Rozdíl mezi inkrementálním a absolutním rotačním enkodérem

logo D-Ex info@dex.cz | +420 541 423 211
  • Rozdíl mezi inkrementálním a absolutním rotačním enkodérem

    V automatizaci a dnes vlastně již v téměř všech průmyslových odvětvích, kde se využívají pohony, je nutné zajistit přesné měření polohy a otáček hřídele, délek a nebo úhlů natočení tak, aby bylo možné přesně řídit dané aplikace. V případě použití krokových motorů je možné přímo předem přesně určit a řídit pohyb, úhel natočení nebo rychlost otáčení bez nutnosti zpětné kontroly. U ostatních typů motorů je nutné použít systém zpětné vazby, kdy se prakticky naslepo a nepřesně řídí pohyb motoru a až zpětně se vyhodnocuje o kolik, resp. jak moc nebo jak rychle se vlastní pohyb uskutečnil. Existuje mnoho metod jak tento pohyb vyhodnotit, jednou z nich je použití tzv. rotačních enkodérů. Jsou to elektromechanické převodníky, které převádí rotační pohyb na sekvence elektrických digitálních impulzů. Dle principu snímání je můžeme rozdělit na optické a magnetické, a dle poskytované informace na inkrementální (přírůstkové) a absolutní.

    Inkrementální a absolutní enkodéry Wachendorff

    Inkrementální enkodéry WDGI a WDGP

    Inkrementální enkodéry pracují v rámci jedné otáčky (360°) a tím končí, další otáčky jsou přičítány jako přírůstky k původním hodnotám, enkodér si tak při výpadku napájení nepamatuje svoji původní pozici. Společnost Wachendorff Automation využívá pro své inkrementální enkodéry dva principy měřeníoptický a magnetický, obě metody jsou bezkontaktní, během procesu tedy nedochází k opotřebení enkodéru.

    Optické inkrementální enkodéry

    U optických enkodérů je světlo z vysoce výkonné LED diody rovnoběžně rozptýleno pomocí čočky a prosvítá přes clonu a pulzní kotouč. Clona je integrována v přírubě, pulzní kotouč je namontován na hřídeli z nerezové oceli, která je díky speciálním ložiskům bez vůle. Pokud se hřídel otáčí, pak kombinace apertury clony a pulzního kotouče způsobí otevírání a zavírání definovaných polí. Buď se světlo mřížkou propustí, nebo ne. Toto uspořádání znamená, že jsou detekovány dva signály, fázově posunuté o 90° a nulový (indexový) pulz. Rozdíl mezi světlem a tmou je detekován přijímacími tranzistory, pracujícími diferenciálně, namontovanými na desce plošných spojů na opačné straně. Z toho elektronické obvody předzpracovávají vysoce přesné signály a poté je zesilují do průmyslově využitelných pulzních forem, například sinusových nebo obdélníkových, HTL nebo TTL a jejich invertovaných protějšků.

    Schéma optického rotačního enkodéru

    Magnetické inkrementální enkodéry

    Na hřídeli z nerezové oceli s uložením v ložiscích bez vůle je namontován na jejím konci uvnitř enkodéru diametrálně polarizovaný magnet. Pokud se hřídel otáčí, magnet a magnetické pole se otáčí spolu s ním. Tato změna magnetického pole je detekována a zpracovávána Hallovým senzorem na protější desce plošných spojů. Vyhodnocení umožňuje generovat signály, které jsou fázově posunuté o 90° stejně tak jako nulový impulz. Elektronika tyto signály následně upravuje a zesiluje do průmyslově použitelných obdélníkových pulzů v HTL nebo TTL a jejich invertovaných protějšků.

    Schéma magnetického rotačního enkodéru

    Absolutní enkodéry WDGA

    Absolutní rotační enkodér je snímač, který umí pracovat s počtem otáček a zároveň umí říct, kde přesně se v rámci otáčky (360°) v danou chvíli nachází. Při výpadku napájení tak umí navázat na informaci o své poloze a pokračovat ve snímaní. Absolutní enkodéry se dělí na jednootáčkové a víceotáčkové, které poskytují unikátní informaci o poloze i v rámci více otáček. Společnost Wachendorff Automation pro své absolutní enkodéry používá magnetický princip měření se dvěma patentovanými technologiemi QuattroMag® EnDra®.

    Jednootáčková technologie QuattroMag®

    Technologie je založena na čtyřech Hallových senzorech použitých společně s patentovaným výpočtovým algoritmem, který vypočítává magnetické pole generované diametrálně děleným magnetem namontovaným na čele hřídele enkodéru takovým způsobem, že jakékoli rušení mezi Hallovými signály a okolím je nemožné. Technologie tak může měřit úhlovou polohu a otáčky přesněji a rychleji než konvenční senzory ve vysoce přesných a dynamických aplikacích, ve kterých šlo doposud používat pouze absolutní snímače založené na optickém principu.

    Víceotáčkové enkodéry jsou navíc vybaveny technologií EnDra®, která počítá a ukládá jednotlivé otáčky pomocí Wiegandova snímače, i když je bez napětí, protože využívá principu sbírání energie z rotace. I zde patentovaný proces umožňuje přesné a spolehlivé zpracování signálu. V kombinaci jsou tyto dvě technologie téměř nepřekonatelné, obě jsou bezkontaktní, a tedy bez opotřebení a pohyblivých částic jako jsou např. ozubená kola. Díky tomu, že enkodér nemá baterii, je zcela bezúdržbový.

    Víceotáčková technologie EnDra®

    EnDra = energetický drát, čímž je míněn Wiegandův drát, je feromagnetická slitina z kobaltu, železa a vanadu, která se skládá z tvrdého magnetického pouzdra a měkkého magnetického jádra. Pokud se pole magnetu pohybuje podél Wiegandova drátu otáčením hřídele, měkké magnetické jádro je nuceno sledovat pole, omezené tvrdým magnetickým pouzdrem. Je-li magnet přiblížen k drátu, vnější plášť s vysokou koercitivitou vylučuje magnetické pole z vnitřního měkkého jádra, dokud není dosaženo magnetického prahu, načež celý vodič – jak vnější plášť, tak vnitřní jádro – rychle přepíná polaritu magnetizace. Tento impulz, který je nezávislý na rychlosti, se generuje dvakrát za otáčku a pomocí cívky se převádí na elektrické impulzy. Tyto impulzy generují dostatek energie pro provoz nízkoenergetické paměti FRAM a poskytují informaci o počtu otáček.

    Schematický rozklad absolutního PROFINET enkodéru

    Pokud jde o enkodéry Wachendorff Automation, pouze magnetické řešení je dost dobré na to, aby splňovalo oba základní požadavky, jednootáčkový k určení počtu kroků a víceotáčkový pro čítač otáček. Přes svou kompaktní konstrukci překonávají enkodéry WDGA vysoký faktor v optických systémech s technologií pohonu. Výstupem jsou pak digitální signály komunikačních protokolů SSI, RS485, SAE J1939, Profibus, CANopen, CANopen LIFT, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP a nebo také univerzální Industrial Ethernet, kde si zákazník může zvolit komunikační protokol dle potřeby jednoduchým nahráním požadovaného firmware.

    Výhody a nevýhody

    Optický princip

    minus
    citlivý na okolní vlivy
    plus
    vysoké rozlišení a přesnost
    plus
    odolnost vůči působení silných magnetických polí

    Magnetický princip

    minus
    možné ovlivnění působením silných magnetických polí
    minus
    nižší přesnost v porovnání s optickým principem
    minus
    omezené rozlišení
    plus
    necitlivý na okolní vlivy
    plus
    jednodušší konstrukce
    Autor článku: Petr Nečas - D-Ex Instruments, s.r.o.

    Kam dál?

    Můžete se podívat na naše další články, případně si projít kategorii související s tímto článkem (Měření polohy, otáček, délek a úhlů natočení), nebo si prohlédnout relevantní produkty (Inkrementální enkodéry WDG, WDGI a WDGP s hřídelí, Inkrementální enkodéry WDG, WDGI a WDGP s dutou hřídelí, Inkrementální enkodéry WDGN konfigurovatelné přes NFC, Absolutní enkodéry WDGA (CANopen a CANopen LIFT), Absolutní enkodéry WDGA (SSI, RS485, SAE a PROFIBUS), Absolutní enkodéry WDGA (PROFINET-IO, EtherCAT, EtherNet/IP a Universal-IE)). Bližší informace a výpis všech výrobků najdete na stránkách výrobce Wachendorff Automation.

    Pokud budete potřebovat více informací, nebo byste nám rádi něco sdělili, neváhejte kontaktovat přímo našeho specialistu, ať už přes formulář, nebo emailem.