Pyörivä enkooderi
Pyörivä enkooderi on anturi, joka muuntaa mekaanisen pyörimisliikkeen digitaalisiksi tai analogisiksi signaaleiksi. Sitä käytetään laajasti teollisuusautomaatiossa, robotiikassa, CNC-koneissa, lääketieteellisissä laitteissa ja kuljetusjärjestelmissä. Se tunnistaa kulman siirtymän, nopeuden ja suunnan, ja tarjoaa tarkkaa palautetta ohjausjärjestelmiin. Tämä artikkeli selittää kattavasti pyörivien enkoodereiden määritelmän, toimintaperiaatteet, luokitukset, tekniset parametrit, vertailuanalyysin, sovellusskenaariot, standardisäädökset ja valintavinkit.
Mikä on pyörivä enkooderi
Pyörivä enkooderi on moottorin palautelaite tai sijaintianturi, jota käytetään akselin kulman siirtymän, nopeuden ja pyörimissuunnan mittaamiseen. Sen päätehtävä on muuntaa pyörimisliike sähköisiksi signaaleiksi, jotka ohjainlaitteet purkavat ja määrittävät laitteen nykyisen sijainnin ja liikkeen tilan. Pyörivä enkooderi jaetaan pääasiassa inkrementaalisiin enkoodereihin, jotka tuottavat pulssisignaaleja, ja absoluuttisiin enkoodereihin, jotka tarjoavat ainutlaatuista sijaintitietoa.
Toimintaperiaatteet
Optinen tunnistus
- Käyttää valonlähdettä, joka valaisee levyä, jossa on läpinäkyviä ja peittäviä osia.
- Levyn pyöriessä fotodetektori tuottaa pulssisignaaleja.
Magneettinen tunnistus
- Käyttää magnetoresistiivisiä, Hall-efektin tai jättimäisiä magneettiresistanssi (GMR) antureita magneettisten napojen muutosten tunnistamiseen.
Induktiivinen/kapasitiivinen tunnistus
- Induktiivisuuden tai kapasitiivisuuden muutoksia käytetään kulman siirtymän tunnistamiseen, soveltuen koviin ympäristöihin (korkea saastuminen, tärinä).
Ulostulo-signaalilogiikka
- Inkrementaaliset enkooderit tuottavat A- ja B-vaiheita (kvaadratuuria) ja Z-vaiheen (nollaviitepulssin).
- Absoluuttiset enkooderit tarjoavat ainutlaatuisia monibitisiä binäärisiä tai Gray-koodin signaaleja.
Tyypit
✓ Signaalin ulostulon mukaan
- Inkrementaalinen: Tuottaa pulssisignaaleja, soveltuu nopeuden ja suunnan tunnistamiseen.
- Absoluuttinen: Tuottaa ainutlaatuista sijaintitietoa, yksi- tai monikierros.
✓ Mekaaninen rakenne
- Kiinteä akseli
- Tyhjä akseli
- Sokea tyhjä akseli
✓ Tunnistusteknologian mukaan
- Optiset enkooderit
- Magneettiset enkooderit
- Induktiiviset enkooderit
- Kapasitiiviset enkooderit
✓ Teollinen protokolla ja ulostulo
- TTL/HTL/RS422
- Sin/Cos
- SSI, BiSS-C, EnDat
- Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen
Teknisiä tietoja
| Parametri | Arvo/Tiedot |
|---|---|
| Resoluutio | 1 - 4,194,304 PPR tai 8 - 24 bittiä |
| Suurin nopeus | 3000 - 12,000 RPM, erityismallit jopa 20,000 RPM |
| Suojaluokitus | IP50 - IP68 |
| Käyttölämpötila | -40°C - +105°C |
| Sähköiset parametrit | 5V, 10-30V, ulostulo nykyinen yleensä < 100mA |
| Tärinä / iskukestävyys | IEC 60068-2: 10-20g (tärinä), 50-200g (iskut) |
| Ulostulosignaalityypit | TTL, HTL, RS422, SSI, BiSS-C, Profinet, EtherCAT |
Edut ja rajoitukset
Edut:
- Korkea resoluutio ja toistettavuus.
- Nopea vaste, soveltuu dynaamiseen ohjaukseen.
- Erilaiset liitännät ja viestintäprotokollat.
- Erinomainen sähkömagneettisen häiriön kestävyys monimutkaisissa teollisuusympäristöissä.
Rajoitukset:
- Optiset mallit ovat herkkiä saastumiselle.
- Korkearesoluutioiset mallit voivat olla kalliita.
- Tietyt teknologiat voivat heikentyä äärimmäisissä lämpötila- / tärinäolosuhteissa.
Vertailu muihin kulma-antureihin
| Tyyppi | Tarkkuus | Hinta | Häiriönkestävyys | Sovellusten joustavuus |
|---|---|---|---|---|
| Potentiometri | Matala | Matala | Heikko | Yksinkertaiset järjestelmät |
| Resolver | Keskitaso | Keskihinta | Korkea | Korkea tärinä, korkeat lämpötilat |
| Pyörivä enkooderi | Korkea (jopa 24 bittiä) | Keskihinta/Korkea | Korkea | Erilaiset teolliset järjestelmät |
Sovellusalueet
- Teollisuusautomaatio: Moottorin palautteet, robottikäsivarsien liikkeet.
- CNC-koneet: Spindeli- ja syöttöakselin sijainnin palaute.
- Robotiikka: Nivelten ohjaus ja reitin palaute.
- Lääkintälaitteet: MRI, CT-skannerin pyörimisliikkeen tunnistus.
- Hissit ja kuljetus: Koppien sijainti ja ovien ohjauspalautteet.
- Tuuli- ja aurinkoenergia: Lapakulmat ja aurinkoseurantajärjestelmät.
Teollisuusstandardit
- IEC 61800-5-2:2016: Ajojärjestelmien toiminnallinen turvallisuus.
- ISO 13849-1:2015: Koneiden ohjausjärjestelmien turvallisuus.
- IEC 60529:2020: Suojausluokitus (IP-koodi).
- IEC 60068-2: Värähtely- ja isku-ympäristötestaus.
- ISO 9001:2015: Valmistuksen laatujärjestelmät.
Yleiset ongelmat ja vianetsintä
| Ongelma | Mahdollinen syy | Ratkaisu |
|---|---|---|
| Ei signaalin ulostulo | Virtakatkos, johdotusvirheet, anturin vaurio | Tarkista virta, johdotus, vaihda vaurioituneet osat |
| Signaalin vaihtelu tai menetys | Häiriö, kaapelin vanheneminen, mekaaninen löystyminen | Tarkista maadoitus, vaihda kaapelit, kiristä kiinnikkeet |
| Virheellinen ulostulo | Optinen saastuminen, magneettinen häiriö, elektroninen vanheneminen | Puhdista optiset osat, poista häiriöiden lähteet, vaihda osat |
| Ulostulo viivästyy tai askeltaa | Protokollan väärä asetukset tai yhteensopimattomuus | Tarkista protokolla, tarkista johdotus, päivitä ohjainasetukset |
Valintaprosessi
- Sovelluksen vaatimukset: Määritä mittausparametrit (sijainti, nopeus, suunta).
- Enkooderin tyyppi: Valitse inkrementaalinen tai absoluuttinen (yksi- tai monikierros).
- Tunnistusteknologia: Optinen, magneettinen, induktiivinen tai kapasitiivinen.
- Resoluutio ja signaali: Yhteensopivuus järjestelmän tarkkuuden ja liitännän vaatimusten kanssa.
- Ympäristön soveltuvuus: Varmista IP-luokitus ja tärinä-/iskukestävyys.
- Mekaaninen liitäntä: Akselin halkaisija, asennusmenetelmä ja kuormitusvaatimukset.
- Viestintäyhteensopivuus: Varmista yhteensopivuus PLC:iden tai liikkeen ohjauslaitteiden kanssa.
- Sertifiointi ja standardit: Suosi tuotteita, jotka täyttävät IEC-, ISO-, UL- ja muut kansainväliset standardit.
Lähteet
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 60529:2020
- IEC 60068-2-sarja
- ISO 9001:2015
Ymmärtämällä perusteellisesti pyörivien enkoodereiden rakenteen, toimintaperiaatteet, suorituskykyparametrit ja sovellukset, insinöörit ja järjestelmäintegraattorit voivat saavuttaa tarkan valinnan ja järjestelmäintegraation, optimoiden ohjausjärjestelmän suorituskyvyn ja järjestelmän luotettavuuden.