Головна » Рішення » Галузеві рішення » Автоматизація процесів » Енкодери — датчики лінійних і кругових переміщень
Неможливо уявити технологічну лінію, що працює, без руху. Завдання, які вирішуються за допомогою механічних операцій у промисловості, охоплюють до 80% загального виробничого циклу. Всі елементарні рухи можна розділити на кругові та лінійні.
При послідовному виконанні елементарних операцій переміщення в загальне завдання включаються і помилки кожної окремої маніпуляції. Результатом накопичення помилок може бути зупинка складного механізму. Для виключення таких ситуацій необхідний надійний зворотний зв'язок, який має першорядне значення для будь-якого технічного завдання. Окремою вимогою щодо роботи технологічних агрегатів є оптимізація часу руху по заданій траєкторії.
Це рішення, за рахунок безконтактного методу контролю, має низку переваг:
На перший погляд — найвдаліша методика, перевагами якої є простота та дешевизна. Однак варто оцінити її роботу в промислових умовах, які характеризуються суттєвою кількістю жирних відкладень, пилу в повітрі та механічних вібрацій (рис. 2).
Найпростішим вирішенням зазначених проблем є використання окремого пристрою — енкодера, що перетворює кругове переміщення на контрольні одиниці. До основних характеристик енкодерів можна віднести роздільну здатність (кількість імпульсів на оборот) і максимальну частоту імпульсів.
Найпростішим таким пристроєм є магнітний енкодер, що працює за принципом датчика Холла. Однак, недоліками магнітного енкодера є відсутність контролю напрямку руху та невисока точність. Саме тому багато провідних виробників, таких як Siemens, Honeywell, Autonics, Mitsubishi освоїли більш практичний з точки зору точності і повторюваності результатів метод — принцип фотоелектронного сканування, що дає можливість отримувати роздільну здатність, що вимірюється в частках міліметра для лінійних переміщень, і частках градуса — для кутових. Такі енкодери знаходять різноманітне застосування у вимірі довжини при розмотуванні котушок (рулонних у поліграфії, бобін з кабелем), як інструмент для оцінки швидкості та положення в системах пакування.
Принцип роботи оптичного енкодера заснований на перетині променя оптопари (світлодіоди та фототранзистори) з розміченим диском, встановленим на валу (рис. 3). Залежно від частоти розмітки диска визначається роздільна здатність датчика і, як наслідок, точність вимірювання переміщення. Існує кілька різновидів енкодерів, найбільш використовувані з яких є інкрементальний (імпульсний), де відбувається послідовний підрахунок міток переміщення, та абсолютний, коли для кожного положення валу існує індивідуальний бінарний код. Інкрементальний енкодер призначений для формування імпульсів, які зчитуються вторинним пристроєм, що дозволяє визначити напрямок руху або кутового зміщення механізму, що спостерігається. Зазвичай інкрементальні енкодери виробляються з трьома імпульсними виходами, два з яких визначають швидкість та напрямок руху (канал А та В).
Рис. 3. Принцип роботи оптичного енкодера інкрементального типу
Послідовності імпульсів цих виходів зсунуті один щодо одного на 1/4 періоду, що реалізовано зсувом оптичного диска і розташуванням оптичних пар "випромінювач-приймач". Третя послідовність імпульсів служить для визначення позиції (канал Z). Цей канал формує імпульс нульової позначки на один оберт, що дозволяє коригувати помилки в межах кожного оберту. А підрахунком імпульсів за один оберт від нульової точки може визначатися поточне абсолютне положення валу, що обертається. Для нанесення міток на диск використовується лазер із спеціальним алгоритмом калібрування, що дозволяє наносити мітки з точністю до 10 мкм. У виробництві енкодерів південнокорейської компанії Autonics використовується спеціальний матеріал диска DREXON, який не боїться ні води, ні сухої пари, а його полімерна основа є гарантом довговічності диска енкодера. Його винятковою оптичною якістю є прозорість, яка не залежить від часу експлуатації та мало чутлива до навколишніх умов (матеріал можна просто прокип'ятити у воді).
Не варто завжди обирати енкодер із максимальною роздільною здатністю. У кожному окремому випадку енкодер повинен підбиратися під існуюче завдання. Система подачі заготовки при обробці металевих поверхонь повинна забезпечувати точність позиціонування, тому в цьому випадку висока роздільна здатність відіграє важливу роль. А ось для систем стабілізації швидкості підійде енкодер з відносно невеликою роздільною здатністю, який при однаковій частоті проходження імпульсів можна застосовувати для високих кутових швидкостей. За конструкцією валу їх можна розділити на енкодери з цілісним і порожнистим валом. Перші зазвичай поставляються з перехідною муфтою, яка з'єднує вал енкодера та вал механізму (двигуна) (рис. 4).
| а) |  | б) |  |
Рис. 4. Енкодери з цілісним (а) та порожнистим (б) валом
Використання з'єднувальної муфти може негативно впливати на точність системи при недостатньо жорсткій фіксації. Муфта повинна забезпечувати належне зчеплення з контрольованим механізмом та забезпечувати передачу швидкості без спотворень. Недостатньо висока жорсткість валів між контрольованим елементом та енкодером призводить до виникнення динамічних помилок.
Для виключення люфтів, механічної гістерези, розтягування ременя передачі, а відповідно і помилок можуть бути використані енкодери з порожнистим валом. Вони насаджуються безпосередньо на вал двигуна чи виконавчого механізму. Крім того, у будь-якій вимірювальній системі або системі зі зворотним зв'язком переважно, щоб енкодер знаходився якомога ближче до приводу, так як це дозволяє зменшити ймовірність виникнення резонансів, які негативно впливають на технічні характеристики системи сервоуправління, особливо при значній частоті обертання. /p>
Застосування кількох оптичних головок у конструкції енкодерів Autonics дає можливість компенсувати вплив радіального биття підшипників на точність кутових вимірювань.
Вторинним пристроєм інкрементальних енкодерів зазвичай служать лічильники імпульсів або високошвидкісні дискретні входи контролерів. Якщо лічильник має вихід TTL (Line drive), його можна прямо підключати на частотний перетворювач через призначений вхід зворотного зв'язку.
Підсумовуючи, можна відзначити, що область використання енкодерів безмежна. Вони підходять практично для будь-якого завдання вимірювання відстаней та кутових переміщень.
А.В. Горобець, СВ АЛЬТЕРА, м. Київ
