Was ist ein Encoder?
Während des Motorbetriebs bestimmt die Echtzeitüberwachung von Parametern wie Strom, Drehzahl und der relativen Position der Umfangsrichtung der rotierenden Welle den Status desMotorAufbau und der gezogenen Ausrüstung und darüber hinaus Echtzeitsteuerung des Motors und der Betriebsbedingungen der Ausrüstung, wodurch Servosteuerung, Geschwindigkeitsregulierung 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 Drehgeber, 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 zur Anpassung und Änderung des Betriebszustands des Geräts auszugeben. In Kombination mit einem Zahnrad 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 kodieren, konvertieren, kommunizieren, übertragen und speichern.
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 den verschiedenen 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 jedes Winkelinkrement einen eindeutigen Code erhält.
-Hybrid-Absolutwertgeber: Hybrid-Absolutwertgeber geben zwei Informationssätze aus: Ein Informationssatz wird verwendet, um die Position der Magnetpole zu erkennen, mit der Funktion der absoluten Information; der andere Satz ist genau derselbe wie die Ausgabeinformationen von Inkrementalgebern.
Häufig verwendete Encoder fürMotoren
Inkrementalgeber
Direkte Anwendung des Prinzips der photoelektrischen Umwandlung zur Ausgabe von drei Sätzen Rechteckimpulsen A, B und Z. Die beiden Sätze A und B haben einen Phasenunterschied von 90°, wodurch die Drehrichtung leicht bestimmt werden kann. Die Z-Phase erzeugt pro Umdrehung einen Impuls zur Referenzpunktpositionierung. Vorteile: einfaches Konstruktionsprinzip, durchschnittliche mechanische Lebensdauer von Zehntausenden von Stunden oder mehr, hohe Entstörungsfähigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geeignet für die Fernübertragung. Nachteile: Keine Ausgabe der absoluten Positionsinformationen zur Wellendrehung möglich.
Absolutwertgeber
Digitalsensor 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 steht in einer doppelten Beziehung: Die Anzahl der Codekanäle auf der Codescheibe entspricht der Anzahl der Binärziffern und die Anzahl der Codekanäle entspricht der Anzahl der Bits auf der Codescheibe. Auf der Seite der Codescheibe befindet sich die Lichtquelle, auf der anderen Seite des jeweiligen Codekanals befindet sich ein lichtempfindliches Element. Befindet sich die Codescheibe in einer anderen Position, wandelt das lichtempfindliche Element das entsprechende Pegelsignal je nach Beleuchtung in eine Binärzahl um. Befindet sich die Codescheibe in einer anderen Position, wandelt jedes lichtempfindliche Element das entsprechende Pegelsignal je nach Beleuchtung in eine Binärzahl um.
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 vorhanden sind, desto höher ist natürlich die Auflösung. Bei einem Encoder mit N-Bit-Binärauflösung muss die Codescheibe über N Barcodekanäle verfügen. Derzeit sind 16-Bit-Absolut-Encoder erhältlich.
Funktionsprinzip des Encoders
Auf der Mitte der Welle einer fotoelektrischen Codeplatte, die einen Ring mit dunklen Linien aufweist, befinden sich fotoelektrische Sender- und Empfängergeräte zum Lesen, 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 Signale C und D invertiert und den zwei Phasen von A und B überlagert werden, was zur Stabilisierung des Signals verbessert werden kann; und wobei bei jeder Umdrehung ein Z-Phasenimpuls ausgegeben wird, 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 Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Encoders zu erkennen, kann durch den Nullimpuls die Nullreferenzposition des Encoders ermittelt werden.
Encoderscheiben bestehen aus Glas, Metall und Kunststoff. Glasscheiben sind mit einer sehr dünnen Gravurlinie versehen, weisen eine gute thermische Stabilität und hohe Präzision auf. Metallscheiben können die Gravurlinie direkt passieren und nicht passieren und sind unempfindlich. Aufgrund der Metalldicke ist die Präzision jedoch eingeschränkt und die thermische Stabilität um ein Vielfaches schlechter als die von Glas. Kunststoffscheiben sind kostengünstig und kostengünstig, weisen jedoch eine geringere Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer auf. Kunststoffscheiben sind kostengünstig, weisen jedoch eine geringere Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer auf.
Auflösung – Die Anzahl der durch den Encoder bereitgestellten durchgehenden oder dunklen Linien pro 360-Grad-Drehung wird als Auflösung bezeichnet, auch als Indexauflösung oder direkt als Anzahl der Linien bezeichnet, im Allgemeinen 5 bis 10.000 Linien pro Umdrehungsindex.
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 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 genau gemessen werden können, ist es möglich, mit dem Encoder und dem Wechselrichter ein Regelungssystem 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 Inkremental- und Absolutwertgeber 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 Regelung ermöglicht. Encoder mit Frequenzumrichter ermöglichen selbstverständlich auch eine präzise Steuerung.
Veröffentlichungszeit: 23. Februar 2024