовать последовательность импульсов.Соотношение опережения/запаздывания двух импульсов используется для определения направления вращения. Они называются квадратурными энкодерами. Важным параметром является количество импульсов на оборот. Это не определяет точность измерения оптического энкодера относительно скорости вращения, но ограничивает способность энкодера обнаруживать изменения между фазами положений. Изменения частоты последовательности выходных импульсов являются мерой интеграла ускорений по фазовым положениям.

Оптические энкодеры можно определить по минимальному количеству оборотов, при которых вал гарантированно работает. Они могут иметь защиту от воды и пыли для использования в экстремальных условиях. Они также могут быть доступны в высокотемпературных диапазонах, а независимость от температуры является большим преимуществом оптических энкодеров по сравнению с другими технологиями. Иногда энкодеры имеют встроенные переключатели, и они доступны в различных ориентациях и стилях клемм. Подробнее Читать меньше

Оптические и магнитные, инкрементальные и поворотные

Что такое энкодер?

Энкодер — это датчик механического движения, генерирующий цифровые сигналы в ответ на движение.Как электромеханическое устройство, энкодер может предоставить пользователям системы управления движением информацию о положении, скорости и направлении. Существует два различных типа энкодеров: линейные и поворотные. Линейный энкодер реагирует на движение по траектории, а поворотный энкодер реагирует на вращательное движение. Кодировщик обычно классифицируется по средствам его вывода. Инкрементальный энкодер генерирует серию импульсов, которые можно использовать для определения положения и скорости. Абсолютный энкодер генерирует уникальные битовые конфигурации для непосредственного отслеживания позиций.

Блок-схема энкодеров

Основные типы энкодеров

Линейные и угловые энкодеры делятся на два основных типа: абсолютный энкодер и инкрементный энкодер. Конструкция этих двух типов энкодеров очень похожа; однако они различаются по физическим свойствам и интерпретации движения.

Инкрементальный энкодер


Односторонний энкодер

Инкрементальный поворотный энкодер также называется квадратурным энкодером.В этом типе энкодера используются датчики, использующие оптический, механический или магнитный индекс для угловых измерений.

Как работают инкрементальные энкодеры?

В инкрементальных поворотных энкодерах используется прозрачный диск, который содержит непрозрачные участки, расположенные на равном расстоянии друг от друга для определения движения. Светоизлучающий диод используется для прохождения через стеклянный диск и обнаруживается фотодетектором. Это заставляет энкодер генерировать последовательность равноотстоящих импульсов при вращении.Выходной сигнал инкрементных поворотных энкодеров измеряется в импульсах на оборот, что используется для отслеживания положения или определения скорости.

Одноканальный выход обычно применяется в приложениях, в которых направление движения не имеет значения. В случаях, когда важно определение направления, используется 2-канальный квадратурный выход. Два канала, A и B, обычно сдвинуты по фазе на 90 электрических градусов, и электронные компоненты определяют направление на основе соотношения фаз между двумя каналами.Положение инкрементного энкодера определяется путем сложения всех импульсов счетчиком.

Отказ инкрементного энкодера – это потеря счета, возникающая при отключении питания. При перезапуске оборудование должно быть переведено в исходное положение для повторной инициализации счетчика. Однако некоторые инкрементальные энкодеры, например те, которые продаются в Anaheim Automation, оснащены третьим каналом, называемым индексным каналом. Индексный канал выдает один импульс сигнала за один оборот вала энкодера и часто используется в качестве эталонного маркера.Контрольный маркер затем обозначается как начальная позиция, которая может возобновить подсчет или отслеживание позиции.

ПРИМЕЧАНИЕ. Инкрементальные энкодеры не так точны, как абсолютные энкодеры, из-за возможности помех или неправильного считывания.

Абсолютный энкодер

Абсолютный энкодер содержит компоненты, которые также присутствуют в инкрементальных энкодерах. Они реализуют фотодетектор и светодиодный источник света, но вместо диска с равномерно расположенными линиями на диске абсолютный энкодер использует диск с узорами концентрических кругов.

Как работают абсолютные энкодеры?

Абсолютные энкодеры используют неподвижную маску между фотодетектором и диском энкодера, как показано ниже. Выходной сигнал, генерируемый абсолютным энкодером, представляет собой цифровые биты, соответствующие уникальной позиции. Битовая конфигурация создается светом, попадающим на фотодетектор при вращении диска. Полученная световая конфигурация преобразуется в код Грея. В результате каждая позиция имеет свою уникальную битовую конфигурацию.

Датчик линейных перемещений

Линейный энкодер представляет собой датчик, преобразователь или считывающую головку, соединенную со шкалой, которая кодирует положение. Датчик считывает показания шкалы и преобразует положение в аналоговый или цифровой сигнал, который преобразуется в цифровое считывание. Движение определяется изменением положения во времени. Как оптические, так и магнитные линейные энкодеры работают с использованием этого типа метода. Тем не менее, именно их физические свойства делают их разными.

Как работают оптические датчики линейных перемещений?

Источник света и линза создают параллельный пучок света, который проходит через четыре окна сканирующей сетки. Четыре окна сканирования сдвинуты друг от друга на 90 градусов. Затем свет проходит через стеклянную шкалу и регистрируется фотодатчиками. Затем весы преобразуют обнаруженный световой луч при перемещении блока сканирования. Обнаружение света фотодатчиком производит синусоидальные выходные волны.Затем система линейного энкодера объединяет сдвинутые сигналы для создания двух синусоидальных выходных сигналов, которые симметричны, но сдвинуты по фазе друг от друга на 90 градусов. Опорный сигнал создается, когда пятый шаблон на сканирующей сетке совмещается с идентичным шаблоном на шкале.

Как работает датчик линейных перемещений?

Система линейного энкодера использует считывающую головку магнитного датчика и магнитную шкалу для получения TTL или аналогового выходного сигнала для каналов A и B.Когда магнитный датчик проходит вдоль магнитной шкалы, датчик обнаруживает изменение магнитного поля и выдает сигнал. Эта частота выходного сигнала пропорциональна скорости измерения и смещению датчика. Поскольку линейный энкодер обнаруживает изменение магнитного поля, помехи света, масла, пыли и мусора не влияют на этот тип системы; поэтому они обеспечивают высокую надежность в суровых условиях.

Магнитный датчик вращения

Магнитный энкодер состоит из двух частей: ротора и датчика.Ротор вращается вместе с валом и содержит чередующиеся, равномерно расположенные северный и южный полюса по его окружности. Датчик обнаруживает эти небольшие смещения в положении N>>S и S>>N. Существует множество методов обнаружения изменений магнитного поля, но в энкодерах используются два основных типа: эффект Холла и магниторезистивное сопротивление. Датчики на эффекте Холла работают, обнаруживая изменение напряжения за счет магнитного отклонения электронов. Магниторезистивные датчики обнаруживают изменение сопротивления, вызванное магнитным полем.

Обнаружение на эффекте Холла
Датчик генерирует и обрабатывает сигналы на эффекте Холла, создавая квадратурный сигнал, как это обычно бывает с оптическими энкодерами. Выходные данные формируются путем измерения распределения магнитного потока по поверхности чипа. Выходная точность зависит от радиального расположения ИС по отношению к целевому магниту. Поверхность чипа должна быть параллельна магниту, чтобы воздушный зазор между магнитом и датчиком был одинаковым по всей поверхности датчика.

Магнитные энкодеры избегают трех уязвимых мест, с которыми сталкиваются оптические энкодеры:
     • Нарушения герметичности, которые допускают попадание загрязняющих веществ
     • Оптический диск может разрушиться во время вибрации или удара
     • Выход из строя подшипников а также дает возможность уменьшить количество отказов подшипников.Магнитные энкодеры не делают ошибок из-за загрязнения, потому что их датчики обнаруживают изменения магнитных полей, встроенных в ротор, а масло, грязь и вода не влияют на эти магнитные поля.

Датчики Холла

обычно дешевле и менее точны, чем датчики магнитного сопротивления. Это означает, что датчики на эффекте Холла при использовании в энкодере производят больше «джиттера» или ошибки в сигнале, вызванной изменениями датчика.

Коммутационные энкодеры

Коммутационный энкодер содержит те же основные компоненты, что и инкрементальные энкодеры, но с добавлением коммутационных дорожек вдоль внешнего края диска для вывода U/V/W.

Как работают коммутационные энкодеры?

В коммутационных энкодерах

используется прозрачный диск, который включает в себя непрозрачные участки, расположенные на равном расстоянии друг от друга для определения движения. Светоизлучающий диод используется для прохождения через стеклянный диск и обнаруживается фотодетектором. Это заставляет энкодер генерировать последовательность равноотстоящих импульсов при вращении. Выходной сигнал инкрементных поворотных энкодеров измеряется в импульсах на оборот, что используется для отслеживания положения или определения скорости.

Внешняя часть диска энкодера включает коммутационные дорожки, которые предоставляют контроллеру информацию о точном положении полюсов двигателя, так что на двигатель может подаваться правильный входной сигнал контроллера. Коммутационные дорожки энкодера считывают положение двигателя и инструктируют контроллер о том, как обеспечить эффективный и правильный ток двигателя, чтобы вызвать вращение. Коммутационный выход для U/V/W может быть в виде дифференциального выхода или с открытым коллектором (зависит от производителя).

Как управляются энкодеры?

Энкодеры управляются вращением вала, на котором они установлены. Вал входит в контакт со ступицей, которая находится внутри энкодера. Когда вал вращается, он заставляет диск с прозрачными и сплошными линиями вращаться поперек схемы энкодера. Схема энкодера содержит светодиод, который улавливается фотоэлектрическим диодом и выдает пользователю импульсы. Скорость вращения диска будет зависеть от скорости вала, к которому подключен энкодер.Линии оптических и магнитных энкодеров Anaheim Automation питаются от одного источника питания +5 В постоянного тока и могут потреблять и подавать по 8 мА каждая.

Физические свойства

Датчики линейных перемещений

Ключевыми компонентами линейного энкодера являются сканирующее устройство, датчик, преобразователь или считывающая головка в сочетании с пропускающей или отражающей шкалой, которая кодирует положение. Шкала линейного энкодера обычно изготавливается из стекла и крепится к опоре, а блок сканирования содержит источник света, фотоэлементы и вторую часть стекла, называемую сканирующей сеткой.В совокупности линейный энкодер может преобразовывать движение в цифровые или аналоговые сигналы для определения изменения положения во времени.

Энкодеры

Ключевыми компонентами поворотного энкодера являются диск, источники света и детекторы, а также электроника. Диск содержит уникальный рисунок концентрических выгравированных кругов и чередует непрозрачные и прозрачные сегменты. Этот шаблон обеспечивает уникальные битовые конфигурации и используется для назначения определенных позиций.Для каждого концентрического кольца в энкодере есть источник света и детектор света, которые идентифицируют линии, выгравированные на диске. Электроника состоит из устройства вывода, которое принимает сигнал, полученный от датчика (источника света/детектора), для обеспечения обратной связи по положению и/или скорости. Все эти компоненты заключены в единый корпус.

Инкрементальные энкодеры


Датчик дифференциального типа

Ключевыми компонентами инкрементного энкодера являются стеклянный диск, светодиод (светоизлучающий диод) и фотодетектор.Прозрачный диск содержит непрозрачные секции, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы отклонять свет, в то время как прозрачные секции пропускают свет, как показано на рисунке 2 ниже. В оптическом кодере используется светоизлучающий диод, который пропускает свет через прозрачные участки диска. Проходящий через него свет принимается фотодетектором, который выдает электрический сигнал.

Где используются энкодеры?

Кодировщики

стали жизненно важным источником для многих приложений, которым требуется информация обратной связи.Независимо от того, касается ли приложение скорости, направления или расстояния, широкие возможности энкодеров позволяют пользователям использовать эту информацию для точного управления. С появлением более высоких разрешений, надежности и снижения затрат кодировщики стали предпочитаемой технологией во все большем количестве областей. Сегодня приложения для кодирования окружают нас повсюду. Они используются в принтерах, автоматике, медицинских сканерах и научном оборудовании.

Линейка экономичных энкодеров Anaheim Automation — разумный выбор для приложений, требующих управления с обратной связью.Клиенты Anaheim Automation для продуктовой линейки энкодеров разнообразны: промышленные компании, эксплуатирующие или проектирующие автоматизированное оборудование, включающее пищевую промышленность, этикетирование, резку по длине, конвейер, погрузочно-разгрузочные работы, робототехнику, медицинскую диагностику и оборудование с ЧПУ.

Кодировщики используются во многих отраслях промышленности

Кодировщики стали важным компонентом приложений во многих различных отраслях промышленности. Ниже приведен неполный список отраслей, использующих кодировщики:

Automotive – Автомобильная промышленность использует энкодеры, так как датчики механического движения могут применяться для управления скоростью.
Бытовая электроника и офисное оборудование – В производстве бытовой электроники кодировщики широко используются в офисном оборудовании, таком как сканирующее оборудование на базе ПК, принтеры и сканеры.
Industrial – В промышленности датчики положения используются в этикетировочных машинах, упаковочных и станочных станках с одно- и многоосевыми контроллерами двигателей. Энкодеры также можно найти в системе управления станком с ЧПУ.
Медицинский – В медицинской промышленности энкодеры используются в медицинских сканерах, микроскопическом или наноскопическом управлении движением автоматических устройств и дозирующих насосов.
Военные — Военные также используют энкодеры в антеннах позиционирования.
Научные инструменты – Научное оборудование включает энкодеры для позиционирования телескопа обсерватории.

Приложения для энкодеров

Энкодер можно использовать в приложениях, требующих обратной связи по положению, скорости, расстоянию и т. д. Перечисленные ниже примеры иллюстрируют широкие возможности и реализации энкодера:

• Робототехника
• Этикетировочные машины
• Медицинское оборудование
• Текстиль
• Сверлильные станки
• Обратная связь двигателя

• Сборочные машины
• Упаковка
• Системы индикации X и Y
• Принтеры
• Испытательные машины
• Станки с ЧПУ

Как выбрать энкодер

Существует несколько важных критериев выбора правильного кодировщика:
     1.Выход
     2. Требуемое разрешение (CPR)
     3. Шум и длина кабеля
     4. Индексный канал
     5. Крышка/основание

Выход

Вывод зависит от требований приложения. Есть две формы вывода: инкрементная и абсолютная. Инкрементальные выходные формы принимают форму прямоугольных выходных сигналов. Для приложения, требующего инкрементного энкодера, выходной сигнал равен нулю или напряжению питания. Выход инкрементного энкодера всегда представляет собой прямоугольную волну из-за переключения высокого (значение входного напряжения) и низкого (нулевое) значения сигнала.Абсолютные энкодеры работают так же, как инкрементальные энкодеры, но имеют разные методы вывода. Разрешение абсолютного энкодера описывается в битах. Выход абсолютных энкодеров относится к его положению в виде цифрового слова. Вместо непрерывного потока импульсов, наблюдаемого в инкрементальных энкодерах, абсолютные энкодеры выводят уникальное слово для каждой позиции в виде битов. Эквивалентно 1024 импульсам на оборот, абсолютный энкодер имеет 10 бит (210 = 1024).

Требуемое разрешение (CPR)

Разрешение инкрементальных энкодеров часто описывается в терминах числа циклов на оборот (CPR). Циклов на оборот — это количество выходных импульсов за полный оборот диска энкодера. Например, энкодер с разрешением 1000 означает, что за один полный оборот энкодера генерируется 1000 импульсов.

Шум и длина кабеля

При выборе правильного энкодера для любого применения пользователь также должен учитывать шум и длину кабеля.Длинные кабели более чувствительны к шуму. Крайне важно использовать кабели правильной длины, чтобы обеспечить правильную работу системы. Рекомендуется использовать экранированные кабели с витой парой, предпочтительно с низким значением емкости. Рейтинг значения емкости обычно указывается в емкости на фут. Этот рейтинг важен для четко определенных прямоугольных импульсов на выходе энкодера, а не для «зубчатых» или «пилообразных» импульсов, подобных импульсам из-за шумовых помех.

Индексный канал

Индексный канал является дополнительным выходным каналом, который обеспечивает выходной импульс один раз за оборот.Этот импульс позволяет пользователю отслеживать положение и устанавливает контрольную точку. Этот выходной канал чрезвычайно полезен для инкрементальных энкодеров, когда происходит прерывание питания. В случаях сбоя питания последний устойчивый индексный канал может использоваться в качестве эталонного маркера для точки перезапуска. Следовательно, когда такое происходит, индексный канал может оказаться весьма ценным в приложениях, использующих инкрементальные кодировщики. У абсолютных энкодеров нет проблем с потерей позиции в случае потери питания, потому что каждой позиции назначается уникальная битовая конфигурация.

Крышка/основание

Варианты крышки и основания учитываются в зависимости от требований конкретного применения. Варианты закрытой крышки помогают защитить энкодер от частиц пыли. Варианты основания играют важную роль в средах с большой вибрацией. К таким вариантам крепления относятся переносные клеи, которые приклеиваются непосредственно задней стороной энкодера к монтажной поверхности, формованные ушки для непосредственного монтажа. Anaheim Automation также предлагает различные варианты основания для монтажа.

Anaheim Automation предлагает широкий выбор вариантов крышки и основания для удовлетворения ваших потребностей.

Обложка Опции:

E-вариант: прилагаемая крышка H-опция: диаметр отверстия

Базовые варианты:

3-опция: Все пять дырок диаметры становятся .125 A-опция: добавляет выравнивание


г- Опция: формованные ушки           Опция R: переходная пластина с 3 слотами           Опция T: клей для переноса

Как установить энкодер

После выбора подходящего двигателя важно знать, как правильно его установить.Установка каждого энкодера зависит от варианта его монтажа или основания. Если энкодер должен быть установлен на валу двигателя, то можно использовать центрирующий инструмент для совмещения отверстия энкодера с валом. Различные варианты монтажа имеют разные функциональные возможности. Опция R допускает люфт движения +/- 15 градусов, при котором энкодер может вращаться вперед и назад. Однако T-вариант использует клей для приклеивания к задней части двигателя.

Пошаговые инструкции по установке кодировщика Anaheim Automation см. здесь.Anaheim Automation также предоставляет возможность добавления энкодера, где мы монтируем энкодер для вас без проблем!

Преимущества энкодера

— Высокая надежность и точность
— Недорогая обратная связь
— Высокое разрешение
— Встроенная электроника
— Объединение оптических и цифровых технологий
— Возможность интеграции в существующие приложения
— Компактный размер

Недостатки энкодера

— Подвержен магнитным или радиопомехам (магнитные энкодеры)
— Прямые помехи от источника света (оптические энкодеры)
— Подвержен загрязнениям, маслам и пыли

Поиск и устранение неисправностей

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Техническая помощь в отношении линейки энкодеров, а также всей продукции, производимой или распространяемой Anaheim Automation, предоставляется бесплатно.Эта помощь предлагается, чтобы помочь клиенту в выборе продуктов Anaheim Automation для конкретного применения. Однако любой выбор, ценовое предложение или предложение по применению энкодера или любого другого продукта, предлагаемые персоналом Anaheim Automation, ее представителями или дистрибьюторами, предназначены только для помощи покупателю. Во всех случаях определение пригодности пользовательского энкодера для конкретного проекта системы является исключительно ответственностью заказчика. Несмотря на то, что прилагаются все усилия, чтобы дать исчерпывающие рекомендации относительно продуктовой линейки Encoder, а также других продуктов для управления движением, а также для точного предоставления технических данных и иллюстраций, такие рекомендации и документы предназначены только для справки и могут быть изменены без предварительного уведомления.

Проблема: Нет вывода
Решение: Отсутствие вывода может быть результатом различных факторов. Могут быть предприняты шаги для обеспечения надлежащего функционирования кодировщика. Никакое механическое движение не приводит к выдаче какого-либо сигнала от энкодера. Чтобы устранить эту проблему, посмотрите, вращается ли энкодер. Убедитесь, что все перемычки между энкодером и драйвером/контроллером правильные и используется соответствующий источник питания. Плохие соединения или неправильное напряжение питания могут привести к неправильной работе энкодера.Наконец, убедитесь, что для вашего приложения используется правильный тип сигнала (например, открытый коллектор, подтягивающий, драйвер линии или двухтактный). Если проблема не устранена, поменяйте местами кодировщики, если это возможно, чтобы определить, не в кодировщике ли проблема.

Проблема: Невозможно найти индексный импульс
Решение: Индексный импульс или эталонный маркер выдается один раз за оборот энкодера и лучше всего определяется с помощью осциллографа. Убедитесь, что вся проводка между энкодером и драйвером/контроллером исправна и используется соответствующий источник питания.Если это не решит проблему, попробуйте уменьшить число оборотов двигателя, так как драйвер/контроллер может не определить индексный импульс при очень высоких значениях числа оборотов.

Проблема: Выход счетчика указывает неправильное направление
Решение: Если выход счетчика указывает неправильное направление, проверьте конфигурацию проводов. Посмотрите, не перепутаны ли провода. Если они перепутаны, просто поменяйте местами провода.

ПРИМЕЧАНИЕ. Если в вашем приложении используется индекс, изменение конфигурации проводов на противоположное приводит к изменению выравнивания ссылок.Если это так, пожалуйста, внесите соответствующие изменения в свое приложение.

Проблема: Энкодер не вращается
Решение: Когда энкодеры находятся на открытом воздухе, вокруг вала могут скапливаться частицы пыли и мусора. Просто очистите открытую область и убедитесь, что никакие предметы не мешают вращению энкодера.

Проблема: Шумовые помехи
Решение: Для повышения помехозащищенности энкодеров настоятельно рекомендуется, чтобы никакое другое электрическое оборудование не находилось поблизости или не находилось на достаточном расстоянии.Кабели энкодера также должны быть экранированы, а соответствующие провода должны быть заземлены, чтобы свести к минимуму электрические помехи.

Проблема: Искаженный или неправильный выходной сигнал
Решение: Искаженный или неправильный выходной сигнал может быть вызван любой комбинацией ослабленных проводных соединений, выходного сигнала энкодера, несовместимого с драйвером/контроллером, электрических помех или неправильной настройки. Проверьте проводные соединения, проблемы совместимости с энкодером и драйвером/контроллером, соосность энкодера и вала, чтобы решить эту проблему.-1 = дюйм на импульс

Глоссарий

Абсолютный энкодер — определяет положение вала в битовой конфигурации и способен поддерживать или обеспечивать абсолютное положение даже после случаев потери/сбоя питания.

Точность – разница в расстоянии между теоретической и фактической позицией.

Циклов на оборот (CPR) — Число циклов на оборот — это количество выходных импульсов за полный оборот диска энкодера.

Энкодер — это датчик механического движения, генерирующий цифровые сигналы в ответ на движение.

Инкрементальный энкодер — устройство, обеспечивающее последовательность импульсов в ответ на механическое движение. Выход этого энкодера имеет форму прямоугольной волны.

Индекс — отдельный выходной канал, обеспечивающий одиночный импульс на оборот вала. Его можно использовать для установить ориентир или маркер для исходной позиции.

Интерполяция — способ увеличения разрешения энкодера. Этот метод позволяет кодировщику производить выходные данные с более высоким разрешением без увеличения общего размера диска и кодировщика.

Линейный драйвер — это исходный выход. Это означает, что в состоянии «ВКЛ.» линейный драйвер будет подавать Vcc, а в состоянии «ВЫКЛ.» драйвер будет плавающим. Для приложений линейного драйвера требуется входной сигнал.

Открытый коллектор — стоковой выход. В состоянии «ВЫКЛ» открытый коллектор будет заземлен, а в состоянии «ВКЛ» открытый коллектор будет плавать. Вход источника требуется для приложений с открытым коллектором.

Импульсов на оборот (PPR) — общее количество импульсов, производимых за полный оборот вала энкодера.

Двухтактный — комбинация драйвера линии и открытого коллектора. В состоянии «ВЫКЛ.» он будет заземлен, а в состоянии «ВКЛ.» подаст напряжение Vcc.

Квадратурный энкодер — два выходных канала сдвинуты по фазе на 90 электрических градусов. По разности фаз также можно определить направление вращения.

Разрешение – количество строковых приращений на диске. Разрешение для инкрементных энкодеров часто называют числом циклов на разрешение, а для абсолютных энкодеров — битами.

Одноканальный энкодер – имеет только один выходной канал и используется для измерения скорости.

Прямоугольная волна — повторяющаяся форма волны, соответствующая высоким и низким сигналам.

Тест кодировщика

1. Для чего используются инкрементальные энкодеры с одним выходным каналом?

A. Определение направления
B. Определение скорости (тахометры)
C. Обратная связь по положению

2. Что из следующего НЕ является разницей между абсолютным и инкрементным энкодером?

А.Абсолютные энкодеры обеспечивают уникальное положение.
B. В абсолютных энкодерах используются концентрические круги на прозрачном диске, а в инкрементальных энкодерах используются равномерно расположенные непрозрачные участки для определения движения.
C. И абсолютные энкодеры, и инкрементальные энкодеры теряют позицию из-за потери/сбоя питания.

3. Что из следующего относится к индексному каналу?

A. Устройство отслеживания положения
B. Опорная точка/точка самонаведения
C. Определение расстояния
D. Все вышеперечисленное

4.Что делает кодировщик?

А. Ощущает механическое движение.
B. Предоставляет информацию о положении, скорости и направлении.
C. Преобразует аналоговую информацию в цифровую.
D. Ничего из вышеперечисленного.
E. Все вышеперечисленное.

5. Что означает СЛР?

A. Число циклов на оборот
B. Количество циклов на оборот
C. И A, и B
D. Ничего из вышеперечисленного.

6. Ниже опишите различные типы выходных сигналов энкодера.

TTL — — это схемы логических вентилей, предназначенные для ввода и вывода двух типов состояний сигнала: высокого (1) и низкого (0). Переход между высокими и низкими сигналами генерирует прямоугольные выходные сигналы TTL.

Открытый коллектор — является стоковым выходом. В состоянии «ВЫКЛ» открытый коллектор будет заземлен, а в состоянии «ВКЛ» открытый коллектор будет плавать. Вход источника требуется для приложений с открытым коллектором.

Драйвер линии — является исходным выходом.Это означает, что в состоянии «ВКЛ.» линейный драйвер будет подавать Vcc, а в состоянии «ВЫКЛ.» драйвер будет плавающим. Для приложений линейного драйвера требуется входной сигнал.

Push-Pull — представляет собой комбинацию драйвера линии и открытого коллектора. В состоянии «ВЫКЛ.» он будет заземлен, а в состоянии «ВКЛ.» подаст напряжение Vcc.

7. Что из следующего является преимуществом энкодера?

A. Низкая стоимость
B. Высокое разрешение
C. Высокая надежность и точность
D.Компактный размер
E. Интеграция оптических и цифровых технологий
F. Все вышеперечисленное

8. На сколько электрических градусов сдвинуты по фазе квадратурные каналы?

А. 45
Б. 120
В. 60
Г. 90

9. Перечислите критерии выбора энкодера:

1. Выход
2. Требуемое разрешение (CPR)
3. Шум и длина кабеля
4. Индексный канал
5.-1 = 0,000767 дюйма на импульс

Часто задаваемые вопросы по энкодеру

В: Что такое энкодер?
A: Энкодер — это датчик механического движения, генерирующий цифровые сигналы в ответ на движение.

В: Как установить кодировщик?
A: Чтобы просмотреть пошаговые руководства по установке кодировщиков Anaheim Automation, щелкните здесь.

В: В чем разница между абсолютными и инкрементными энкодерами?
A: Абсолютный и инкрементальный энкодеры различаются двумя способами:
     — Каждое положение абсолютного энкодера уникально
     — Абсолютный энкодер никогда не теряет свое положение из-за потери питания или сбоя.Инкрементальные энкодеры теряют отслеживание положения при потере питания или сбое

В: Что такое канал?
A: Канал — это электрический выходной сигнал энкодера.

В: Что такое квадратура?
A: Квадратура имеет два выходных канала с повторяющимися прямоугольными импульсами, которые сдвинуты по фазе на 90 электрических градусов. По разности фаз также можно определить направление вращения.


В: Что такое индексный импульс?
A: Индексный импульс, также называемый эталонным или маркерным импульсом, представляет собой одиночный выходной импульс, формируемый один раз за оборот.

В: Какие еще существуют типы технологий кодирования?
A: Существует два типа кодирующих технологий.
     — Оптический: в этом типе технологии используется свет, попадающий на фотодиод через прорези в металлическом/стеклянном диске.
     — Магнитный: полоски намагниченного материала помещаются на вращающиеся диски и воспринимаются датчиками на эффекте Холла или магниторезистивными датчиками.

В: В каких типах приложений используются кодировщики?
A: Они часто используются в шаговых двигателях, автоматике, робототехнике, медицинских устройствах, управлении движением и многих других приложениях, требующих обратной связи по положению.

В: Работает ли какой-либо диск энкодера (кодовое колесо) с любым модулем энкодера?
A: Нет, каждое разрешение и каждый диаметр диска работают с другим модулем кодировщика.

В: Что такое PPR?
A: PPR обозначает импульс на оборот при вращательном движении для вращательного движения и импульс на дюйм или миллиметр для линейного движения.

В: Когда в инкрементальном энкодере можно использовать один выходной канал?
A: Один выходной канал для инкрементного энкодера можно использовать, когда определение направления не важно.Такие приложения используют тахометры.

В: Будет ли Anaheim Automation устанавливать энкодер на двигатели?
A: Да, для включения энкодера, прикрепленного к двигателю, будет создан специальный номер детали.

Необходимое обслуживание

Кодировщики

требуют минимального обслуживания благодаря своей прочности и надежности. Однако рекомендуется свести к минимуму воздействие на энкодеры частиц пыли или мусора, а также, если они не предназначены для воздействия воды или влаги.Кроме того, под воздействием ударов и вибраций диски энкодера могут поцарапаться, что приведет к выходу из строя энкодера. В этом случае может потребоваться замена диска для обеспечения точных показаний.

Вопросы окружающей среды для энкодера

На всех этапах эксплуатации, обслуживания и ремонта энкодера необходимо соблюдать следующие требования по защите окружающей среды и технике безопасности. Несоблюдение этих мер предосторожности нарушает стандарты безопасности при проектировании, производстве и предполагаемом использовании энкодера.Обратите внимание, что даже с хорошо сконструированным энкодером изделия, эксплуатируемые и установленные ненадлежащим образом, могут быть опасными. Пользователь должен соблюдать меры предосторожности в отношении нагрузки и условий эксплуатации. В конечном счете ответственность за правильный выбор, установку и эксплуатацию энкодера несет заказчик.

Атмосфера, в которой используется энкодер, должна соответствовать общепринятым правилам обращения с электрическим/электронным оборудованием. Не используйте энкодер в присутствии легковоспламеняющихся газов, пыли, масла, паров или влаги.При использовании на открытом воздухе энкодер должен быть защищен от непогоды соответствующим кожухом, но при этом должен быть обеспечен достаточный приток воздуха и охлаждение. Влага может привести к поражению электрическим током и/или поломке системы. Должное внимание следует уделять избеганию жидкостей и паров любого рода. Свяжитесь с заводом-изготовителем, если для вашего приложения требуются определенные рейтинги IP. Целесообразно устанавливать энкодер в среде, свободной от конденсата, пыли, электрических помех, вибрации и ударов.

Кроме того, желательно работать с энкодерами в нестатической защищенной среде. Открытые схемы всегда должны быть должным образом ограждены и/или закрыты, чтобы предотвратить несанкционированный контакт человека с цепями под напряжением. Во время подачи питания нельзя выполнять никаких работ. Не подключайте и не отключайте разъемы при включенном питании. Подождите не менее 5 минут, прежде чем проводить осмотр энкодера после отключения питания, потому что даже после отключения питания во внутренней цепи схемы энкодера все еще остается некоторая электрическая энергия.

Планируйте установку энкодера таким образом, чтобы конструкция системы не содержала мусора, такого как металлические частицы от резки, сверления, нарезания резьбы и сварки, или любые другие посторонние материалы, которые могут соприкасаться с схемой. Если не предотвратить попадание мусора в энкодер, это может привести к повреждению и/или удару.

Срок службы энкодера

Срок службы энкодера зависит от различных факторов, таких как воздействие окружающей среды и использование приложений.Ограничивая воздействие на энкодер электрического оборудования, температуры выше рекомендуемых значений, конденсации, вибрации и ударов, а также используя энкодер в соответствии с указаниями производителя, можно продлить срок службы энкодера.

Принадлежности

Наряду с линейкой энкодеров, Anaheim Automation предлагает полную линейку несимметричных и дифференциальных кабелей энкодеров с четырьмя, шестью и восемью проводами, кабелями длиной до 16 футов и инструментами для центрирования энкодеров.Кроме того, Anaheim Automation предлагает расширенную линейку шаговых, бесщеточных и серводвигателей, которые можно использовать с энкодерами для нужд вашего приложения.

Комплект пары оптических энкодеров для мотор-редукторов из микрометалла, 3,3 В

Примечание: Мы настоятельно рекомендуем наши новые комплекты пар магнитных энкодеров для мотор-редукторов из микрометалла , а не эти оптические энкодеры. Магнитные энкодеры менее чувствительны к внешним помехам и имеют более чистые сигналы со встроенным гистерезисом, поэтому их можно подключать непосредственно к микроконтроллеру или другой цифровой схеме.И наоборот, поскольку выходы оптического энкодера являются прямыми выходами фототранзистора, часто необходимо некоторое согласование сигналов между датчиком и цифровой системой, обрабатывающей сигналы.

Кроме того, этот энкодер не совместим с нашими мотор-редукторами из микрометалла HPCB (клеммы мотора HPCB слишком велики, чтобы соответствовать соответствующим отверстиям на печатной плате), но он совместим с версиями LP, MP и HP нашего микрометалла. мотор-редукторы.

Обзор

В этот набор входят сенсорные платы и отражающие колеса для добавления квадратурного кодирования к двум микрометаллическим мотор-редукторам с удлиненными задними валами (моторы не входят в этот комплект).Колеса энкодера с 3 и 5 зубьями включены для обеспечения вариантов 12 тактов на оборот и 20 тактов на оборот вала двигателя (для расчета количества импульсов энкодера на оборот выходного вала редуктора умножьте на передаточное число).

Примечание: Эта сенсорная система предназначена для относительно продвинутых пользователей, знакомых с физической установкой энкодера и использованием полученных сигналов. Он работает только с мотор-редукторами из микрометалла, которые имеют удлиненные задние валы .

Распиновка и установка

Плата энкодера предназначена для припайки непосредственно к задней части двигателя, при этом задний вал двигателя выступает через отверстие в середине печатной платы. Чем лучше выровнена плата, тем лучше будет качество выходного сигнала. Один из способов добиться хорошего выравнивания — прикрепить плату к одному контакту двигателя и припаять другой только после того, как плата будет хорошо выровнена.Будьте осторожны, чтобы избежать длительного нагрева контактов двигателя, что может привести к деформации пластиковой торцевой крышки двигателя или щеток двигателя. После того, как плата припаяна к двум клеммам, выводы двигателя подключаются к контактным площадкам M1 и M2 вдоль края платы вместе с питанием датчиков и двумя квадратурными выходами:

Краевые соединения имеют шаг 2 мм.Плату можно припаять перпендикулярно к другой печатной плате, к 2 мм разъему или к отдельным проводам, как показано здесь:

Пример установленного микрометаллического мотор-редуктора с отражающим оптическим датчиком.

После того, как плата припаяна к двигателю, пластиковое колесо энкодера можно надеть на вал двигателя. Колесо энкодера должно быть надвинуто настолько, чтобы зазор между колесом и датчиками был примерно равен 0.5 мм. Один из способов получить одинаковые зазоры — использовать несколько листов бумаги или визитную карточку в качестве прокладки при установке колеса энкодера. Лучший способ убедиться в оптимальном расположении колеса энкодера — посмотреть на сигнал с помощью осциллографа. На следующей последовательности снимков экрана показаны выходные данные для колеса с 5 зубьями, вращающегося со скоростью примерно 30 000 об/мин, когда колесо подталкивается все ближе и ближе к датчикам.

Исполнение с энкодером 5 В, двигатель прибл.30 тыс. об/мин: 5-зубчатое колесо слишком далеко от датчиков.

Исполнение с энкодером 5 В, двигатель прибл. 30 тыс. об/мин: 5-зубчатое колесо слишком далеко от датчиков.

Исполнение с энкодером 5 В, двигатель прибл. 30 тыс. об/мин: 5-зубчатое колесо на оптимальном расстоянии от датчиков.

Версия с энкодером 5 В, двигатель прибл.30 тыс. об/мин: 5-зубчатое колесо слишком близко к датчикам.

Исполнение с энкодером 5 В, двигатель прибл. 30 тыс. об/мин: 5-зубчатое колесо слишком близко к датчикам.

На приведенном выше снимке осциллографа в центре показано, как выглядят выходные сигналы, когда колесо установлено на оптимальном расстоянии от датчиков. Обратите внимание, что даже в этом оптимальном случае сигналы от двух каналов различаются из-за внутренних различий двух датчиков отражения, но оба сигнала сдвинуты по фазе на 90° и охватывают большой диапазон напряжений.

При соответствующем преобразовании сигнала (например, компараторы с гистерезисом) все выходы, за исключением, возможно, последнего случая, по-прежнему будут давать надежный подсчет положения. Выходные данные также имеют тенденцию улучшаться на более низких скоростях и с 3-зубчатым колесом.

Версии 5 В и 3,3 В

Платы энкодера доступны в двух версиях, оптимизированных для работы при напряжении 5,0 В и 3,3 В. Единственное отличие заключается в электрической конфигурации ИК-светодиодов в датчиках отражения:

Версия на 5 В с последовательными светодиодами потребляет около 12 мА; 3.Версия на 3 В с параллельными светодиодами потребляет около 24 мА.

Принципиальная схема отражательного оптического энкодера с микрометаллическим мотор-редуктором.

Эта схема также доступна для скачивания в формате pdf (145k pdf).

Этот товар часто покупают вместе с:

500 | Переключатели C&K

English简体中文

  • Образцы
  • Сообщество партнеров C&K
  • Литература
  • Новости