Was ist ein Encoder?
Während des Motorbetriebs wird durch die Echtzeitüberwachung von Parametern wie Strom, Drehzahl und der relativen Position der Umfangsrichtung der rotierenden Welle der Status desMotorAufbau und der gezogenen Ausrüstung und darüber hinaus Echtzeitsteuerung des Motors und der Betriebsbedingungen der Ausrüstung, wodurch Servosteuerung, Geschwindigkeitsregelung und viele andere spezifische Funktionen realisiert werden.
Dabei vereinfacht der Einsatz eines Encoders als Front-End-Messelement das Messsystem nicht nur erheblich, sondern macht es auch präzise, zuverlässig und leistungsstark.
Ein Encoder ist ein Drehsensor, der die Position und Verschiebung rotierender Teile in eine Reihe digitaler Impulssignale umwandelt. Diese werden vom Steuerungssystem erfasst und verarbeitet, um eine Reihe von Befehlen zum Anpassen und Ändern des Betriebszustands des Geräts auszugeben. In Kombination mit einer Zahnstange oder einer Schraubspindel kann der Encoder auch zur Messung der physikalischen Größen Position und Verschiebung linear beweglicher Teile verwendet werden.
Grundlegende Klassifizierung von Encodern
Ein Encoder ist eine mechanische und elektronische Kombination aus Präzisionsmessgeräten, die Signale oder Daten zur Kodierung, Umwandlung, Kommunikation, Übertragung und Speicherung von Signaldaten verwenden.
Der Encoder ist ein Präzisionsmessgerät, das mechanische und elektronische Komponenten kombiniert, um Signale und Daten zu kodieren, umzuwandeln, zu kommunizieren, zu übertragen und zu speichern. Je nach unterschiedlichen Merkmalen werden Encoder wie folgt klassifiziert: Codescheibe und Codeskala: Wandelt lineare Verschiebungen in elektrische Signale um (Codeskala-Encoder), Winkelverschiebungen in Telekommunikation (Codescheibe). - Inkrementalgeber: Gibt Position, Winkel und Anzahl der Runden usw. an, um die Anzahl der Impulse pro Umdrehung zu bestimmen und so die Geschwindigkeit der Trennung zu bestimmen. - Absolutwertgeber: Gibt Informationen wie Position, Winkel und Anzahl der Umdrehungen in Winkelinkrementen an, wobei jedem Winkelinkrement ein eindeutiger Code zugewiesen wird.
-Hybrid-Absolutwertgeber: Hybrid-Absolutwertgeber geben zwei Informationssätze aus: Ein Informationssatz wird zum Erkennen der Position der Magnetpole verwendet und hat die Funktion absoluter Informationen; der andere Satz entspricht genau den Ausgabeinformationen inkrementeller Encoder.
Häufig verwendete Encoder fürMotoren
Inkrementalgeber
Direkte Nutzung des Prinzips der photoelektrischen Umwandlung zur Ausgabe von drei Sätzen von Rechteckimpulsen A, B und Z. Die beiden Impulssätze A und B haben eine Phasendifferenz von 90°, wodurch die Drehrichtung leicht bestimmt werden kann. Die Z-Phase gibt bei jeder Umdrehung einen Impuls aus und dient zur Referenzpunktpositionierung. Vorteile: einfaches Konstruktionsprinzip, durchschnittliche mechanische Lebensdauer von Zehntausenden von Stunden oder mehr, starke Entstörungsfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geeignet für die Übertragung über große Entfernungen. Nachteile: Keine Ausgabe der absoluten Positionsinformationen zur Wellendrehung möglich.
Absolutwertgeber
Digitaler Sensor mit direkter Ausgabe. Der Sensor hat eine kreisförmige Codescheibe mit mehreren konzentrischen Codekanälen in radialer Richtung. Jeder Kanal besteht aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Sektoren. Die Anzahl der benachbarten Codekanalsektoren ist doppelt so hoch wie die Anzahl der Codekanäle auf der Codescheibe und die Anzahl der Binärziffern auf der Codescheibe. Auf der einen Seite der Codescheibe befindet sich die Lichtquelle, auf der anderen Seite des Codekanals befindet sich ein lichtempfindliches Element. Wenn sich die Codescheibe in einer anderen Position befindet, wandelt das lichtempfindliche Element das entsprechende Pegelsignal in eine Binärzahl um, je nachdem, ob es beleuchtet ist oder nicht. Wenn sich die Codescheibe in einer anderen Position befindet, wandelt jedes lichtempfindliche Element das entsprechende Pegelsignal in eine Binärzahl um, je nachdem, ob es beleuchtet ist oder nicht.
Dieser Encodertyp zeichnet sich dadurch aus, dass er keinen Zähler benötigt und an jeder Position der Drehwelle ein fester digitaler Code entsprechend der Position ausgelesen werden kann. Je mehr Codekanäle, desto höher ist natürlich die Auflösung. Bei einem Encoder mit N-Bit-Binärauflösung muss die Codescheibe über N Barcodekanäle verfügen. Derzeit gibt es 16-Bit-Absolut-Encoder-Produkte.
Funktionsprinzip des Encoders
Durch die Mitte der Welle der fotoelektrischen Codeplatte, die einen Ring mit dunklen Linien aufweist, werden fotoelektrische Sender- und Empfängergeräte gelesen, um vier Sätze von Sinuswellensignalen zu erhalten, die zu A, B, C, D kombiniert sind, wobei jede Sinuswelle eine Phasendifferenz von 90 Grad aufweist (im Verhältnis zu einer Umfangswelle von 360 Grad), wobei die C- und D-Signale invertiert und den zwei Phasen von A und B überlagert werden, was zur Stabilisierung des Signals verbessert werden kann; und bei jeder Umdrehung wird ein Z-Phasenimpuls ausgegeben, der die Nullposition als Referenzposition darstellt.
Da die beiden Phasen von A und B einen Unterschied von 90 Grad aufweisen, kann die A-Phase vorne oder die B-Phase vorne verglichen werden. Um die positive und die umgekehrte Drehung des Encoders zu erkennen, kann durch den Nullimpuls die Nullreferenzposition des Encoders ermittelt werden.
Zu den Materialien für Encoderscheiben gehören Glas, Metall und Kunststoff. Auf Glasscheiben ist eine sehr dünne Gravurlinie aufgebracht, die eine gute thermische Stabilität und hohe Präzision aufweist. Metallscheiben können die Gravurlinie direkt passieren, ohne sie zu überschreiten, und sind nicht zerbrechlich. Aufgrund einer bestimmten Dicke des Metalls ist die Präzision jedoch eingeschränkt und die thermische Stabilität um eine Größenordnung schlechter als die von Glas. Kunststoffscheiben sind wirtschaftlich und kostengünstig, weisen jedoch eine geringere Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer auf. Kunststoffscheiben sind wirtschaftlich, weisen jedoch eine geringere Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer auf.
Auflösung – Die Anzahl der durchgängigen oder dunklen Linien, die der Encoder pro 360 Grad Drehung bereitstellt, wird als Auflösung bezeichnet. Sie wird auch als Indexauflösung oder direkt als Anzahl der Linien bezeichnet. Im Allgemeinen beträgt der Index 5 bis 10.000 Linien pro Umdrehung.
Prinzipien der Positionsmessung und Rückkopplungssteuerung
Encoder spielen eine äußerst wichtige Rolle in Aufzügen, Werkzeugmaschinen, der Materialverarbeitung, Motorrückkopplungssystemen sowie Mess- und Steuergeräten. Encoder verwenden optische Gitter und Infrarotlichtquellen, um optische Signale über einen Empfänger in elektrische TTL-(HTL-)Signale umzuwandeln. Dieser Empfänger gibt den Drehwinkel und die Position des Motors visuell wieder, indem er die Frequenz des TTL-Pegels und die Anzahl der High-Pegel analysiert.
Da Winkel und Position präzise gemessen werden können, ist es möglich, mit dem Encoder und dem Umrichter einen geschlossenen Regelkreis zu bilden, um die Steuerung noch präziser zu gestalten, weshalb Aufzüge, Werkzeugmaschinen usw. so präzise eingesetzt werden können.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Encoder je nach Struktur in inkrementelle und absolute Encoder unterteilt sind. Sie können auch andere Signale, wie z. B. optische Signale, in elektrische Signale umwandeln, die analysiert und gesteuert werden können. In der heutigen Zeit basieren Werkzeugmaschinen lediglich auf der präzisen Regelung des Motors. Durch die Rückkopplung des elektrischen Signals wird eine geschlossene Schleife gesteuert. Ein Encoder mit Frequenzumrichter ermöglicht selbstverständlich auch eine präzise Steuerung.
Veröffentlichungszeit: 23. Februar 2024