Inkrementella kodare
Inkrementella kodare är en av de mest använda sensorerna i rörelsekontrollsystem och förekommer ofta inom industriell automation, CNC-maskiner, robotik och automatiserade inspektionssystem. Denna artikel går igenom definitionen av inkrementella kodare, deras arbetsprincip, signalutgångsegenskaper, prestandaspecifikationer, strukturella klassificeringar, branschstandarder, tekniska jämförelser, vanliga underhållsproblem med lösningar och urvalsguide.
Vad är en inkrementell kodare (What is an Incremental Encoder)
En inkrementell kodare är en sensor som levererar mekanisk positionsinformation i form av periodiska pulssignaler. Varje viss vinkel- eller distansrörelse genererar ett motsvarande antal elektriska pulser, vilka räknas av en extern räknare eller styrsystem för att mäta relativ position.
De utgångssignaler som vanligen används är:
- Fas A
- Fas B (kvadraturutgång för riktning)
- Fas Z (nollreferenspuls per varv)
Eftersom kodaren bara ger relativ positionsdata går informationen förlorad vid strömavbrott, varför mekanisk eller elektrisk nollpunktkalibrering ofta krävs.
Arbetsprincip för inkrementella kodare (Working Principle of Incremental Encoders)
Optisk inkrementell kodare
En LED-ljuskälla belyser en roterande rasterskiva där transparenta och ogenomskinliga områden alternerar. Fotodetektorn genererar periodiska elektriska signaler som omvandlas till standardiserade fyrkantsvågor av elektroniska kretsar.
Magnetisk inkrementell kodare
Magnetskiva på axeln detekteras av Hall- eller magnetoresistiva sensorer. Ändringar i det magnetiska mönstret skapar periodiska pulssignaler.
Riktning och nollpunkt
Fas A och B har ett fasförskjutning på 90°, vilket möjliggör rikt- ningsbestämning. Fas Z ger en puls per varv för nollpunktkalibrering.
Signalutgångsegenskaper (Signal Characteristics)
| Parametrar | Beskrivning |
|---|---|
| Utgångssignaltyp | Fyrkantsvåg (TTL/HTL/RS422), sinus-/cosinus-analog uteffekt |
| Spänningsnivå | TTL (5 V), HTL (10–30 V), RS422-differentialsignal |
| Signalfrekvens | Upp till hundratals kHz–MHz |
| Upplösning (PPR) | 100–10 000 PPR, högre via interpolering |
| Fasförskjutning | Kvadratur 90° ±10° mellan A/B |
| Max överföringslängd | RS422 > 100 m |
Inkrementell vs Absolut kodare (Incremental vs Absolute Encoder)
| Prestandaindikator | Inkrementell kodare | Absolut kodare |
|---|---|---|
| Positionsdata | Relativ; extern räknare behövs | Absolut; inbyggt minne |
| Kostnad | Lägre | Högre |
| Systemkomplexitet | Kräver nollpunkthantering & räknare | Enkel; utan extern räknare |
| Återställning vid strömavbrott | Ingen automatisk återställning | Behåller & återställer position |
| Typiska applikationer | Allmän hastighet/positionskontroll | Högprecision, pålitlig positions- system |
Nyckelspecifikationer (Key Specifications)
- Upplösning (PPR): Pulser per varv, avgör mätnoggrannhet.
- Max RPM: Högsta varvtal för säker drift.
- IP-klass: IP50–IP68, miljötålighet.
- Temperaturområde: –20 °C till +85 °C (standard), –40 °C till +100 °C (utökad).
- Vibration & stöt: 10–20 g vibration, upp till 200 g stötmotstånd.
Typiska tillämpningar (Typical Applications)
- Industriell automation: Motorgivning, positionsdetektion.
- CNC-maskiner: Riktning & hastighetsstyrning.
- Förpackning & tryck: Materiallängd & registrering.
- Medicinsk utrustning: CT-plattformar, instrumentkontroll.
- Smarta logistiksystem: AGV-navigation, transportörer.
- Hissar & kranar: Kabinposition & lyftstyrning.
Industriella standarder (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1: Funktionell maskinsäkerhet.
- IEC 61000-6-2: EMC för industriella miljöer.
- IEC 60068-2: Miljötester (vibration, stöt).
- IEC 60529: Skyddsklasser (IP-kod).
Underhåll & Felsökning (Maintenance and Troubleshooting)
Rutinkontroller
- Kontrollera mekaniska fästen (axel, koppling, fläns).
- Rengör ytan, särskilt optiska kodare.
- Inspektera kablage & kontakter.
Vanliga fel & lösningar
- Ingen signal: Kontrollera ström & kablage.
- Jitter/loss: Förstärk montaget & skärma kablar.
- Oregelbunden signal: Kontrollera lager & kopplingar, byt vid behov.
Urvalsguide (Selection Guide)
- Definiera krav: Rörelsetyp, noggrannhet, hastighetsområde.
- Matcha PPR & frekvens: Anpassa till PLC/ styrsystem.
- Kompatibilitet: TTL/HTL/RS422.
- Miljökrav: Välj IP-klass & material.
- Monteringsspecifikationer: Axel- diameter & belastningskrav.
Genom att förstå inkrementella kodares principer, signalegenskaper, krav, standarder och underhåll kan ingenjörer effektivt integrera system och göra korrekta urval, vilket avsevärt förbättrar utrustningens prestanda och tillförlitlighet.