1. Was ist ein Encoder?
Während des Betriebs einesSchneckengetriebe N20 Gleichstrommotor, Parameter wie Strom, Geschwindigkeit und relative Position der Umfangsrichtung der rotierenden Welle werden in Echtzeit überwacht, um den Zustand des Motorkörpers und der geschleppten Ausrüstung zu bestimmen und darüber hinaus die Betriebsbedingungen von Motor und Ausrüstung in Echtzeit zu steuern, wodurch viele spezifische Funktionen wie Servo- und Geschwindigkeitsregelung realisiert werden. Dabei vereinfacht die Anwendung eines Encoders als Front-End-Messelement nicht nur das Messsystem erheblich, sondern ist auch präzise, zuverlässig und leistungsstark. Der Encoder ist ein Drehsensor, der die physikalischen Größen Position und Verschiebung rotierender Teile in eine Reihe digitaler Impulssignale umwandelt, die vom Steuerungssystem erfasst und verarbeitet werden, um eine Reihe von Befehlen zum Anpassen und Ändern des Betriebszustands der Ausrüstung auszugeben. Wenn der Encoder mit einer Zahnstange oder Schraubenschraube kombiniert wird, kann er auch zum Messen der Position und Verschiebung linear beweglicher Teile verwendet werden.
2. Die Encoder-Klassifizierung
Grundlegende Klassifizierung von Encodern:
Ein Encoder ist eine mechanische und elektronische Kombination aus Präzisionsmessgeräten. Er dient der Kodierung, Konvertierung und Kommunikation, Übertragung und Speicherung von Signaldaten. Encoder werden nach ihren Merkmalen wie folgt klassifiziert:
● Codescheibe und Codeskala. Der Encoder, der lineare Verschiebungen in elektrische Signale umwandelt, heißt Codeskala, und der Encoder, der Winkelverschiebungen in Telekommunikation umwandelt, heißt Codescheibe.
● Inkrementalgeber. Liefert Informationen wie Position, Winkel und Anzahl der Umdrehungen und definiert die jeweilige Rate durch die Anzahl der Impulse pro Umdrehung.
● Absolutwertgeber. Liefert Informationen wie Position, Winkel und Anzahl der Umdrehungen in Winkelinkrementen, und jedem Winkelinkrement ist ein eindeutiger Code zugewiesen.
● Hybrid-Absolutwertgeber. Der Hybrid-Absolutwertgeber gibt zwei Informationssätze aus: Ein Informationssatz wird zum Erkennen der Polposition mit der Absolutinformationsfunktion verwendet und der andere Satz entspricht genau den Ausgabeinformationen des Inkrementalgebers.
In Motoren häufig verwendete Encoder:
● Inkrementalgeber
Direkte Nutzung des photoelektrischen Umwandlungsprinzips zur Ausgabe von drei Sätzen Rechteckimpulsen A, B und Z. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Impulssätzen A und B beträgt 90°, sodass die Drehrichtung leicht bestimmt werden kann. Die Z-Phase besteht aus einem Impuls pro Umdrehung und dient zur Referenzpunktpositionierung. Vorteile: Einfache Konstruktion, durchschnittliche mechanische Lebensdauer von über Zehntausenden von Stunden, hohe Entstörungsfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und Eignung für die Fernübertragung. Nachteile: Keine Ausgabe der absoluten Positionsinformationen zur Wellendrehung möglich.
● Absolutwertgeber
Auf der kreisförmigen Codeplatte des Sensors befinden sich mehrere konzentrische Codekanäle entlang der radialen Richtung. Jeder Kanal besteht aus lichtdurchlässigen und nicht lichtdurchlässigen Sektoren. Die Anzahl der Sektoren benachbarter Codekanäle ist doppelt so hoch, und die Anzahl der Codekanäle auf der Codeplatte entspricht der Anzahl der Binärziffern. Befindet sich die Codeplatte in unterschiedlichen Positionen, wird jedes lichtempfindliche Element je nach Lichteinfall in das entsprechende Pegelsignal umgewandelt und bildet so die Binärzahl.
Dieser Encodertyp zeichnet sich dadurch aus, dass kein Zähler erforderlich ist und an jeder Position der Drehachse ein fester digitaler Code entsprechend der Position gelesen werden kann. Je mehr Codekanäle vorhanden sind, desto höher ist natürlich die Auflösung. Für einen Encoder mit N-Bit-Binärauflösung muss die Codescheibe N Codekanäle haben. Derzeit gibt es in China 16-Bit-Absolutwertgeber.
3. Das Funktionsprinzip des Encoders
Bei einer fotoelektrischen Codescheibe mit einer Achse in der Mitte befinden sich kreisförmige Durchgangs- und dunkle Beschriftungslinien sowie fotoelektrische Sende- und Empfangsgeräte zum Lesen. Vier Gruppen von Sinuswellensignalen werden zu A, B, C und D kombiniert. Jede Sinuswelle hat einen Phasenunterschied von 90 Grad (360 Grad im Verhältnis zu einer Umfangswelle). Die Signale C und D werden umgekehrt und den Phasen A und B überlagert, wodurch das stabile Signal verbessert werden kann. Bei jeder Umdrehung wird ein weiterer Z-Phasenimpuls ausgegeben, um die Referenzposition Null darzustellen.
Da die beiden Phasen A und B um 90 Grad unterschiedlich sind, kann verglichen werden, ob Phase A oder Phase B vorne ist, um die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Encoders zu erkennen und das Nullreferenzbit des Encoders kann durch den Nullimpuls erhalten werden. Die Codeplatten des Encoders bestehen aus Glas, Metall und Kunststoff. Auf Glascodeplatten sind sehr dünne Gravurlinien aufgebracht, ihre thermische Stabilität ist gut und die Präzision hoch. Metallcodeplatten werden direkt ohne Gravurlinien geführt und sind nicht zerbrechlich, aber aufgrund der gewissen Dicke des Metalls ist die Genauigkeit begrenzt und ihre thermische Stabilität ist um ein Vielfaches schlechter als die von Glas. Kunststoffcodeplatten sind wirtschaftlicher und kostengünstiger, aber die Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer sind schlecht.
Auflösung – Der Encoder gibt an, wie viele durch- oder dunkel gravierte Linien pro 360 Grad Drehung ausgegeben werden. Dies wird als Auflösung bezeichnet, auch als Auflösungsindexierung oder direkt als Anzahl der Linien, im Allgemeinen in einer Indexierung von 5 bis 10.000 Linien pro Umdrehung.
4. Prinzip der Positionsmessung und Rückkopplungssteuerung
Encoder spielen eine wichtige Rolle in Aufzügen, Werkzeugmaschinen, der Materialverarbeitung, Motorrückkopplungssystemen sowie in Mess- und Steuergeräten. Der Encoder nutzt ein Gitter und eine Infrarotlichtquelle, um das optische Signal über einen Empfänger in ein elektrisches TTL- (HTL-)Signal umzuwandeln. Durch Analyse der Frequenz des TTL-Pegels und der Anzahl der High-Pegel werden Drehwinkel und Drehposition des Motors optisch dargestellt.
Da Winkel und Position genau gemessen werden können, können Encoder und Wechselrichter zu einem geschlossenen Regelkreis zusammengefasst werden, um die Steuerung genauer zu machen, weshalb Aufzüge, Werkzeugmaschinen usw. so präzise eingesetzt werden können.
5. Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Encoder je nach Aufbau in inkrementelle und absolute Encoder unterteilt werden. Beide wandeln andere Signale, beispielsweise optische Signale, in elektrische Signale um, die analysiert und gesteuert werden können. Die gängigen Aufzüge und Werkzeugmaschinen basieren auf der präzisen Einstellung des Motors. Durch die Rückkopplung des elektrischen Signals im geschlossenen Regelkreis ermöglicht der Encoder mit dem Wechselrichter eine präzise Steuerung.
Veröffentlichungszeit: 20. Juli 2023