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 Betriebsstatus der Ausrüstung auszugeben. Wenn der Encoder mit einer Zahnstange oder einer 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:
Encoder ist eine mechanische und elektronische enge Kombination aus Präzisionsmessgerät, das Signal oder Daten kodiert, konvertiert, für die Kommunikation, Übertragung und Speicherung von Signaldaten. Nach verschiedenen Merkmalen werden Encoder wie folgt klassifiziert:
● Codescheibe und Codeskala. Der Encoder, der lineare Verschiebungen in elektrische Signale umwandelt, wird Codeskala genannt, und der Encoder, der Winkelverschiebungen in Telekommunikation umwandelt, ist 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 Sätzen 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: einfaches Konstruktionsprinzip, durchschnittliche mechanische Lebensdauer von über Zehntausenden von Stunden, hohe Entstörungsfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit und geeignet für die Fernübertragung. Nachteile: Keine Ausgabe der absoluten Positionsinformationen der 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 wie die Anzahl der Codekanäle auf der Codeplatte. 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
Auf einer photoelektrischen Codescheibe mit Achse in der Mitte befinden sich kreisförmige Durchgangs- und dunkle Beschriftungslinien sowie photoelektrische Sende- und Empfangsgeräte zum Lesen. Vier Gruppen von Sinuswellensignalen werden zu A, B, C und D kombiniert. Jede Sinuswelle unterscheidet sich um 90 Grad in der Phase (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 Nullposition als Referenzposition 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 Materialien der Encoder-Codeplatte sind Glas, Metall, Kunststoff, auf der Glas-Codeplatte sind sehr dünne Gravurlinien aufgebracht, ihre thermische Stabilität ist gut und die Präzision hoch, die Metall-Codeplatte verläuft direkt über die nicht gravierten Linien und ist nicht zerbrechlich, aber da das Metall eine gewisse Dicke hat, ist die Genauigkeit begrenzt, und ihre thermische Stabilität ist um ein Vielfaches schlechter als die von Glas, die Kunststoff-Codeplatte ist wirtschaftlich, ihre Kosten sind niedrig, aber die Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer sind etwas mangelhaft.
Auflösung – Der Encoder gibt an, wie viele durch- oder dunkel gravierte Linien pro 360 Grad Drehung angezeigt werden. Dies wird als Auflösung bezeichnet, auch als Auflösungsindexierung bezeichnet, oder direkt als Anzahl der Linien, im Allgemeinen in einer Indexierung von 5 bis 10.000 Linien pro Umdrehung.
4. Positionsmessung und Rückkopplungssteuerungsprinzip
Encoder spielen eine äußerst wichtige Rolle in Aufzügen, Werkzeugmaschinen, der Materialverarbeitung, Motorrückkopplungssystemen sowie in Mess- und Steuergeräten. Der Encoder verwendet 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 visuell 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 ihrer Struktur 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 in unserem Leben basieren auf der präzisen Einstellung des Motors. Durch die Rückkopplung des elektrischen Signals im geschlossenen Regelkreis ist der Encoder mit dem Wechselrichter ebenfalls eine natürliche Möglichkeit, eine präzise Steuerung zu erreichen.
Veröffentlichungszeit: 20. Juli 2023