Encodere Rotative

Encodere rotative

Un encoder rotativ, de asemenea, numit un encoder axial, este un dispozitiv electromecanic care transformă poziția unghiulară, mișcarea unui arbore sau a unui ax în cod analog sau digital.

Există două tipuri principale : absolute și incrementale (relative). Ieșirea encoderelor absolute indică poziția curentă a arborelui, ceea ce le face traductoare unghiulare. Ieșirea encoderelor incrementale oferă informații despre mișcarea arborelui, care sunt deobicei prelucrate ulterior în informații, cum ar fi viteza, distanța și poziția.

Encoderele rotative sunt utilizate în multe aplicații care necesită un ax precis nelimitat de rotație, incluzând controale industriale, robotica, lentile fotografice cu destinație speciale, dispozitive de intrare în calculator (cum ar fi: mouse-ul optic și scrollul), reometre controlate pentru măsurarea stresului și platforme radar rotative.

Encoderele rotative au o anumită technologie și anume:

Techonologie conductoare. O serie de piese de cupru gavate circumferențial pe un PCB sunt utilizate pentru a codifica informația. Sensul periilor de contact este în zonele conductoare. Această formă de encodere este rareori văzută cu excepția introducerii datelor de intrare ale utilizatorului în multimetre digitale.

Technologie optică. Aceasta folosește o lumină strălucitoare pe o fotodiodă prin fantele unui disc din metal sau sticlă. Acesta este unul dintre cele mai comune tehnologii. Encoderele optice sunt foarte sensibile la praf.

Tehnologie pe axă magnetică. Această tehnologie folosește deobicei un magnet special neodim cu 2 poli de aceași dimensiune cu arborele motorului, care necesită deobicei a se folosi un ax de motor personalizat. Precizia este foarte rea și nu permite mai multe opțiuni de rezoluție. Această tehnologie nu oferă deobicei impulsuri de ieșire UVW sau Z. Datorită celor 2 poli magnetici există o mulțime de bruiaje pe ieșire din cauza interpolării interne.

Tehnologie fără axă magnetică. Această tehnologie folosește în mod obișnuit un cauciuc lipit de magneții de ferită atașati la un butuc metalic. Acest lucru oferă flexibilitate în proiectare și cost scăzut pentru aplicații personalizate. Datorită flexibilității în afara multor cipuri ale encoderelor axiale ele pot fi programate sa accpete orice număr de lățimi de poli astfel încât cipul putând fi plasat în orice poziție necesară pentru aplicație. Encoderele magnetice lucrează în medii dure în cazul în care encoderele optice ar eșua să lucreze.

Encoderele absolute și incrementale

Un encoder absolut păstrează informațiile de poziție chiar și cand acesta este scos de la alimentare. Poziția encoderului este imediat disponibilă pe aplicarea puterii.

Relația dintre valoarea encoderului și poziția fizică a mașinii de controlat este într-un set de ansamble; sistemul nu are nevoie să se întoarcă la un punct de calibrare pentru a menține precizia poziției. Un encoder incremental înregistrează cu precizie modificările în poziție, dar nu pornind cu o relație fixă între starea encoderului și poziția fizică al lui. Dispozitivele controlate de encoderele incrementale ar putea să fixeze punctul de referință pentru a inițializa măsurarea poziției. O multi-rotație a encoderului rotativ absolut include un cod rotativ suplimentar și unelte. O roată de înaltă rezoluție măsoară rotația fracțională și orientarea cu rezoluții mai mici a codului roții înregistrează numărul de rotații întregi ale arborelui.

Un encoder absolut are mai multe inele de cod cu diverse ponderări binare care funizeză un cuvânt de date și care reprezintă poziția absolută a encoderului în termen de o rotație. Acest tip de encoder este adesea menționat ca encoder paralel.

Un encoder incremental funcționează diferit, oferind o ieșire de impuls A și B, care nu oferă vreo informație de numărare utilizabilă. Mai degrabă, numărarea facându-se în plăcile electronice externe. În punctul în care numărarea începe acesta depinde de existența numărătorului în placa electronica externă și nu de poziția encoderului. Pentru a oferi informații utile ale poziției, poziția encoderului trebuie sa fie raportată la dispozitivul la care este atașat folosind in general un puls de indiciu. Distingerea caracteristicii encoderului incremental este că acesta raportează o schimbare incrementală în poziția encoderului de numărare electronic.

Encoderele absolute digitale produc un cod unic digital pentru fiecare unghi distinct al arborelui. Ei sunt de două tipuri: optici și mecanici.

Encodere absolute mecanice

Un disc metalic conținând un set de inele de deschideri concentrice este fixat pe un disc izolator, care este fixat rigid la arbore. Un rând de contacte glisante sunt fixate pe un obiect staționar, astfel încât fiecare ștergere de contact împotriva discului metalic se face la o distanță diferită de arbore. Deoarece discul se rotește împreună cu arborele, unele dintre contacte ating metalul în timp ce altele se încadrează în golurile unde metalul a fost decupat. Placa de metal este conectată la o sursă de curent electric, iar fiecare contact fiind conectat separat la câte un senzor electric. Modelul de metal este conceput astfel încât fiecare poziție posibiliă a axului să creeze un cod unic binar în care unele dintre contacte sunt conectate la sursa de curent iar altele nu. Deoarece contactele de tip perie sunt susceptibile de a purta encodere care folosesc contacte necomune; ele pot fi găsite în aplicații de viteză redusă cum ar fi: volume de manuale sau controale de reglaj intr-un receptor radio.

Encodere absolute optice

Discul encoderelor optice este realizat din sticlă sau plastic cu zone transparente și opace. O mulțime de surse de lumină și detectoare foto citesc modelul optic care rezultă din poziția discului la un moment dat. Acest cod poate fi citit de către un dispozitiv de control care determină unghiul arborelui cum ar fi : microprocesorul sau microcontrolerul. Tipul absolut analog produce un cod unic analog dublu care poate fi tradus intr-un unghi absolut al arborelui.

Encodere absolute capacitive

Un disc de formă asimetrică este rotit în encoder. Acest disc va schimba capacitatea între doi electrozi care pot fi măsurați și calculați înapoi la o valoare unghiulară.

Encoder absolut multirotativ

Un encoder multirotativ poate detecta și stoca mai mult de o rotație. Termenul de ecoder absolut multirotativ este în general utilizat în cazul în care encoderul va detecta miscările arborelui său chiar dacă encoderul nu este prevăzut cu alimentare externă.

Encoder multirotativ alimentat cu baterii

Acest tip de encoder folosește o baterie pentru reținerea numărătorilor întregi a ciclurilor de putere. Acesta utilizează energia conservată proiectată de detectarea mișcărilor.

Orientarea encoderului multirotativ.

Aceste encodere folosesc o succesiune de roți dințate pentru a stoca mecanic numărul de rotații. Poziția uneltelor simple este detectată cu una dintre tehnologiile menționate mai sus.

Alimentarea auto a encoderului multirotativ

Aceste encodere folosesc principiul de recoltare a energiei pentru generarea de energie pe arborele de mișcare. Acest principiu introdus în 2007, folosește un senzor Wiegand care produce energie electrică suficientă pentru a alimenta un encoder și pentru a înregistra numărul de rotații în memorie nevolatilă.

Modalități de poziție a codării arborelui

Codare binară standard

Un exemplu de cod binar, într-un encoder extrem simplificat cu numai trei contacte este prezentat în figura de mai jos

Codare binară standard

În exemplu de mai sus contactele produc un număr binar standard când discul se rotește. Totuși acest lucru are dezavantajul că dacă discul se oprește între sectoare adiacente sau contactele nu sunt perfect aliniate, putând fi imposibil să determine unghiul arborelui. Pentru a ilustra această problemă luați în considerare ceea ce se întâmplă atunci când unghiul arborelui se schimbă de la 179,90 la 180,10 (de la sectrorul 3 până la sectorul 4). Într-un dispozitiv practic contactele nu sunt aliniate astfel încăt fiecare comutator comută la un moment diferit. Dacă primul comutatorul al contactului 1 urmat de contactul 3 și apoi de contactul 2 secvența reală a codurilor este:

Oprit-pornit-pornit (poziția de start)

Pornit-pornit-pornit (în primul rând contactul 1 pornește)

Pornit-pornit-oprit ( următorul, contactul 3 se oprește)

Pornit-oprit-oprit (în final, contactul 2 se oprește)

Deci de la secvența de coduri produse, arborele pare să fi crescut de la sectorul 3 la sectorul 7, apoi întorcându-se la sectorul șase și ultima dată la sectorul 4 unde ne așteaptă să-l găsim. În multe situații, acest comportament nu este dorit și ar putea să facă ca sistemul să eșueze. De exemplu, în cazul în care encoderul a fost folosit în brațul unui robot, controlerul ar putea crede că brațul a fost în poziție greșită și să încerce să corecteze eroarea prin rotirea cu 1800 ar putea cauza daune brațului.

Codarea Gray

Pentru evitatarea problemelor de mai sus se utilizează codarea Gray. Acesta este un sistem de măsurare binar în care oricare două coduri adiacente diferă de un bit de poziție. Pentru exemplul de trei contacte dat mai sus, varianta codificării Gary ar fi după cum urmează în figura de mai jos

În acest exemplu, trecerea de la sectorul 3 la sectorul 4, la fel ca celelalte treceri implică doar unul dintre contactele schimbatoare de la starea oprită sau invers. Acest lucru înseamnă că secvența de coduri incorecte ilustrației anterior nu se poate întâmpla.

Codarea Gray cu o singură pistă

În cazul în care cel mai semnificativ bit este rotit suficient următorul inel se potrivește afară. Deoarece ambele inele sunt apoi identice, inelul interior poate fi omis și senzorul pentru inelul mutat rămâne identic (dar compensate de unghiul de la alt sezor de pe acel inel). Acești doi senzori pe un singur inel fac un encoder cuadratură.

Timp de mulți ani, Torsten Sillke și alți matematicieni credeau că era imposibil de a codifica poziția pe o singură cale, astfel încăt pozițiile consecutive difereau la un singur senzor cu excepția a doi senzori a unui encoder cuadratură. Cu toate acestea, în anul 1994 viteza înregistrată arată că a fost posibil cu mai multe exemple.

Encoder incremental rotativ

Un encoder incremental rotativ oferă numai ieșiri ciclice atunci când encoderul este rotit. Acestea pot fi mecanice sau optice. Tipurile mecanice necesită coborâre și sunt de obicei folosite ca potențiometre digitale de pe echipament inclusiv dispozitive de consum. Cele mai moderne encodere mecanice rotative folosite în case și mașini sunt pentru controlul volumului. Datorită faptului, comutatoarele mecanice necesită coborâre iar tipurile mecanice sunt limitate în vitezele de rotații pe care le pot ocupa. Encoderul rotativ incremental este cel mai utilizat pe scară largă a tururor encoderelor rotative din cauza costurilor scăzute ale acestuia și capacitatea de a oferi semnale care pot fi interpretate cu ușurință pentru a oferii informații legate de mișcare cum ar fi viteza. Faptul că encoderele incrementale folosesc numai doi senzori nu compromite rezoluția lor. Se pot găsi pe piață encodere increentale cu până la 10000 de numărări pe rotație sau mai mult. Acolo poate fi o a treia ieșire opțională: trimitere sau index, care se întâmplă odată la fiecare rotație. Acesta este folosit atunci când este nevoie de o referință absolută cum ar fi sistemele de poziționare. Ieșirea indexată este deobicei marcată cu Z. Tipul optic este utilizat atunci când sunt întâlnite viteze mai mari sau când este necesar un grad mai ridicat de precizie.

Encoderele incrementale sunt utilizate pentru a urmări mișcarea și pot fi utilizate pentru a determina poziția și viteza. Aceasta poate fi liniară sau de mișcare de rotație. Deoarece direcția poate fi determinată, măsurătorile foarte precise pot fi făcute. Ei folosesc două ieșiri numite A & B care sunt numite ieșiri în cuadratură, deoarece acestea sunt defazate cu 900.

Diagrame de stare

Aceste semnale sunt decodate să producă o numărare reală a pulsului sau o numărare inversă a pulsului. De exemplu, în cazul în care ultima valoare a fost 00 și valoarea curentă este 01, dispozitivul v-a muta o jumătate de pas în direcția acelor de ceasornic. Pe encoderele cu opritoare există diferite moduri de a comuta stările. În cazul în care semnalele A și B sunt întotdeauna cu circuit deschis la opritoare și un întreg de 00-00, ciclul de comutare are loc în timp ce tranziția trece de la o blocare la alta. Altele au opritoare variabile de valoare 00 și 11 cu eșalonare de comutare în timpul tranziției între opritoare. Un observator cum ar fi un microproccesor va citi ieșirea encoderului. Observatorul trebuie să probeze ieșirea encoderului destul de des pentru a nu pierde nicio modificare de cod. Dacă encoderul devine prea repede, atunci observatorul poate dori o schimbare a encoderului de ieșire astfel încât observatorul va avea o tranziție invalidă cum ar fi 00-01 și să fie confuz. Pentru acea tranziție, observatorul nu știe ce fel de encoder avansat este : se poate să fi mers mai departe 00-01-11 sau înapoi 00-10-11. Dacă encoderul este rotit mai repede, atunci mai multe schimbări de ieșire ar putea fi ratate iar observatorul poate obține o direcție greșită. Se ia în considerare secvența de mutare înainte 00-01-11-10. (3 pași înainte). Dacă encoderul este rotit prea repede, observatorul va vedea prima (00) și a patra ieșire (10) și să încheie codificarea face curent de tranziție 00-10. (1 pas înapoi).

Encoderele rotative cu o singură ieșire nu pot fi folosite pentru a sesiza direcția de mișcare. Ele sunt bine potrivite pentru sistemele de măsurare variabile ale vitezei de circulație. În anumite aplicații ele pot fi folosite pentru a măsura distanțe de mișcare.

Encodere folosite pe servomotoare

Encoderele rotative sunt adesea utilizate pentru a urmări poziția arborelui motor cu motoare magnetice fără perii permanente care sunt utilizate în mod obișnuit pe mașini CNC, roboți și alte echipamente industriale. Encoderele incrementale (cuadratură) sunt utilizate pe servomotoarele de tip motor de inducție dar encoderele absolute sunt utilizate în motoarele permanente magnetice fără perii, după caz. În aceste aplicații, encoderul joacă un rol vital în asigurarea că echipamentul funcționează corect. Encoderul sincronizează pozițiile relative ale rotorului magnetic și statorul bobinat poziționat la curentul furnizat de unitate. Rezultatele maxime ale cuplului sunt atunci când curentul este aplicat la înfășurările rotorului magnetic într-o anumită poziție față de intervalul înfășurărilor statorului.Motorul va efectua performanțe slabe sau deloc dacă această sincronizare nu este reglată corect. Alinierea encoderului necorespunzător pe motor poate provoca de fapt cauza pentru a rula înapoi uneori rezultând o centrare periculoasă. Alinierea corectă este esențială pentru buna funcționare a acestor motoare.

https://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder

Encodere incrementale –arbore solid

Arborele solid al encoderelor rotative incrementale are dimensiuni cu diametreu cuprins între 30 și 58 mm și sunt construite folosind strălucirea aluminiului. Opțiunile de montare cuprind sisteme sincron, pilot, prindere sau flanșă pătrată. Dimensiunile arborelui tipic sunt cuprinse între 5 și 12 mm cu o evaluare de clasă de protecție de până la IP67 și rezoluții de până la 10.000 de PPR (impulsuri pe rotație. Semnalele de ieșire includ un curent direct cuprins între 10-30 V complementar sau 5V de curent direct RS422 cu un sens sau o alarmă cu opțiune de ieșire. Arborele solid al encoderului rotativ este conform RoHS, UL aprobat si marcat de CE. Aplicațiile tipice includ dispozitive de închidere a ușilor, roboți, aparate de sudură cu ultrasunete, de foraj și mașini de amestecare. Arborele gol RI64 cu encoder incremental are o gamă deosebit de temperatură impresionantă de la-400C până la 1000C, egală cu o protecție impresionantă IP67 de evaluare face acest encoder un produs extrem de versatil care acoperă multe aplicații posibile.

http://www.theencodercompany.co.uk/products/incremental-solid-shaft

Encoder modular magnetic rotativ

RM36 este un encoder rotativ magnetic de mare viteză conceput pentru a fi utilizat în medii industriale dure. Necontactul celor două părți proiectate elimină necesitatea sigiliului sau a rulmenților care asigură o fiabilitate pe termen lung și instalare simplă. Encoderul cuprinde un actuator magnetic și un corp separat a encoderului. Rotația actuatorului magnetic este detectată de un cip codificator personalizat în caroserie și prelucrate la ieșirea dorită. Cipul encoderului procesează semnale primite de la rezoluția pe 13 biți (8192 poziții de rotație), cu viteze de lucru de până la 30.000 de rotații pe minut. Opțiunile de rezoluție includ coduri binare și zecimale. Semnalele de ieșire sunt furnizate în industrie în formate absolute, incrementale sau liniare. Corpul encoderului compact este doar de 36 de mm în diametru și oferă imunitate la murdărie IP68. RM36 poate fi utilizat într-o gamă largă de aplicații inclusiv aplicații marine, medicale, de imprimare, de conversie, automatizări industriale, prelucrarea metalelor, de control al motorului și instrumentelor.

http://www.rls.si/products/rotary-magnetic-encoders/incremental-encoders/rm36-rotary-magnetic-modular-encoder

Un encoder incremental oferă o anumită sumă de impulsuri într-o rotație a encoderului. Ieșirea poate fi o singură linie de impulsuri (canalul A) sau două rânduri de impulsuri (canalele A și B) care sunt declarate pentru a determina rotirea. Această eliminare între cele două semnale se numește cuadratură. Ansamblul tipic al unui encoder incremental constă într-un ax de ansamblu, PCB și un capac. PCB-ul conține o gamă de senzori care creează doar două semnale primare cu scopul de a determina poziția și viteza.

Opțional semnalele suplimentare pot fi furnizate :

Un indice sau un canal Z poate fi oferit ca un impuls pe semnale de rotație pentru localizarea și verificarea numărului de impuls pe canalele A și/sau B. Acest indice poate fi poartă fie A sau B, în diferite stări. Acesta poate fi de asemenea neînchis și variază în lățime.

Comutarea canalelor (U,V,W) pot fi, de asemenea, furnizate pe unele encodere. Aceste semnale sunt aliniate la înfășurările de comutare găsite pe servomotoare. Ei, de asemenea asigură că unitatea sau amplificatorul pentru acele motoare aplică curent pe fiecare înfășurare în ordinea și la nivelul corect.

Encodere alternative incrementale

Un curent electric creează un câmp magnetic de-a lungul înfășurării centrale. Există două înfășurări care sunt perpendiculare una pe cealaltă. O înfășurare este fixată în loc și cealalte înfășurări se mișcă odată cu mișcările obiectului. Schim

Encoderele absolute lucrează în situațiile în care precizia pentru viteză și poziție a corpului nu reuseșc toleranța și interoperabilitatea mai multor probleme ca sistemul simplu. Encoderul absolut are capacitatea de a „ști unde este” cu referire la poziția sa în cazul sistemului căzut și repornirea lui când encoderul ar muta în timp o putere scăzută.

Encoderul absolut înțelege informațiile de poziționare-nu esete nevoie să se bazeze pe sistemele electronice înafară de a oferi un indice de referință pentru poziția lui. Mai ales în comparație cu resolverul și encoderele incrementale, puterea evidentă de encoderele absolute reprezintă modul în care precizia lor de poziționare influențează performanța generală de aplicare astfel încât acesta este de obicei un encoder de alegere pentru aplicații de precizie mai mare cum ar fi CNC, medicale si robotice.

Un encoder incremental determină poziția relativă, privind doar diferențele dintre masurători. Motorul encoderului trimite impulsuri în canale numite cuadraturi și compensează în aceste impulsuri ce indica mișcare.

Encoderele incrementale oferă viteză excelentă și feedback la distanță și din moment ce există puțini senzori implicați, sistemele sunt atât de simple și ieftine. Cu toate acestea, encoderele rotative sunt sensibile la factorii de mediu cum ar fi vibrațiile, iar acestea pot pierde rezoluție la viteze ridicate din cauza limitărilor de frecvență la ieșire. Ele sunt, de asemenea limitate doar de furnizarea de informații de schimbare, astfel encoderul având nevoie de un dispozitiv de referință pentru a calcula datele de mișcare.

Encodere rotative absolute

Un encoder rotativ absolut determină poziția sa, folosind un punct de referință static.

Metoda este puțin diferită deoarece encoderul rotativ absolut este optic sau magnetic, principiul de funcționare fiind același. Există două discuri atât cu inele concentrice cât și cu compensare de markeri. Un disc este fixat în arborele central; alte mișcări libere. Odată ce discul se rotește markerii de-alungul liniei de encodere absolute schimbă poziția discului fix. Fiecare configurație de-alungul discului unui encoder rotativ absolut reprezintă un cod binar unic. Privind la codul binar encoderul rotativ absolut determină poziția absolută a obiectului. Pentru encodere absolute optice markerul este o deschidere care permite trecerea luminii. Pentru codificatoarele absolute magnetice markerii sunt o matrice a senzorului magnetic care trece peste un magnet și detectează poziția polilor magnetici. Având o referință integrată, un encoder rotativ absolut este intrinsec capabil sâ ofere feedback-ul de calitate superioară:

Rezoluția de ansamblu mai mare și orientare

Performanță mai bună la pornire din cauza timpului de localizare scăzut

Detectare de mișcare exactă de-alungul mai multor axe

Mai multe protocoale de ieșire pentru o mai bună integrare electronică

Sistem mai bun de recuperare sau eșecuri de putere

O altă caracteristică cheie a encoderelor absolute sunt opțiunile diferite de ieșire. Encoderele nu pot colecta datele de feedback; ei trebuie să trimită undeva într-o limbă pe care sistemul îl înțelege. Encoderele absolute folosesc codificare binară care este traductibilă în multe protocoale diferite. Dacă au mai multe componente folosesc aceleași comunicații bus cum ar fi sistemele electronice, atunci este important ca encoderul rotativ absolut să comunice cu bus. Singurul cost al encoderelor absolute este complexitatea crescută a sistemului.