Rozdíl mezi inkrementálním a absolutním rotačním enkodérem

logo D-Ex info@dex.sk | +421 2 5729 7421
  • Rozdíl mezi inkrementálním a absolutním rotačním enkodérem

    V automatizaci a dnes vlastně již v téměř všech průmyslových odvětvích, kde se využívají pohony, je nutné zajistit přesné měření polohy a otáček hřídele, délek a nebo úhlů natočení tak, aby bylo možné přesně řídit dané aplikace. V případě použití krokových motorů je možné přímo předem přesně určit a řídit pohyb, úhel natočení nebo rychlost otáčení bez nutnosti zpětné kontroly. U ostatních typů motorů je nutné použít systém zpětné vazby, kdy se prakticky naslepo a nepřesně řídí pohyb motoru a až zpětně se vyhodnocuje o kolik, resp. jak moc nebo jak rychle se vlastní pohyb uskutečnil. Existuje mnoho metod jak tento pohyb vyhodnotit, jednou z nich je použití tzv. rotačních enkodérů. Jsou to elektromechanické převodníky, které převádí rotační pohyb na sekvence elektrických digitálních impulzů. Dle principu snímání je můžeme rozdělit na optické a magnetické, a dle poskytované informace na inkrementální (přírůstkové) a absolutní.

    Inkrementální a absolutní enkodéry Wachendorff

    Inkrementální enkodéry WDGI a WDGP

    Inkrementální enkodéry pracují v rámci jedné otáčky (360°) a tím končí, další otáčky jsou přičítány jako přírůstky k původním hodnotám, enkodér si tak při výpadku napájení nepamatuje svoji původní pozici. Společnost Wachendorff Automation využívá pro své inkrementální enkodéry dva principy měřeníoptický a magnetický, obě metody jsou bezkontaktní, během procesu tedy nedochází k opotřebení enkodéru.

    Optické inkrementální enkodéry

    U optických enkodérů je světlo z vysoce výkonné LED diody rovnoběžně rozptýleno pomocí čočky a prosvítá přes clonu a pulzní kotouč. Clona je integrována v přírubě, pulzní kotouč je namontován na hřídeli z nerezové oceli, která je díky speciálním ložiskům bez vůle. Pokud se hřídel otáčí, pak kombinace apertury clony a pulzního kotouče způsobí otevírání a zavírání definovaných polí. Buď se světlo mřížkou propustí, nebo ne. Toto uspořádání znamená, že jsou detekovány dva signály, fázově posunuté o 90° a nulový (indexový) pulz. Rozdíl mezi světlem a tmou je detekován přijímacími tranzistory, pracujícími diferenciálně, namontovanými na desce plošných spojů na opačné straně. Z toho elektronické obvody předzpracovávají vysoce přesné signály a poté je zesilují do průmyslově využitelných pulzních forem, například sinusových nebo obdélníkových, HTL nebo TTL a jejich invertovaných protějšků.

    Schéma optického rotačního enkodéru

    Magnetické inkrementální enkodéry

    Na hřídeli z nerezové oceli s uložením v ložiscích bez vůle je namontován na jejím konci uvnitř enkodéru diametrálně polarizovaný magnet. Pokud se hřídel otáčí, magnet a magnetické pole se otáčí spolu s ním. Tato změna magnetického pole je detekována a zpracovávána Hallovým senzorem na protější desce plošných spojů. Vyhodnocení umožňuje generovat signály, které jsou fázově posunuté o 90° stejně tak jako nulový impulz. Elektronika tyto signály následně upravuje a zesiluje do průmyslově použitelných obdélníkových pulzů v HTL nebo TTL a jejich invertovaných protějšků.

    Schéma magnetického rotačního enkodéru

    Absolutní enkodéry WDGA

    Absolutní rotační enkodér je snímač, který umí pracovat s počtem otáček a zároveň umí říct, kde přesně se v rámci otáčky (360°) v danou chvíli nachází. Při výpadku napájení tak umí navázat na informaci o své poloze a pokračovat ve snímaní. Absolutní enkodéry se dělí na jednootáčkové a víceotáčkové, které poskytují unikátní informaci o poloze i v rámci více otáček. Společnost Wachendorff Automation pro své absolutní enkodéry používá magnetický princip měření se dvěma patentovanými technologiemi QuattroMag® EnDra®.

    Jednootáčková technologie QuattroMag®

    Technologie je založena na čtyřech Hallových senzorech použitých společně s patentovaným výpočtovým algoritmem, který vypočítává magnetické pole generované diametrálně děleným magnetem namontovaným na čele hřídele enkodéru takovým způsobem, že jakékoli rušení mezi Hallovými signály a okolím je nemožné. Technologie tak může měřit úhlovou polohu a otáčky přesněji a rychleji než konvenční senzory ve vysoce přesných a dynamických aplikacích, ve kterých šlo doposud používat pouze absolutní snímače založené na optickém principu.

    Víceotáčkové enkodéry jsou navíc vybaveny technologií EnDra®, která počítá a ukládá jednotlivé otáčky pomocí Wiegandova snímače, i když je bez napětí, protože využívá principu sbírání energie z rotace. I zde patentovaný proces umožňuje přesné a spolehlivé zpracování signálu. V kombinaci jsou tyto dvě technologie téměř nepřekonatelné, obě jsou bezkontaktní, a tedy bez opotřebení a pohyblivých částic jako jsou např. ozubená kola. Díky tomu, že enkodér nemá baterii, je zcela bezúdržbový.

    Víceotáčková technologie EnDra®

    EnDra = energetický drát, čímž je míněn Wiegandův drát, je feromagnetická slitina z kobaltu, železa a vanadu, která se skládá z tvrdého magnetického pouzdra a měkkého magnetického jádra. Pokud se pole magnetu pohybuje podél Wiegandova drátu otáčením hřídele, měkké magnetické jádro je nuceno sledovat pole, omezené tvrdým magnetickým pouzdrem. Je-li magnet přiblížen k drátu, vnější plášť s vysokou koercitivitou vylučuje magnetické pole z vnitřního měkkého jádra, dokud není dosaženo magnetického prahu, načež celý vodič – jak vnější plášť, tak vnitřní jádro – rychle přepíná polaritu magnetizace. Tento impulz, který je nezávislý na rychlosti, se generuje dvakrát za otáčku a pomocí cívky se převádí na elektrické impulzy. Tyto impulzy generují dostatek energie pro provoz nízkoenergetické paměti FRAM a poskytují informaci o počtu otáček.

    Schematický rozklad absolutního PROFINET enkodéru

    Pokud jde o enkodéry Wachendorff Automation, pouze magnetické řešení je dost dobré na to, aby splňovalo oba základní požadavky, jednootáčkový k určení počtu kroků a víceotáčkový pro čítač otáček. Přes svou kompaktní konstrukci překonávají enkodéry WDGA vysoký faktor v optických systémech s technologií pohonu. Výstupem jsou pak digitální signály komunikačních protokolů SinCos, SSI, RS485, Profibus, CANopen, CANopenLIFT, Profinet, EtherCAT nebo a také jako univerzální Industrial Ethernet.

    Výhody a nevýhody

    Optický princip

    minus
    citlivý na okolní vlivy
    plus
    vysoké rozlišení a přesnost
    plus
    odolnost vůči působení silných magnetických polí

    Magnetický princip

    minus
    možné ovlivnění působením silných magnetických polí
    minus
    nižší přesnost v porovnání s optickým principem
    minus
    omezené rozlišení
    plus
    necitlivý na okolní vlivy
    plus
    jednodušší konstrukce
    Autor článku: Petr Nečas - D-Ex Instruments, s.r.o.

    Kam ďalej?

    Môžete si pozrieť naše ďalšie články, prípadne si prejsť kategórie súvisiace s týmto článkom (Meranie polohy, otáčok, dĺžok a uhlov natočenia), alebo si prezrieť relevantné produkty (Inkrementální enkodéry WDG, WDGI a WDGP s hřídelí, Inkrementální enkodéry WDG, WDGI a WDGP s dutou hřídelí, Absolutní enkodéry WDGA (CANopen a CANopen LIFT), Absolutní enkodéry WDGA (SSI, RS485, SAE a PROFIBUS), Absolutní enkodéry WDGA (PROFINET, EtherCAT a Universal-IE), Inkrementální enkodéry WDGN konfigurovatelné přes NFC). Viac informácií a zoznam všetkých produktov nájdete na stránke výrobcu .

    Ak potrebujete viac informácií alebo nám chcete niečo povedať, neváhajte sa obrátiť priamo na nášho odborníka, a to buď prostredníctvom formulára, alebo emailom.


    Novinky