Incrementele encoder
Incrementele encoder zijn een van de meest gebruikte sensoren in motion control systemen en worden veel toegepast in industriële automatisering, CNC-machines, robots en geautomatiseerde inspectiesystemen. Dit artikel biedt een gedetailleerde introductie van de definitie, werkingsprincipes, signaaloutputkenmerken, prestatie-indicatoren, structurele classificatie, industriële normen, technische vergelijkingen, veelvoorkomende onderhoudsproblemen en oplossingen, evenals selectiehandleidingen voor Incrementele encoder.
Wat is een Incrementele Encoder
Een incrementele encoder is een sensor die mechanische verplaatsingsinformatie in de vorm van periodieke pulssignalen uitvoert. Het kenmerk is dat het een overeenkomstig aantal elektrische pulsen genereert wanneer het een bepaalde hoek of afstand draait of beweegt. Door deze pulsen te tellen met een externe teller of controller, kan relatieve positiebepaling worden uitgevoerd.
De signalen die door een incrementele encoder worden uitgevoerd, omvatten meestal A-fase, B-fase (kwadratuur-output om de richting te bepalen) en Z-fase (een referentie-puls per omwenteling). Omdat de incrementele encoder alleen relatieve positiebepaling biedt, kunnen de positiegegevens niet worden opgeslagen wanneer het systeem is uitgeschakeld, daarom zijn vaak mechanische of elektrische nulkalibratiedevices nodig.
Werkingsprincipes van Incrementele encoder
Optische Incrementele Encoder
Een optische incrementele encoder gebruikt een LED-lichtbron om een draaiende roosterschijf te verlichten. De afwisselend transparante en ondoorzichtige gebieden op de roosterschijf zorgen ervoor dat de fotodetector periodieke elektrische signalen genereert. Deze signalen worden door elektronische circuits verwerkt en omgezet in standaard vierkante golfpulsen.
Magnetische Incrementele Encoder
Een magnetische incrementele encoder gebruikt magnetische sensoren (Hall-elementen of magnetoresistieve sensoren) om veranderingen in de magnetische roosters op de roterende as te detecteren, en stuurt periodieke pulssignalen uit.
Richting- en Nulpuntsdetectie
De A- en B-fases van de output van een incrementele encoder hebben een 90° elektrische faseverschil, wat kan worden gebruikt om de draairichting te bepalen. Het Z-fasesignaal genereert één puls per omwenteling en wordt gebruikt voor nulpunt- of referentiepuntkalibratie.
Signaaloutputkenmerken
| Item | Beschrijving |
|---|---|
| Outputsignaaltype | Vierkante golf (TTL/HTL/RS422), sinus/cosinus analoge output |
| Spanningniveau | TTL (5V), HTL (10-30V), RS422 differentiële signalen |
| Signaalfrequentiebereik | Tot honderden kHz tot MHz |
| Resolutie (PPR) | Meestal 100-10000 PPR, hoger met interpolatie |
| Faseverschil signaal | A/B-fase kwadratuur 90° ±10° |
| Overdrachtsafstand | RS422 differentiële signalen tot meer dan 100 meter |
Incrementele Encoder versus Absolute Encoder
| Prestatieparameter | Incrementele Encoder | Absolute Encoder |
|---|---|---|
| Positie-informatie | Relatieve positie, vereist externe teller | Absolute positie, ingebouwde geheugenfunctie |
| Kosten | Lager | Hoger |
| Systeemcomplexiteit | Vereist externe nulpuntbeheer en teller | Eenvoudig, geen externe teller nodig |
| Herstel bij stroomuitval | Kan positie niet automatisch herstellen | Bewaart en herstelt automatisch de positie |
| Toepassingen | Algemeen voor snelheids- en positiebepaling | High-precision, high-reliability positioneringssystemen |
Belangrijke Specificaties
- Resolutie (PPR): Het aantal pulsen dat per omwenteling door de encoder wordt uitgevoerd, wat de meetnauwkeurigheid bepaalt.
- Maximale snelheid (RPM): De maximale rotatiesnelheid waarop de encoder kan werken.
- Beschermingsklasse (IP): Bijvoorbeeld IP50 tot IP68, die de toepassingsomstandigheden bepaalt.
- Werktemperatuurbereik: Standaard van -20°C tot +85°C, uitbreidbare modellen kunnen -40°C tot +100°C bereiken.
- Trillings- en schokbestendigheid: Trillingsgraad meestal 10-20g, schokbestendigheid kan 50-200g bereiken.
Typische Toepassingen
- Industriële Automatisering: Motor snelheidsfeedback, assemblagelijn positiedetectie.
- CNC-machinegereedschappen: Slijpplaatspositie, spindelsnelheidsregeling.
- Verpakkings- en drukmachines: Materiaal lengtecontrole, registratie systemen.
- Medische Apparatuur: CT-rotatieplatforms, inspectie-instrument verplaatsingscontrole.
- Slimme Logistieke Systemen: AGV navigatiesystemen, transportsystemen.
- Liften en Kranen: Kabinepositionering, liftbesturingssysteem.
Industriële Standaarden en Normen
- ISO 13849-1: Functionele veiligheid van machinesystemen.
- IEC 61000-6-2: Elektromagnetische compatibiliteit voor industriële omgevingen.
- IEC 60068-2: Omgevingsgeschiktheidsteststandaarden (trilling, schokken).
- IEC 60529: Beschermingsgraad van apparatuur (IP-code) standaarden.
Onderhoud en Oplossingen voor Veelvoorkomende Problemen
Routineonderhoud
- Controleer regelmatig of mechanische installatiecomponenten (assen, koppelingen, flenzen) stevig zijn.
- Maak de encoder regelmatig schoon, vooral optische encoders om stof en olieophoping te voorkomen.
- Controleer regelmatig de kabels en connectoren om slijtage, corrosie of losse verbindingen te voorkomen.
Veelvoorkomende Storingen en Oplossingen
- Geen output signaal: Controleer de stroomvoorziening en kabelverbindingen; bevestig dat de sensor niet beschadigd is.
- Signaalverlies of ruis: Controleer of de mechanische installatie stevig is; verminder elektromagnetische interferentie door afgeschermde kabels of differentiële signalen.
- Abnormale signaalfluctuaties: Controleer de toestand van de lagers en koppelingen, vervang indien nodig; zorg ervoor dat de belasting binnen het toegestane bereik ligt.
Selectiegids
- Bepaal de toepassingsvereisten: Definieer het type beweging (roterend/lineair), de besturingsnauwkeurigheid en het snelheidsbereik.
- Kies resolutie en frequentie: Selecteer de juiste resolutie die past bij de invoerfrequentie van de controller of PLC.
- Interface- en spanningscompatibiliteit: Zorg ervoor dat de spanningen en signaaltypen van de controller of het systeem compatibel zijn.
- Overweeg de geschiktheid voor de omgeving: Kies beschermingsklasse en materialen op basis van de werkomstandigheden (temperatuur, stof, vocht).
- Mechanische installatiespecificaties: Zorg ervoor dat de asdiameter, montagewijze en belastingsvereisten overeenkomen met de toepassing.
Door de werkingsprincipes, signaalkenmerken, toepassingsvereisten, industriële normen en onderhoudsprocedures van Incrementele encoder grondig te begrijpen, kunnen ingenieurs systemen effectiever integreren en de juiste encoder selecteren, wat de betrouwbaarheid en prestaties van de apparatuur aanzienlijk verbetert.