|
|
|
|
|
DEGATRON - Abecadło enkoderów |
|
|
Automatyka -
Automatyka
|
Enkodery
są precyzyjnymi przyrządami do pomiaru przemieszczeń liniowych lub
kątowych. Poniżej zostaną opisane enkodery optoelektroniczne zbudowane
ze szklanej skali w postaci listwy, w przypadku enkoderów liniowych
oraz szklanej tarczy, w przypadku enkoderów obrotowych. Szkło z których
wykonywane są skale cechuje znikoma rozszerzalność cielpna.
W
produkowanych enkoderach termiczny współczynnik rozszerzalności wynosi
około 9 * 10e-6/°K. W metodzie fotooptycznej stosuje się również inne
nośniki skali. Nośnikiem może być ceramika lub taśma stalowa. Rolę
układu odczytującego pełni zespół światłoczułych elementów
fotooptycznych. Obecnie w enkoderach źródłami światła są diody
elektroluminescencyjne. Przetwornik składa się z dwóch płytek szklanych
z naniesionymi na przemian, przeźroczystymi i nieprzeźroczystymi dla
promieniowania podczerwonego, prążkami. Płytki są względem siebie
ruchome. Jedna jest skalą, druga noniuszem. Przetworniki liniowe
wykonuje się ze skalami o działkach 20 lub 40 mikrometrów. Przetworniki
obrotowe wyróżnia ilość prążków naniesionych promieniowo na szklanej
tarczy. Noniusz, inaczej zwany polaryzatorem, jest mechanicznie
zespolony z układem optycznym. Układ optyczny stanowią dwa zespoły,
składające się z umieszczonych na przeciw siebie i sprzężonych
optycznie diod elektroluminescencyjnych z soczewkami skupiającymi oraz
fototranzystorów.
Pomiędzy noniuszem, a diodami przemieszcza się
skala. Prążki na noniuszu są umieszczone tak, aby przemieszczanie skali
względem noniusza powodowało taką modulację promieniowania
podczerwonego docierającego do fototranzystorów, żeby różnicowy sygnał
fototranzystorów tego samego zespołu był sinusoidalny.
Sygnały
sinusoidalne dwóch układów optycznych są przesunięte względem siebie w
fazie o ¼ okresu. W enkoderach oprócz ścieżki pomiarowej są naniesione
punkty referencyjne. W przypadku enkoderów obrotowych naniesiony jest
na tarczce jeden punkt, w enkoderach liniowych może być ich kilka. Gdy
punkt referencyjny znajdzie się w zasięgu odczytu zespołu noniusza,
zostanie wygenerowany sygnał jak na rysunku. Punkty referencyjne służą
do identyfikacji położenia skali względem noniusza, a w dalszej
konsekwencji do bazowania układu pomiarowego. Sygnał wyjściowy może być
w postaci sinusoidy o amplitudzie prądu 11 mikroamper lub napięcia 1
volt. Aby wydobyć z sygnału sinusoidalnego informację przekształca się
go w komparatorach lub interpolach. W wyniku komparacji, na poziomie
zera, powstają dwie fale prostokątne przesunięte w fazie o ¼ okresu.
Interpolatory
generują zbocza również przy innych poziomach napięcia lub prądu
sinusoidy. W wyniku tego powstaje zwielokrotniony sygnał prostokątny,
na przykład pięciokrotnie. Przetworniki działające na tej zasadzie
nazywa się przetwornikami inkrementalnymi lub przyrostowymi. Po
zamianie na impulsy, sygnał przybiera postać fali prostokątnej o
standardzie TTL (5V) w enkoderach liniowych lub TTL i HTL (30V) w
enkoderach obrotowych. Z racji zakłóceń sygnał prostokątny występuje w
wersji prostej i zanegowanej jak na rysunku. Produkowane są enkodery
liniowe z kodowanymi punktami referencyjnymi, a także enkodery
absolutne. Te ostatnie cechuje to iż posiadają naturalną "pamięć"
położenia.
Do
przedstawienia wyników pomiarów służy czytnik (inne spotykane nazwy;
licznik, odczyt). Zadaniem licznika jest zliczanie impulsów
generowanych przez enkodery. Aktualnie produkowane liczniki mają
wbudowany układ kwadratyzatora. Jego działanie powoduje generowanie
impulsu przy każdym przychodzącym zboczu. Stosując interpolator mnożący
przez pięć, oraz kwadratyzator przy skali o szerokości prążków równej
20 mikrometrów, uzyskuje się w enkoderach liniowych rozdzielczość 1
mikrometra. Podobnie w enkoderze obrotowym przy 1000 prążkach na
tarczy, stosując komparator i kwadratyzator uzyskuje się 4000 impulsów
na jeden obrót przetwornika. Bardziej zaawansowane czytniki mają
możliwość skalowania. Umożliwia to montaż na osi przetwornika
obrotowego kółka zębatego toczącego się po zębatce, dokonując tym
sposobem pomiaru drogi. Stosuje się koła zębate o różnych modułach i
ilościach zębów, w zależności od koniecznej rozdzielczości pomiaru. To
samo można uczynić sprzęgając enkoder obrotowy z kółkiem pomiarowym. W
przypadku kółek pomiarowych typowe obwody wynoszą 200 lub 500
milimetrów. Dobierając kółko pomiarowe należy się kierować materiałem
po jakim będzie się toczyło kółko.
Enkodery obrotowe są
wykonywane w wersji z wyprowadzoną na zewnątrz lub drążoną wewnątrz
osią. Pierwsze enkodery, występujące w wersji popularnej i precyzyjnej,
łączy się mechanicznie z elementem obrotowym przez sprzęgiełka.
Enkodery z otworem (ośką drążoną) umieszcza się bezpośrednio na osi.
Stosując sprzęgiełka należy uwzględnić średnicę osi, przenoszony moment i dokładność kinematyczną.
Enkodery
inkrementalne są wykonywane również w postaci modułowej (niezabudowane)
lub z dwoma ścieżkami pomiarowymi. Istnieje klasa enkoderów, w których
skala jest wykonana w absolutnym kodzie Graya. Kod ten cechuje się tym,
że przy zmianie położenia o jedną działkę następuje zmiana sygnału
tylko na jednej pozycji. Sygnał wyjściowy z przetwornika jest sygnałem
równoległym w standardzie TTL, z ilością bitów zależną od
rozdzielczości.
Od
enkoderów inkrementalnych różni je głównie to, że posiadają naturalną
"pamięć" położenia. Właśnie z tej racji znajdują zastosowanie tam,
gdzie natychmiast po włączeniu zasilania potrzebna jest znajomość
bezwzględnego położenia bez konieczności bazowania. Enkodery obrotowe
odpowiednio aplikowane mierzą przemieszczenie liniowe, kątowe, prędkość
obrotową lub ilość wykonanych obrotów. Znajdują zastosowanie do
stabilizacji prędkości obrotowej silników, pozycjonowania stołów
obrabiarek, pomiaru długości materiałów. W enkoderach liniowych skalę
oraz głowiczkę mocuje się do wzajemnie przemieszczających się
podzespołów, których położenie względem siebie chcemy mierzyć. Przy
montażu należy zwrócić uwagę na wymagane tolerancje przemieszczania
głowiczki względem skali liniowej oraz względem urządzenia, którego
przsunięcie mierzymy. Enkodery liniowe występuję w wersji
niezabudowanej lub w obudowie, a także jako długościomierze. Zdjęcie
przedstawia enkoder liniowy w obudowie.
Enkodery liniowe
charakteryzuje mniejszy stopień szczelności. Dlatego tam gdzie jest
znaczny stopień zapylenia lepiej zdają egzamin enkodery obrotowe.
Enkodery obrotowe wypierają enkodery liniowe przy pomiarze na długości
kilku metrów oraz tam gdzie można mierzyć z mniejszą precyzją.
Specjalnie dla obrabiarek do metalu zosłał opracowany enkoder z
radełkowanym kołem pomiarowym. Radełkowanie eliminuje poślizg kółka
toczącego się po metalu.
Z uwagi na zapylenie, długości
pomiarowe, wibracje, cenę, wymagane dokładności, stosowanie enkoderów
obrotowych w maszynach do drewna jest lepszym rozwiązaniem. Obecnie w
trudnych warunkach pracy enkodery obrotowe są zastępowane enkoderami
zbudowanymi w oparciu o taśmy magnetyczne. Ich zasada działania jest
podobna do opisanej. Nośnikiem informacji jest taśma z naniesionymi
działkami magnetycznymi. Informację odczytuje głowiczka pomiarowa
wyposażona w zespół czujników magnetycznych. Produkowane są także
liniały pomiarowe, w których pomiar odbywa się w oparciu o zjawisko
magnetostrykcji, pojemności lub zmiany oporności magnetycznej obwodu
magnetycznego.
Więcej informacji:
DEGATRON systemy inżynierskie automatyka, sterowanie, pomiary |
|
| |
|
| |
|
Automatyka 
