Absolute encoder
Absolute encoders zijn cruciale verplaatsings- en hoekpositiesensoren die worden gebruikt in moderne industriële automatisering, robotica en hoogprecisie meetsystemen. In tegenstelling tot incrementele encoders bieden absolute encoders altijd unieke, niet-vluchtige positiedata, zelfs bij stroomuitval. Dit artikel biedt een gedetailleerde analyse van absolute encoders, met hun definitie, werkingsprincipes, structurele typen, signaaluitgangen, prestatie-specificaties, technische voordelen, toepassingsgebieden, relevante normen, technische vergelijkingen, veelvoorkomende problemen en selectiecriteria.
Wat is een absolute encoder
Een absolute encoder is een sensor die in staat is een unieke digitale code te leveren die de positie op elk moment vertegenwoordigt. Het uitgangssignaal komt overeen met de absolute positie van een roterende as of lineaire verplaatsing, in plaats van relatieve bewegingspulsen. Daarom kan de absolute encoder, zelfs na een stroomstoring of systeemherstart, nauwkeurig de huidige positie rapporteren zonder dat opnieuw refereren of het zoeken van een referentiepunt nodig is.
Absolute encoders worden veel gebruikt in toepassingen die een hoge betrouwbaarheid en positiebehoud vereisen, zoals robotica, CNC-machines, geautomatiseerde productielijnen en liftsystemen.
Werkingsprincipe van absolute encoders
1. Single-Turn Absolute Encoder
- Elke positie binnen één omwenteling wordt weergegeven door een unieke codecombinatie.
- Geschikt voor toepassingen met rotatiebereiken binnen 360°.
2. Multi-Turn Absolute Encoder
- Naast single-turn codering volgt deze het aantal omwentelingen met behulp van mechanische tandwielen of elektronische teltechnieken.
- Geschikt voor onbeperkte rotatie of toepassingen die multi-turn positietracking vereisen.
Codeermethoden:
- Binaire codering
- Gray-code
- BCD (Binair Gecodeerd Decimaal)
Detectietechnologieën:
- Optische detectie (codeschijf en opto-elektronische sensoren)
- Magnetische detectie (magnetische schalen en magneto-resistieve/Hall-sensoren)
- Inductieve detectie
Typen signaaluitgangen
| Signaaltype | Beschrijving |
|---|---|
| Seriële interface | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Parallelle interface | Multi-bit digitale uitgang |
| Analoge uitgang | Spanning (0-10V) / Stroom (4-20mA), voor speciale toepassingen |
Belangrijke specificaties
- Single-turn resolutie: Tot 24 bits (16.777.216 posities).
- Multi-turn telling: Tot 32 bits (4.294.967.296 omwentelingen).
- Maximale rotatiesnelheid: Typisch 6000 RPM, hogere opties beschikbaar.
- Beschermingsgraad: IP50 tot IP68 (industriële zware modellen).
- Bedrijfstemperatuur: -40°C tot +105°C.
- Tril-/schokbestendigheid: Conform IEC 60068-2 normen.
- Uitgangsvertraging: < 1 ms (voor hoge snelheidseisen).
Technische voordelen
- Niet-vluchtige positieopslag: Positiedata blijft behouden, zelfs bij stroomuitval.
- Vereenvoudigd systeemontwerp: Geen noodzaak voor opnieuw refereren of initiële kalibratie.
- Sterke ruisimmuniteit: Differentieelsignalen en ruisbestendige interfaceontwerpen.
- Flexibele communicatieprotocollen: Ondersteunt diverse veldbussen en industriële Ethernet-standaarden.
- Hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid: Geschikt voor precisiepositioneringstaken.
Typische toepassingen
- Industriële robotica: Controle van gewrichtsposities.
- CNC-bewerkingscentra: Terugkoppeling van spil- en sledesposities.
- Slimme logistiek: AGV- en transportsysteem route-detectie.
- Geautomatiseerde opslag: Positiecontrole van stapelkranen en liften.
- Medische apparatuur: Roterende platforms in MRI- en CT-scanners.
- Wind- en zonne-energie: Windrichting, bladhoek en zonvolgsystemen.
Industriële normen en standaarden
- IEC 61800-5-2: Functionele veiligheid van elektrische aandrijfsystemen (inclusief SIL-classificatie).
- ISO 13849-1: Veiligheid van machinebesturingssystemen.
- IEC 61131-2: In-/uitgangseisen voor industriële besturingsapparatuur.
- IEC 60529: Beschermingsgraden (IP-code).
- ISO 9001: Kwaliteitsbeheersysteem voor productie.
Absolute vs incrementele encoders
| Prestatie-indicator | Absolute Encoder | Incrementele Encoder |
|---|---|---|
| Positie-informatie | Biedt unieke absolute positie | Biedt relatieve positie |
| Niet-vluchtige positieopslag | Ja | Nee |
| Systeemcomplexiteit | Lager (geen externe herreferentie vereist) | Vereist externe tellers en herreferentiemechanismen |
| Kosten | Hoger | Lager |
| Nauwkeurigheid | Hoog (tot 24 bits of meer) | Afhankelijk van PPR en tellers |
| Toepassingsscenario | Hoge precisie, multi-turn volgystemen | Algemene snelheids- of positiedetectiesystemen |
Onderhoud en probleemoplossing
Routineonderhoud
- Inspecteer regelmatig bevestigingsmiddelen om losraken of slijtage te voorkomen.
- Houd optische vensters schoon voor optische encoders.
- Controleer de integriteit van kabels en connectoren om breuken of corrosie te voorkomen.
Veelvoorkomende problemen en oplossingen
| Probleem | Mogelijke oorzaak | Oplossing |
|---|---|---|
| Geen signaaluitgang | Stroomstoring of losgekoppelde bedrading | Controleer de stroomvoorziening en bedrading |
| Positiegegevens springen of gaan verloren | Interferentie, verouderde componenten of losse delen | Controleer de aarding, vervang componenten en draai delen vast |
| Communicatiefouten of vertragingen | Onjuiste protocolconfiguratie of bedradingproblemen | Verifieer protocolinstellingen en controleer of vervang kabels |
Selectiegids
- Kies het type: Single-turn of multi-turn op basis van het bewegingsbereik.
- Resolutievereisten: Selecteer het aantal bits volgens de precisiebehoefte.
- Uitgangsinterface: Kies een seriële of parallelle interface die compatibel is met de controller of PLC.
- Montagespecificaties: Bevestig asdiameter, flensstandaard en laadcapaciteit.
- Omgevingsvereisten: Bepaal de beschermingsgraad en temperatuurbereik op basis van de werkelijke werkomstandigheden.
- Systeemcompatibiliteit: Zorg ervoor dat communicatieprotocollen compatibel zijn met bestaande systemen.
- Veiligheidscertificeringen: Geef voorrang aan producten die gecertificeerd zijn volgens SIL, ISO 13849 en andere relevante normen voor kritische toepassingen.
Door de constructie, functies, normen en technische voordelen van absolute encoders grondig te begrijpen, kunnen technische professionals efficiënt het juiste model selecteren op basis van specifieke toepassingsvereisten, wat de prestaties, betrouwbaarheid en intelligentie van het systeem verbetert.
Referenties / Geciteerde normen
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015