Capacités fonctionnelles, caractéristiques de conception, matériaux utilisés et technologies de fabrication pour les codeurs rotatifs optiques et magnétiques absolus. Encodeur de rotation - optique ou magnétique ? Traduction de la publication d'une interview dans le magazine Constructor avec le co-fondateur du groupe d'entreprises Fraba sur le thème de la technologie magnétique.
Que rechercher lors du choix d'un encodeur ?
La fiabilité du codeur est très importante !
La fiabilité et la qualité de fonctionnement de vos équipements complexes et de la production dans son ensemble dépendent de la fiabilité du codeur. Ainsi, les pertes dues aux arrêts imprévus de la ligne de production peuvent s'avérer disproportionnellement élevées par rapport à l'argent économisé sur l'achat d'encodeurs. Cela comprend la perte de temps du personnel, les dommages au matériel et à l'équipement de production, les coûts de diagnostic/dépannage, la réparation/le remplacement d'un codeur défaillant et l'alignement et le test/le démarrage ultérieurs de l'équipement.
Lors du choix d'un encodeur, il est également important de faire attention à ses caractéristiques techniques. Certains fabricants revendiquent une haute résolution, mais très souvent, ils ne parlent pas d'une résolution physique, mais d'une résolution interpolée. Bien entendu, on ne peut pas attendre de précision et de non-linéarité admissible de tels codeurs et, dans certains cas, les valeurs de ces caractéristiques sont insuffisantes pour le fonctionnement du codeur dans le cadre d'un équipement de précision. Lors du choix d'un encodeur, il est très important d'opter pour une qualité éprouvée.
Compte tenu de ce qui précède, nous vous recommandons fortement de prendre votre sélection d'encodeur au sérieux. Un fonctionnement ininterrompu des équipements pendant longtemps et l'image de votre entreprise n'est qu'entre vos mains !
Les codeurs rotatifs optiques et magnétiques absolus présentés dans notre programme d'approvisionnement sont conçus et fabriqués par Posital Fraba, qui est leader mondial dans la fabrication de capteurs de positionnement et le découvreur de la méthode de positionnement absolu de l'angle de rotation. Les produits du fabricant allemand Posital Fraba se distinguent par la plus haute qualité, garantie par de nombreuses années (plus de 80 ans !) d'expérience dans la production de codeurs absolus. Les tâches de positionnement - de l'automatisation industrielle à la technologie mobile - nécessitent des informations précises et à jour sur la position d'une unité mécanique particulière.
Les codeurs absolus enregistrent les plus petits mouvements et les convertissent en un signal numérique. La capacité des codeurs absolus à enregistrer avec précision et rapidité les mouvements angulaires et linéaires en fait le lien le plus important entre la mécanique et les systèmes de contrôle. Posital propose une large gamme de conceptions de codeurs mécaniques avec tous les types d'interfaces courants.
Matériaux, technologies et expérience du fabricant
Exigences élevées pour les matériaux utilisés, tenant compte des différents coefficients de dilatation thermique, l'utilisation de roulements de fournisseurs de confiance, des technologies spéciales pour l'échantillonnage du jeu - tout cela affecte des paramètres aussi importants du codeur que la douceur et la facilité de rotation de l'arbre, la durabilité et la stabilité des paramètres mécaniques. En 1970, FRABA développe le premier codeur angulaire optoélectronique au monde et commence sa production. Une vaste expérience et des technologies de production modernes rendent les produits de cette entreprise inégalés dans des paramètres aussi importants que: haute fiabilité, prix bas et délais de livraison les plus courts. Au fil des ans, un fabricant, en particulier un fabricant se concentrant sur la production d'une gamme étroite de produits, en l'occurrence la production de codeurs absolus, a derrière lui une expérience, un savoir-faire et des secrets considérables.
Vous trouverez ci-dessous les technologies derrière les codeurs absolus Posital Fraba, leurs différences et leurs caractéristiques.
Encodeurs optiques
Le codeur optique absolu moderne est un appareil extrêmement complexe. Lors de la conception d'un codeur optique haute résolution, les concepteurs sont confrontés à un grand nombre de facteurs contradictoires qui affectent considérablement la précision et la fiabilité du codeur sur une longue période de temps.
Principe de mesure optique
Un élément clé des encodeurs optiques est un disque de code monté sur l'arbre. Ce disque est fait d'un matériau transparent avec un motif concentrique de zones transparentes et opaques. La lumière infrarouge de la LED frappe une série de photorécepteurs à travers un disque de code. Lorsque l'arbre tourne, la combinaison unique de photorécepteurs est éclairée par la lumière traversant le motif sur le disque. Pour les modèles multitours, un jeu supplémentaire de disques de codage est installé dans le mécanisme d'engrenage. Lorsque l'arbre principal du capteur tourne, ces disques d'engrènement tournent comme un mécanisme de compteur kilométrique. La position de rotation de chaque disque est contrôlée optiquement et la sortie est une information sur le nombre de tours de l'arbre du codeur.
Fonctionnalité
Les codeurs absolus optiques IXARC POSITAL utilisent la technologie Opto-ASIC hautement intégrée, offrant une résolution jusqu'à 16 bits (65536 pas) par tour. Pour les modèles multitours, la plage de mesure est augmentée en engageant mécaniquement les disques de codage jusqu'à 16384 (214) tours.
Avantages des codeurs optiques
Les encodeurs optiques offrent une résolution et une précision très élevées, ainsi que d'excellentes performances dynamiques, et conviennent à une utilisation dans des zones à forts champs magnétiques. Étant donné que la rotation des disques de code est un processus entièrement mécanique, ces appareils ne peuvent pas perdre d'informations sur la position absolue en cas de panne de courant temporaire de l'appareil. Aucune pile de secours requise !
Conception d'encodeur
Le problème principal est la présence dans une conception d'un grand nombre de composants mécaniques, optiques et électroniques en interaction, mais de nature complètement différente. Par exemple, les mécaniciens sont sujets à l'usure mécanique. Et la qualité des éléments optiques est principalement influencée par des facteurs tels que la pollution, la gradation, le changement d'intensité de rayonnement. La haute résolution de l'encodeur nécessite l'utilisation d'un disque optique pochoir haute densité. Pour une résolution optique/physique (non interpolée !) de 12 bits, un disque avec des secteurs divisant le cercle en 4096 parties/marques est nécessaire. Plus l'encodeur est compact et plus le diamètre du disque est petit, plus les exigences en matière d'optique d'encodeur sont élevées. Pour reconnaître une telle densité du motif sur le disque, il est nécessaire de placer la matrice de lecture à proximité immédiate du disque. Le jeu minimum entre le disque rotatif et la matrice de lecture impose des exigences très élevées à la mécanique. Un faux-rond/jeu minimal de l'arbre entraînera un contact lors de la rotation du disque avec la matrice de lecture et, par conséquent, endommagera le pochoir appliqué sur le disque. L'usure des pièces mécaniques du codeur ou les fuites dans le boîtier entraînent également une contamination de l'optique par des produits d'usure et de la poussière provenant de l'extérieur et, par conséquent, une distorsion des résultats de mesure. Le disque optique est une partie importante de l'encodeur. Sous l'influence du temps, des changements de température et bien d'autres. d'autres facteurs, les propriétés du matériau du disque peuvent changer au fil du temps, par exemple, s'estomper et se déformer. Le premier facteur, combiné à une perte d'intensité du rétroéclairage LED, peut réduire drastiquement la fiabilité de fonctionnement et/ou provoquer une panne totale de fonctionnement. Le deuxième facteur peut entraîner le danger de contact du disque avec la matrice lorsque l'arbre du codeur tourne avec les mêmes conséquences qui en découlent.
Encodeurs magnétiques
Principe de mesure magnétique
Les codeurs magnétiques déterminent la position angulaire à l'aide de la technologie du champ magnétique. Un aimant permanent, monté sur l'arbre du codeur, crée un champ magnétique qui est mesuré par le codeur, qui génère une valeur de position absolue unique.
Technologie multitours innovante
Les encodeurs magnétiques multitours IXARC POSITAL utilisent une technologie innovante pour suivre le nombre de tours, même si la révolution s'est produite alors que le système était hors tension. Pour accomplir cette tâche, les codeurs convertissent la rotation de l'arbre en énergie électrique. La technologie est basée sur l'effet Wiegand : lorsqu'un aimant permanent sur l'arbre du codeur est tourné d'un certain angle, la polarité magnétique dans le « fil Wiegand » change brusquement, créant une surtension à court terme dans l'enroulement entourant le fil. Cette impulsion marque la rotation de l'arbre et alimente également le circuit électronique qui enregistre cet événement. L'effet Wiegand se produit dans toutes les conditions, même avec une rotation très lente, et élimine le besoin de batteries de secours.
Avantages des codeurs magnétiques
Les encodeurs magnétiques sont fiables, durables et compacts. La conception sans batterie et sans engrenage offre une simplicité mécanique et un coût inférieur par rapport aux encodeurs optiques. Leur taille compacte leur permet d'être utilisés dans des espaces très restreints.
Encodeur de rotation - optique ou magnétique ?
Cette question a déjà été posée au co-fondateur du groupe de sociétés Fraba (qui est également le directeur de Posital) dans une interview avec le magazine Konstruktor lors de la discussion sur le thème de l'introduction de la nouvelle technologie magnétique dans la production de codeurs rotatifs.
Vous trouverez ci-dessous une traduction de la publication de cette interview.
Que disent les experts de la nouvelle technologie magnétique ?
Traduction de la publication d'un entretien avec le co-fondateur du groupe d'entreprises Fraba sur l'introduction de la nouvelle technologie magnétique dans la production de codeurs rotatifs
Les codeurs rotatifs convertissent l'angle de rotation de l'arbre en un signal électrique et fonctionnent selon un principe de fonctionnement optique ou magnétique. Les encodeurs optiques mesurent plus précisément, tandis que les encodeurs magnétiques sont de conception plus stable et durable - c'est une croyance populaire. Est-ce vraiment vrai ? La rédaction du magazine Konstruktor a interviewé le co-fondateur du groupe d'entreprises Fraba et de l'entreprise de fabrication Posital avec 50 ans d'expérience dans le développement et la production de codeurs absolus de Cologne.
g Ospodin Leser, les encodeurs optiques sont-ils réellement plus précis que les encodeurs magnétiques ?
Définitivement pas. Les codeurs optiques ne sont plus supérieurs aux codeurs magnétiques en termes de précision. La technologie des codeurs magnétiques de ces dernières années a permis de combler complètement l'écart avec l'optique en ce qui concerne tous les paramètres électriques importants. Les encodeurs magnétiques disponibles aujourd'hui atteignent déjà une résolution de 16 bits avec une précision de 0,09 ° et donc des paramètres qui n'étaient auparavant réalisables qu'avec des encodeurs optiques. En ce qui concerne les codeurs optiques, nous parlons de la position d'un fabricant de codeurs optiques absolus avec 50 ans d'expérience. Nous produisons des codeurs optiques depuis 1963 et cela a toujours été notre principale spécialisation. En 2013, il y a eu une véritable révolution dans le rapport des technologies, lorsqu'un encodeur magnétique a été présenté qui a atteint les systèmes optiques traditionnels dans tous les paramètres clés.
Qu'est-ce qui a permis d'augmenter si significativement les capacités des codeurs magnétiques ?
La clé du succès était un saut qualitatif dans la technologie, dans lequel une combinaison réussie de composants matériels et logiciels du système magnétique a joué un rôle important.
Les codeurs magnétiques de nouvelle génération sont basés sur des capteurs à effet Hall dont les signaux analogiques sont traités par un microcontrôleur 32 bits rapide en temps réel. Des algorithmes logiciels sophistiqués spécialement développés pour les nouvelles puces de haute technologie par nos spécialistes en informatique assurent un étalonnage précis et garantissent la plus haute précision de la nouvelle série d'encodeurs magnétiques.
Et y a-t-il également de nouveaux progrès dans la technologie des codeurs optiques, par exemple en ce qui concerne la sensibilité à l'humidité, à la pollution, aux chocs et aux vibrations ?
Là aussi, il y a encore du développement, mais sans sauts significatifs dans les résultats obtenus. En principe, cette technologie est appliquée telle qu'elle existait il y a 50 ans. Les encodeurs optiques d'aujourd'hui sont plus petits, ont une résolution plus élevée et sont en partie mécaniquement plus solides et plus stables que la génération d'encodeurs précédente. Cependant, les problèmes sous-jacents de sensibilité à l'humidité, à la pollution et aux contraintes mécaniques demeurent aujourd'hui. Les systèmes optiques sont intrinsèquement sensibles à tout ce qui peut interférer avec la transmission fiable du signal d'une source lumineuse sur son chemin vers des photorécepteurs sensibles. À cet égard, les codeurs magnétiques ont toujours été en avance. Qu'il s'agisse de poussière, de brouillard ou de fortes secousses, rien ne peut détruire aussi rapidement les performances d'un encodeur magnétique.
Pourtant, existe-t-il des applications où les codeurs optiques sont préférables aux codeurs magnétiques, par exemple, en termes de résistance aux champs magnétiques ?
L'immunité au bruit des codeurs magnétiques est sous contrôle fiable grâce à des mécanismes spéciaux de blindage contre les champs magnétiques. Même à proximité de fortes sources d'interférences telles que les freins moteurs électroniques, nos codeurs magnétiques fonctionnent sans problème. Ainsi, les codeurs optiques n'offrent plus aucun avantage en termes de stabilité magnétique. Nous considérons les codeurs optiques uniquement comme une solution coûteuse pour les tâches nécessitant une résolution extrêmement élevée, disons 20 bits par tour. Dans la plupart des cas, la précision des codeurs magnétiques est suffisante.
Quelle technologie de codeur donne aux ingénieurs mécaniciens plus de liberté de conception ?
Les codeurs magnétiques offrent nettement plus de flexibilité et de flexibilité de conception. Ils sont beaucoup plus compacts et plus légers que les optiques, qui dans les modèles multitours sont beaucoup plus massifs que les magnétiques en raison de la présence dans la conception d'un réducteur suffisamment grand composé de plusieurs disques optiques. Les codeurs magnétiques, en raison de leur compacité, leur permettent d'être intégrés dans des espaces très limités d'une machine ou d'un autre équipement. Eh bien, un autre facteur positif non négligeable est un prix plus budgétaire. En un mot, il n'est pas du tout surprenant que les encodeurs magnétiques soient la tendance principale maintenant et cela est reconnu par la plupart de nos concurrents.
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Qu'est-ce qu'un encodeur.
Un codeur ou capteur d'angle est un dispositif électromécanique conçu pour convertir la position angulaire d'un arbre ou d'un axe en signaux électriques (Figure 11.1). Il existe deux principaux types de codeurs - incrémentaux et absolus.
Codeur absolu
Un disque d'encodeur absolu est divisé en un certain nombre de secteurs (le plus souvent, mais pas toujours, ce nombre est une puissance de deux). Les secteurs sont divisés en pistes concentriques, dont chacune représente un bit du numéro de secteur codé (figure 11.2).
Dans cet exemple, un codeur absolu a 32 secteurs. En conséquence, pour les encoder, vous avez besoin de log 2 (32) = 5 pistes. Les numéros de secteur sont généralement définis Code gris... Un capteur séparé est requis pour chaque piste du disque.
Code gris
La représentation habituelle d'une séquence de nombres binaires n'est pas utilisée lors de la construction de codeurs absolus en raison d'un inconvénient important.
Imaginez un encodeur absolu, par exemple un encodeur 8 bits (angle ou linéaire - peu importe). Il suit le mouvement incrémentiel de la coordonnée. Les changements de ses états sont indiqués dans le tableau 11.1.
Au milieu de l'échelle, en passant de la valeur 127 à 128, à la sortie de l'encodeur tous les chiffres changent simultanément. Idéalement, tous les chiffres changent en même temps. En réalité, il n'y a pas deux capteurs complètement identiques, ils diffèrent tous au moins légèrement les uns des autres en sensibilité, vitesse, etc.; à cela s'ajoute l'alignement imparfait lorsque huit capteurs sont positionnés dans une règle. Cela nous amènera à nous attendre à voir n'importe quel nombre binaire de 8 bits lorsque nous passerons de 127 (01111111) à 128 (10000000).
La figure 11.3 montre un exemple d'un tel changement dans la sortie lorsque l'état passe de 7Fh à 10h. Au lieu de la transition 7Fh → 10h, on peut observer la séquence de sortie : 7Fh → 7Bh → 75h → 71h → F1h → D1h → 90h → 10h. Cet effet peut avoir des conséquences extrêmement négatives.
Supposons qu'un codeur soit installé dans un système de contrôle d'entraînement de précision. Le contrôleur, qui met en œuvre le contrôle via la boucle de rétroaction, compare les coordonnées du capteur avec la position souhaitée de l'outil et contrôle le servomoteur qui déplace l'outil. Le variateur reçoit une commande de positionnement au point 128. Il atteint avec succès 127 et à la vitesse minimale, pour ne pas dépasser par inertie, surmonte le dernier pas à 128.
À ce moment, l'encodeur sort une valeur de coordonnée aléatoire ; le contrôleur la prend comme une vraie coordonnée, calcule un décalage à partir de la position souhaitée et envoie une commande appropriée au servomoteur pour réduire ce décalage. Ce décalage "fantôme" est aléatoire et peut être compris entre 0 et la moitié de la longueur de la règle entière (en supposant que nous soyons déjà au milieu ; nous prendrons la valeur moyenne d'un quart de la règle comme la plus probable ).
Ainsi, avant d'atteindre la position souhaitée d'environ un demi-pas, le servomoteur fait une puissante secousse et essaie de faire glisser le chariot quelque part sur le côté d'un quart de la règle. En cours de route, le capteur reçoit les valeurs correctes, le déplacement calculé diminue fortement et le comportement ultérieur de l'entraînement dépend entièrement de sa dynamique : un chariot lourd et lent n'a tout simplement pas le temps d'accélérer, tandis qu'un chariot léger et rapide peut commencent à osciller autour du point de destination.
Tous ces problèmes peuvent être facilement évités en utilisant des coordonnées pour représenter code gris... Sa principale caractéristique est que lorsque la valeur est augmentée ou diminuée de un, le code Gray de cette valeur ne change que d'un bit. La relation entre le code Gray et le code binaire est indiquée dans le tableau 11.2.
Quelle que soit la ligne choisie dans le tableau, lorsque nous déplaçons une ligne vers le haut ou vers le bas dans le code Gray, un seul chiffre change ; par conséquent, même en présence de processus transitoires dans le capteur, la différence entre les deux lectures ne dépassera pas une unité, ce qui est tout à fait acceptable dans la zone intermédiaire.
Codeur incrémental
Comme son nom l'indique, un codeur incrémental ne détermine pas la position absolue du disque dans un tour complet, mais le décalage relatif par rapport à la position précédente. Un disque à une seule piste suffit pour cela (Fig. 11.4).
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| 11.4 |
Souvent, une deuxième piste est ajoutée avec une seule division par tour complet. Cette piste vous permet de remettre le disque en position de départ, à partir de laquelle vous serez ensuite compté. Il peut également être utile dans le processus de diagnostic du codeur, vous permettant de vérifier le nombre d'impulsions émises par le codeur par tour de disque.
En comptant le nombre d'impulsions du capteur, vous pouvez déterminer l'angle de rotation du disque par rapport à la position précédente ; cependant, le sens de rotation du disque ne peut pas être déterminé. Pour déterminer la direction, un deuxième capteur est utilisé, décalé du premier d'un quart de pas (la moitié de la largeur de la ligne ou de l'écart entre eux). Le sens de rotation du disque est déterminé à partir du déphasage des signaux des capteurs.
Comparaison des codeurs absolus et incrémentaux
Les deux types de codeurs angulaires ont leurs propres avantages et inconvénients.
L'encodeur absolu peut être interrogé à tout moment lorsque vous avez besoin de connaître la position du disque, et ne pas traiter le mouvement à chaque étape. Cela simplifie le travail avec lui (en particulier, il est trivial de déterminer le sens de rotation du disque), et réduit également les exigences pour le contrôleur qui traite les données de coordonnées (si le contrôleur perd plusieurs impulsions des capteurs, des informations sur le courant position du disque sera toujours disponible).
Les inconvénients d'un codeur absolu sont tout d'abord la complexité de fabrication liée à la présence d'un grand nombre de capteurs (un pour chaque piste du disque, c'est-à-dire pour chaque bit du code de la coordonnée angulaire du disque). De plus, dans le cas d'une haute précision du codeur (et, par conséquent, d'un grand nombre de bits de données), la connexion du codeur au contrôleur nécessitera un grand nombre de lignes de communication et le même nombre de bits d'entrée (dans le en cas de transmission de données en parallèle) ou le coût d'équipements de sérialisation supplémentaires (en cas de transmission en série).
Dans le cas d'un codeur incrémental, les avantages et inconvénients sont inversés par rapport au codeur absolu. Les avantages sont : la simplicité (seulement deux capteurs, quelle que soit la résolution), une relative facilité de production artisanale, un petit nombre de lignes de communication avec le contrôleur. Inconvénients : exigences élevées sur la vitesse du contrôleur (en cas de perte d'impulsions des capteurs, une erreur s'accumulera dans les données de coordonnées), complexité plus élevée du traitement des données (en raison de la nécessité de déterminer le sens de rotation du disque ).
La procédure la plus simple pour traiter les signaux des codeurs incrémentaux.
Avant de passer à l'examen des procédures de traitement des signaux du décodeur, découvrons quels sont ces signaux.
Comme mentionné précédemment, le décodeur possède deux capteurs : A et B. Les capteurs sont décalés l'un par rapport à l'autre de la moitié de la largeur de la barre (ou d'un quart du pas du disque), donc les signaux sont déphasés de p / 2. Supposons pour plus de précision que le signal B est en retard sur le signal A lorsque le disque est tourné dans le sens inverse des aiguilles d'une montre :
De la fig. 11.5 on voit que lorsque le disque se déplace dans le sens antihoraire (états 0-1-2-3-4...) au moment du passage du signal A de l'état 0 à 1 (front montant), le signal B est toujours à l'état 0 (voir états 0, 4, 8). Si le disque se déplace dans le sens horaire (7-6-5-4-3...), le signal B est toujours à l'état 1 (états 6, 2).
Suit alors la procédure la plus simple pour traiter les signaux du décodeur : vérifier l'état du signal B sur le front montant du signal A ; s'il vaut 0, incrémenter le compteur de coordonnées de un, sinon le décrémenter de un.
Cet algorithme est tout à fait adapté à une utilisation dans des appareils non critiques, lorsque l'erreur dans la détermination de la coordonnée n'entraîne pas de conséquences fatales: il n'y a pas si longtemps, déplacé par des souris à rouleaux optiques / trackballs, magnétophones radio, etc. facteur décisif.
La raison de l'imperfection d'une telle procédure apparemment simple et fiable réside dans le fait qu'elle nécessite des signaux d'une forme idéale. Dans des conditions réelles, les capteurs peuvent avoir « rebondir » lorsque l'état du signal change (ceci est particulièrement vrai pour les capteurs à contacts mécaniques). En raison du rebond, la coordonnée sera incrémentée plusieurs fois au lieu d'une, et la valeur de la coordonnée sera corrompue.
Mais, même s'il était possible de se débarrasser complètement du rebond, un autre problème subsisterait. Supposons que le disque se trouve entre les points 3 et 4 de la Fig. 3 (appelons un tel point 3.5). En passant au point 4.5 au point 4, le signal A passe de 0 à 1, et selon notre procédure, la coordonnée du disque augmente de un (puisque le signal B est nul au front montant de l'impulsion A). Puis le disque repasse de 4,5 à 3,5, mais comme lorsque le disque revient au point 4, le signal A passe de 1 à 0, notre procédure ignore cet événement.
Donc, nous avons : le disque s'est déplacé d'un petit angle et est revenu à sa position d'origine, et la coordonnée a augmenté de un. Vous pouvez répéter ce mouvement autant de fois que vous le souhaitez, et la coordonnée augmentera à chaque fois. En conséquence, la coordonnée du disque, mesurée en utilisant la procédure la plus simple, n'aura rien à voir avec la vraie position du disque.
Le problème est assez urgent, car la probabilité que le disque s'arrête à la frontière entre les zones claires et sombres est assez élevée, et les vibrations lors du fonctionnement des équipements industriels en combinaison avec un éventuel jeu du lecteur peuvent bien conduire à des oscillations du disque suffisant pour changer l'état du capteur. Cela rend la procédure de traitement du signal la plus simple sur le front avant du signal A inadaptée aux applications critiques où une précision maximale de la mesure des coordonnées du disque est requise.
Il est à noter que tout codeur incrémental possède 2 types d'états : stable et instable. Les états stables du codeur sont localisés après une période du signal A. Les états non stables sont tous les autres. À partir d'états instables, l'encodeur se transforme facilement en un codeur stable. Cette. seuls les états stables peuvent être pris comme point de référence.
Tôt ou tard, dans la vie de chaque produit fait maison, il est nécessaire d'acheter quelque chose pour qu'il ne vienne généralement pas à l'esprit. J'ai donc vécu en paix et je n'ai même pas pensé aux encodeurs.
Même si je dois admettre que j'avais de l'expérience avec les encodeurs. Une fois dans l'un des métiers, j'ai utilisé un encodeur d'une imprimante.
Dans cette histoire, tout s'est passé d'un coup. En parcourant mes forums de loisirs, je suis tombé sur un concours. Le site (je ne le nommerai pas, car la conversation n'en parle pas) a apparemment fait la promotion de la fréquentation et plus un des membres du forum a fait la promotion de ses produits fabriqués en Russie. Et un ensemble de 3 ensembles pour l'auto-assemblage de servo-contrôleurs a été tiré au sort. Je me suis inscrit sur ce forum, j'ai déposé une candidature (avec 3 ou 4 participants seulement) et ... j'ai gagné.
Je suis donc devenu propriétaire de 3 kits d'assemblage de servo-contrôleurs. Ensuite, j'avais besoin d'encodeurs. Laissez-moi expliquer aux lecteurs qui ne sont pas si profondément immergés dans les composants électroniques ce qu'est un servo-contrôleur, un encodeur et avec quoi ils mangent tous.
Il existe 2 manières principales de contrôler un mouvement précis dans les produits CNC (commande numérique). Je vais essayer de l'expliquer dans la langue la plus accessible, sans schémas ni termes compliqués.
La première consiste à utiliser des moteurs pas à pas. Un moteur pas à pas a une structure complexe - plusieurs bobines qui attirent le noyau dans des positions prédéterminées.
Le nombre de positions dans lesquelles le noyau peut être fixé est appelé pas, les positions intermédiaires (régulées par diverses tensions intermédiaires et, par conséquent, des champs magnétiques) sont appelées micropas. Un pilote contrôle un moteur pas à pas - il s'agit d'une carte de commande, généralement avec des micro-interrupteurs pas à pas et une régulation du courant circulant dans le moteur. Les signaux suivants sont envoyés à l'entrée du pilote : Enable (permet le fonctionnement du moteur pas à pas), DIR (sens de rotation), STEP (le nombre de pas dont le moteur a besoin pour faire tourner l'arbre). Et le conducteur traduit les commandes en tours de l'arbre moteur. Conception très simple et fiable. Parmi les inconvénients - la vitesse du moteur est limitée en raison de sa conception, et si le moteur saute des étapes pour une raison ou une autre, le programme de contrôle ne le saura pas. D'où le domaine d'application - moteurs à basse et moyenne vitesse dans une plage de charge donnée. Par exemple une imprimante 3D ou des machines de loisir.
La deuxième façon de contrôler les mouvements est un servomoteur. Le moteur lui-même peut être n'importe quoi, CC ou CA, aucune différence. La seule condition est que son arbre doit avoir un encodeur. Un codeur est un dispositif permettant de déterminer la position de l'arbre à un instant donné. Nous parlerons des encodeurs plus en détail un peu plus tard. Le servocontrôleur a un principe de fonctionnement différent de celui du pilote de moteur pas à pas. Le servocontrôleur reçoit en entrée les mêmes signaux Enable, STEP, DIR et fournit la tension au moteur. Le moteur commence à tourner dans le sens souhaité, l'encodeur renvoie des données sur la position de l'arbre du moteur. Lorsque la position souhaitée est atteinte, l'arbre du moteur y est fixé. Bien sûr, cela est grandement simplifié, puisque il y a l'accélération et la décélération du moteur, le contrôle du courant et de la tension, un contrôleur proportionnel-intégral-différenciant (PID) dans la boucle de rétroaction, ... mais nous avons convenu cette fois de ne pas trop nous impliquer dans la théorie.
Quels sont les avantages des servomoteurs : n'importe quelle vitesse de rotation, pas de sauts d'étapes, silence (un moteur pas à pas est sensiblement bruyant en fonctionnement en raison de sa conception). Mais le prix des servocontrôleurs est plus élevé et les pilotes de moteurs pas à pas sensiblement. Par conséquent, le créneau principal des servocontrôleurs est l'utilisation professionnelle.
Pour mon projet, j'ai choisi les moteurs Dynamo Sliven. Ces moteurs étaient largement utilisés dans les ordinateurs à l'époque soviétique, et il y en avait un nombre irréaliste. Il semble que pratiquement tous les amateurs possèdent un tel moteur ou en ont rencontré un. Ils sont encore revendus dans les brocantes. Ce sont des moteurs à courant continu avec une ressource indestructible fantastique et une résistance à toute intimidation.
J'ai utilisé la carte gagnée comme contrôleur d'asservissement. Il s'agit d'un développement d'un servocontrôleur open source, connu sous la marque stable "Chen's servo controller" - du nom d'un chinois, donc en 2004, si je ne me trompe, qui a proposé ce schéma.
Maintenant, nous passons pratiquement à l'essence de l'examen - aux encodeurs. Le choix de l'encodeur était basé sur les caractéristiques et le prix. Quels sont les types d'encodeurs. Ceux-ci sont principalement optiques et magnétiques. Magnétique - lorsque des aimants sont fixés sur les bords du disque et qu'un capteur à effet Hall est situé à proximité d'eux.
La solution est coûteuse, industrielle et a une fiabilité accrue. Le prix n'est jamais un hobby.
Encodeurs optiques. Solution la plus courante. Il y en a dans chaque souris. Auparavant, ils étaient responsables de la rotation de la boule et de la roue. Maintenant, les balles sont parties, mais les roues restent. Le principe de fonctionnement est simple - interruption du faisceau lumineux par un corps opaque passant.
Il existe 2 types de codeurs optiques : incrémentaux et absolus. Les sous-types incrémentiels sont divisés en 2 sous-types. Les plus simples incrémentiels sont ceux montrés dans l'image ci-dessus. Ils déterminent l'intersection du flux lumineux et sur leur base, vous pouvez construire, par exemple, un tachymètre. L'inconvénient de ce codeur est qu'il ne permet pas de déterminer le sens de rotation du disque. Les canaux incrémentiels à 2 canaux résolvent le problème de la détermination du sens de rotation du disque.
Pour cela, on n'utilise pas une photodiode, mais plusieurs, généralement 4. Elles forment 2 canaux de transmission de données indépendants, et en comparant les signaux de ces canaux, il est possible de conclure sans ambiguïté sur le sens de rotation du disque.
Quels sont les inconvénients de ce codeur incrémental ? Il y a un inconvénient, mais pour un certain nombre d'applications, il est critique. Lors de l'initialisation de l'encodeur, nous ne savons pas dans quelle position se trouve le disque. Celles. on ne peut connaître que le sens et la vitesse de rotation du disque.
Pour obtenir des informations complètes, à savoir, la position initiale du disque, le sens et la vitesse de rotation, des codeurs absolus sont utilisés.
Les encodeurs absolus utilisent un disque avec un système de codage de position complexe. Le code Gray le plus courant est un codage binaire à l'épreuve des erreurs.
J'ai opté pour un codeur incrémental avec contrôle directionnel, c'est-à-dire avec deux canaux en quadrature de sortie d'information. La résolution de 100 lignes par tour du disque était pour mes yeux. Par conséquent, sur Aliexpress, j'ai trouvé des encodeurs à un prix raisonnable et avec les caractéristiques dont j'avais besoin.
Voici une photo de 3 encodeurs qui me sont parvenus. Ils sont arrivés en 3 semaines.
Les encodeurs ont 4 broches, rouge - alimentation 5V, noir - masse, couleur - canaux A et B.
J'ai rapidement sculpté une bague sur l'arbre du moteur pour le montage du disque, y ai vissé une tige filetée.
Sur une imprimante 3D, j'ai imprimé un pad pour monter le capteur de l'encodeur
Mets le tout ensemble
J'ai connecté le contrôleur d'asservissement, et ... il y aurait eu une fin heureuse à l'examen, mais non. Rien n'a fonctionné. Rien ne s'est même approché.
J'ai connecté un oscilloscope et j'ai réalisé qu'il n'y avait pas de signaux en quadrature à la sortie, seulement du bruit, des interférences et des éclaboussures incompréhensibles. J'ai péché en tout. Et sur l'exactitude du positionnement, et sur l'exposition, et sur les interférences électromagnétiques. Et pendant des heures, il a soigneusement tourné le capteur dans différentes positions, a éteint la lumière et a essayé de faire la même chose dans l'obscurité. "Le crocodile ne s'attrape pas, la noix de coco ne pousse pas." Bien sûr, j'ai essayé les 3 encodeurs. C'est partout pareil. Et puis j'ai eu une secousse pour regarder le capteur à travers un microscope.
Ce que j'ai vu m'a étonné. Les 4 capteurs étaient alignés le long du rayon du disque, c'est-à-dire étaient illuminés à travers la fente du disque en même temps. Bien sûr, rien n'a fonctionné. Les capteurs doivent se tenir perpendiculairement au rayon du disque et être éclairés séquentiellement par différents fronts de la fente du disque. Je ne pouvais pas croire que c'était si simple et si stupide. Les Chinois ont installé le capteur avec une rotation de 90 degrés. J'ai demandé sur le forum un acheteur comme moi des mêmes encodeurs car il possède un capteur. Et tout n'allait pas non plus pour lui et n'a pas fonctionné.
Après m'être gratté la tête, j'ai décidé d'essayer de régler ce problème. L'encodeur a compris facilement, a fait fondre la colle thermofusible avec un sèche-cheveux et a retiré l'intérieur.
Amenez le capteur sur le disque de manière à ce que les capteurs soient à travers les marques. Bien sûr, le capteur ne s'est pas relevé correctement, mais un signal significatif a commencé à apparaître sur l'oscilloscope.
La photo montre que les capteurs sont devenus perpendiculaires au rayon du disque.
Collecté, connecté au servo-contrôleur et... Bingo, tout a fonctionné ! Le moteur est en mode maintien de position. Celles. lorsque vous essayez de tourner l'arbre moteur, le moteur s'arrête et si vous le tournez néanmoins, il revient à sa position d'origine.
En résumé. L'encodeur ne fonctionne pas hors de la boîte. Je ne recommande pas l'achat. Mais dans sa catégorie de prix, s'il était réparable, c'est une bonne solution économique. Ou si la transformation du produit en un produit fonctionnel ne fait pas peur, alors vous pouvez le reprendre et le refaire.
Le vendeur a beaucoup de critiques positives pour un tel encodeur. Soit tout cela est un tilleul, soit, plus probablement, le mariage s'est déroulé massivement récemment.
J'ai écrit au vendeur, il m'envoie toujours une tonne de descriptions techniques et d'offres pour réessayer, et laisse entendre que je n'ai pas compris. Je vais lui mettre la pression. Qu'il rende au moins une partie de l'argent. J'ai passé tellement de temps à cause de leur négligence d'usine.
Tout bon et plaisir du hobby!
Je prévois d'acheter +17 Ajouter aux Favoris j'ai aimé la critique +120 +226Le mot "encodeur" est d'origine anglaise. Il vient du mot encoder, qui signifie "transformer". Les fabricants les plus célèbres au monde de ces appareils sont des marques bien connues telles que Siemens, SKB IS, HEIDENHAIN RLS, Baumer, SICK AG, Balluff, Schneider electric (Autonics Telemecanique), OMRON.
Portée et objet de l'application
Un encodeur est un capteur utilisé dans le domaine industriel pour convertir la valeur contrôlée en un signal électrique. Il est utilisé pour déterminer, par exemple, la position de l'arbre d'un moteur électrique. Du fait que chaque dispositif dans lequel la rotation est utilisée doit être équipé d'un dispositif qui surveille la précision du couple, les systèmes de mouvement de précision sont des applications populaires pour de tels transducteurs. Le but principal pour lequel l'encodeur est utilisé est de mesurer l'angle de rotation d'un objet pendant la rotation. Les codeurs sont indispensables dans le processus de production dans les entreprises de machines-outils, dans les complexes techniques de travail. Ils sont également utilisés dans de nombreux appareils modernes qui doivent enregistrer des mesures de haute précision d'angles, de rotations, de virages et d'inclinaisons.
Classement des encodeurs
Tous les codeurs actuellement connus sont divisés en absolus et incrémentaux, résistifs, magnétiques et optiques, fonctionnant via des réseaux industriels ou une interface de bus.
Selon le principe général de fonctionnement, il existe des codeurs absolus et incrémentaux. La différence entre les deux réside dans les tâches qu'ils accomplissent. La liste des tâches d'un codeur absolu est beaucoup plus large que la liste couverte par un codeur incrémental.
Codeurs incrémentaux
Lors de la rotation d'un objet, des impulsions sont enregistrées à ses sorties, dont le nombre est directement proportionnel à l'angle de rotation de l'objet. Habituellement, des convertisseurs incrémentaux sont utilisés dans le processus de construction de machines-outils afin d'enregistrer le déplacement angulaire d'un arbre ou dans des systèmes automatisés dans une boucle de rétroaction pour mesurer et enregistrer la vitesse de rotation d'un arbre.
Un codeur incrémental est un appareil qui fonctionne sur la base d'impulsions de rotation. Le nombre d'impulsions par unité de tour est le principal paramètre de fonctionnement de cet appareil. La valeur actuelle est déterminée par le capteur en comptant le nombre d'impulsions à partir du point de référence. Dans le but de relier les systèmes de référence, des marques de référence sont définies sur le codeur d'impulsions, qui démarrent après la mise sous tension de l'équipement. La détermination des données avec un convertisseur incrémental n'est possible que pendant la rotation ou la rotation. Lorsque la rotation est arrêtée, toutes les données du codeur sont effacées. Par conséquent, lors de la prochaine mise sous tension, les données précédentes du compteur seront inconnues. Pour la commodité de son fonctionnement, l'arbre doit être ramené à sa position d'origine. Un codeur incrémental est idéal pour le tournage. En comptant le nombre d'impulsions à partir de la marque de référence, vous pouvez également déterminer avec précision la coordonnée actuelle de l'angle de rotation de l'objet.
Codeurs absolus
C'est ainsi que l'on appelle l'absolu.Généralement dans de tels codeurs, des processus de traitement du signal électronique plus complexes sont observés et il existe un circuit optique. Mais d'autre part, ils donnent les détails de l'objet immédiatement après la mise en marche, ce qui est souvent obligatoire pour le bon fonctionnement du système dans son ensemble. Par rapport aux codeurs incrémentaux, l'utilisation de codeurs absolus vous permet de résoudre un éventail de tâches beaucoup plus large, car les mesures ne sont pas effectuées au moyen d'impulsions fixes, mais par des codes numériques spéciaux. L'unité de mesure d'un tel appareil est le nombre de codes numériques uniques par unité de rotation (1 tour).
Du fait que tous les codes numériques émis par le capteur sont uniques, il n'est pas difficile de déterminer la coordonnée actuelle du mouvement linéaire immédiatement après avoir allumé l'appareil et sans utiliser de marque de référence. Au moment de la mise sous tension, un code de chiffres apparaît aux sorties des capteurs. C'est la désignation de la position actuelle de l'angle de rotation de l'objet. Ainsi, un codeur absolu fait un excellent travail non seulement pour suivre la vitesse de rotation (rotation) d'un objet, mais donne également des données correctes sur son emplacement exact à un moment donné, qu'il soit connecté ou non.
Variétés de codeurs absolus
Selon les caractéristiques des caractéristiques, les codeurs absolus peuvent différer par le type de fixation, la présence d'un arbre borgne ou traversant, creux ou en saillie. La gamme de tels dispositifs est également très diversifiée en termes de caractéristiques externes : longueur, diamètre du corps, etc. De plus, il est connu que les positions absolues lors de la rotation sont multitours et monotours. Les monotours déterminent la coordonnée actuelle en 1 tour, et les multitours sont capables de reconnaître plusieurs tours supplémentaires.
Encodeur optique - qu'est-ce que c'est ?
Ce transducteur est un disque en verre fixé rigidement à l'arbre. Le codeur optique, contrairement aux capteurs décrits ci-dessus, est en outre équipé d'une trame optique qui, lors de la rotation de l'arbre, se déplace et convertit le couple en un flux de lumière, qui est ensuite reçu par le photocapteur.
Ce type de transducteur fixe les angles de rotation, où chaque position unique correspond à un code numérique unique spécial. C'est, avec le nombre de tours, l'unité de mesure du capteur. Le raccordement et le fonctionnement du codeur sont identiques au fonctionnement du dispositif incrémental décrit ci-dessus.
Types de capteurs selon le principe de fonctionnement
Selon les caractéristiques de leur travail, les codeurs sont divisés en magnétiques et photoélectriques.
Le principe physique de fonctionnement du premier est basé sur l'application d'E. Hall, découverte en 1879. Dans ce cas, la différence de potentiel n'apparaît que lorsque le conducteur de courant continu est placé dans la zone du champ magnétique.
En termes de résolution et de précision, un codeur magnétique est inférieur à un codeur photoélectrique, mais sa mise en œuvre est plus simple. Il est beaucoup moins exigeant en termes d'espace et de conditions de fonctionnement.
Le représentant de l'encodeur magnétique est un dispositif qui enregistre le cycle de passage du pôle magnétique d'un aimant tournant situé à proximité de l'élément sensible. L'expression des données de l'émetteur se présente également sous la forme d'un code numérique.
Un encodeur photoélectrique est un capteur qui fonctionne sur la base de l'effet photoélectrique, qui est observé à la suite de l'action de la lumière sur une substance. Ce principe a été découvert en 1887 par G. Hertz. Lors du fonctionnement de ce type de capteur, on observe une transformation constante du faisceau lumineux en un signal électrique.
L'encodeur photoélectrique est synonyme d'optocoupleur, optique et optoélectronique. Les capteurs de ce type sont plus exigeants en termes de production, de fonctionnement et bien plus que les autres codeurs, mais cela se justifie, car le potentiel de leur précision est bien supérieur à celui des concurrents.
Un codeur/transducteur de déplacements angulaires est un dispositif conçu pour convertir l'angle de rotation d'un objet en rotation (arbre) en signaux électriques qui permettent de déterminer l'angle de sa rotation.
Ils sont largement utilisés dans l'industrie.
Les codeurs sont classés en codeurs incrémentaux et absolus, qui peuvent atteindre une très haute résolution.
Un codeur incrémental génère un nombre spécifié d'impulsions par tour. Et les codeurs absolus vous permettent de connaître l'angle de rotation actuel de l'axe à tout moment, y compris après une panne de courant et une restauration. Et les codeurs absolus multitours comptent et stockent également le nombre de tours complets de l'axe.
Les codeurs peuvent être optiques, résistifs ou magnétiques et peuvent être exploités via des interfaces de bus ou de bus de terrain.
Les convertisseurs à code angulaire ont presque complètement remplacé l'utilisation des selsyns.
Codeurs incrémentaux
Les codeurs incrémentaux sont utilisés pour déterminer l'angle de rotation d'objets en rotation. Ils génèrent un code numérique pulsé séquentiel contenant des informations concernant l'angle de rotation de l'objet. Si l'arbre s'arrête, la transmission des impulsions s'arrête également. Le principal paramètre de fonctionnement du capteur est le nombre d'impulsions par tour. La valeur instantanée de l'angle de rotation de l'objet est déterminée en comptant les impulsions depuis le début. Pour calculer la vitesse angulaire d'un objet, le processeur du tachymètre différencie le nombre d'impulsions dans le temps, indiquant ainsi immédiatement l'amplitude de la vitesse, c'est-à-dire le nombre de tours par minute. Le signal de sortie a deux canaux, dans lesquels des trains d'impulsions identiques sont décalés de 90 ° l'un par rapport à l'autre (impulsions de paraphase), ce qui permet de déterminer le sens de rotation. Il existe également une sortie de top zéro numérique qui calcule toujours la position absolue de l'arbre.
Le principe de fonctionnement des encodeurs
Des capteurs de déplacement angulaire permettent de mesurer les principaux paramètres cinématiques de l'entraînement électrique : vitesse et position de l'arbre. Dans un passé récent, des génératrices tachymétriques AC et DC ou selsyn ont été utilisées pour la plupart de ces tâches de mesure.
C'est ce que les chercheurs ukrainiens A.S. Kurskiy, R.Yu. Kaydash et D.A. Denisenko déclarent dans leur travail. L'introduction de capteurs d'impulsions discrets a permis d'éliminer de nombreux inconvénients inhérents à la technologie analogique. Les capteurs photopulse présentent de grands avantages dans presque tous les paramètres (précision, dimensions, fiabilité, efficacité)... L'utilisation de capteurs photopulse étend les capacités de l'entraînement électrique..."*.
La grande majorité des systèmes d'entraînement à vitesse variable, de positionnement et de contrôle d'angle actuels utilisent des codeurs incrémentaux et absolus. Un certain marché, du fait de certaines caractéristiques techniques, demeure avec les résolveurs (notamment, du fait de leur tolérance aux hautes et basses températures : de -50 o C à +150 o C).
Le principe de fonctionnement des encodeurs à photo-impulsions est numérique. La lumière passe d'un groupe de LED à un groupe de photodiodes à travers un disque transparent avec des marques. Un codeur absolu possède une combinaison unique de repères pour chaque position angulaire, un codeur incrémental est plus simple : les mêmes repères sont régulièrement répartis sur tout le rayon du disque.
Habituellement, l'encodeur a également un soi-disant. "Zero mark", un - pour une révolution complète du disque. Cette marque a une fonction d'étalonnage et n'est pas toujours requise pour les tâches simples de mesure de vitesse. Lorsque le disque tourne, qui est mécaniquement connecté à l'arbre d'entraînement, chaque passage de l'étiquette à travers la paire de LED génère une impulsion. Ces impulsions sont ensuite traitées par des dispositifs électroniques (automates programmables, convertisseurs AC et DC pour moteurs électriques, compteurs).
Les codeurs absolus ont parfois une boîte de vitesses intégrée, ce qui permet au codeur non seulement de déterminer la valeur exacte du déplacement angulaire dans un tour de l'arbre, mais aussi de compter le nombre de tours de l'arbre (généralement avec une résolution de 12 bits, soit 4096 tours d'arbre). Ces codeurs absolus, appelés « multitours absolus », sont souvent utilisés dans les entraînements à vis sans fin de précision.
Encodeur |
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Programme "; Encodeur" ; est conçu pour mesurer la position relative (déplacement), la vitesse et la direction du mouvement à l'aide capteurs optiques de déplacement(encodeurs) connectés aux canaux d'entrée Modules CAN et analyseurs de spectre.
Sur la base de capteurs optiques, des capteurs de déplacement linéaire et angulaire sont créés. La précision de tels capteurs peut aller de 1 m à 1 mm avec une longueur de la base de mesure de 8 mm à 3 m. Les codeurs de déplacement angulaire peuvent avoir de 100 à 10 000 repères par tour, c'est-à-dire la résolution peut aller jusqu'à 5 minutes.
La technologie optique a proposé un certain nombre de méthodes classiques pour construire un codeur - un capteur qui fournit des informations sur le mouvement, la position ou la direction soit directement sous forme numérique, soit génère une séquence d'impulsions à partir de laquelle, après numérisation, un code numérique peut être formé.
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Le principe de fonctionnement des codeurs est illustré à la figure 1. Un codeur optique se compose d'un disque optique mince et d'une unité fixe - une tête de mesure, qui comprend une source lumineuse et un photodétecteur. Le disque optique comprend une surface de zones transparentes et opaques. Les marqueurs peuvent être, par exemple, des trous dans une tôle ou des marques sur un disque de verre. Lorsque le disque tourne, selon son type, les marqueurs transmettent ou bloquent le faisceau lumineux dirigé de la source lumineuse vers le photodétecteur.
Le photodétecteur génère un signal avec une fréquence égale au taux de répétition des puces sous forme numérique ou un signal impulsionnel analogique, qui peut également être amplifié et numérisé. Lors de l'ajout de la deuxième paire "; LED-phototransistor"; avec un déplacement angulaire par rapport au premier, correspondant à un quart de la période du signal, on peut obtenir la deuxième séquence d'impulsions - canal B avec un déphasage par rapport au canal A de 90 °. Un encodeur incrémental qui utilise trois encodeurs optiques peut simultanément doubler la résolution pour les mesures de position et de vitesse et détecter la direction.
Image 1
Les transducteurs de déplacement linéaire et angulaire sont directement connectés aux modules ADC. La sortie du générateur peut être utilisée pour alimenter les capteurs. La résolution des codeurs incrémentaux est mesurée en impulsions par tour (ppr). Dans le programme "; Encodeur" ; l'utilisateur a la possibilité de sélectionner la résolution de l'encodeur utilisé (fenêtre "; Résolution, étiquettes / e.i.";). "; E. et."; - unité de mesure qui peut être choisie dans la série "; mm, cm, m, gr. (degrés), rev (tours)" ; ou épelé manuellement dans la fenêtre "; Unité de mesure" ;.
Codeurs incrémentaux
Les codeurs incrémentaux sont utilisés pour déterminer l'angle de rotation d'objets en rotation. ils génèrent cohérent code numérique d'impulsion contenant des informations concernant l'angle de rotation de l'objet. Si l'arbre s'arrête, la transmission des impulsions s'arrête également. Le principal paramètre de fonctionnement du capteur est le nombre d'impulsions par tour. La valeur instantanée de l'angle de rotation de l'objet est déterminée en comptant les impulsions depuis le début. Pour calculer la vitesse angulaire d'un objet, le processeur du tachymètre différencie le nombre d'impulsions dans le temps, indiquant ainsi immédiatement l'amplitude de la vitesse, c'est-à-dire le nombre de tours par minute. Le signal de sortie a deux canaux, dans lesquels des trains d'impulsions identiques sont décalés de 90 ° l'un par rapport à l'autre (impulsions de paraphase), ce qui permet de déterminer le sens de rotation. Il existe également une sortie de top zéro numérique qui calcule toujours la position absolue de l'arbre.
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optique numérique encodeur est un convertisseur de mouvement en une séquence d'impulsions numériques. En décodant la séquence de bits, les impulsions numériques peuvent être converties en données de mesure relatives ou absolues. L'encodeur peut être linéaire ou rotationnel, cette dernière configuration étant la plus courante.
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De nombreuses années d'expérience montrent que si une grande production est à l'arrêt, les mesures nécessaires pour localiser et éliminer le dysfonctionnement doivent être prises à la vitesse de l'éclair. Très souvent, la cause d'un accident est la défaillance d'un entraînement électrique, surtout s'il n'est pas équipé de systèmes automatiques de contrôle et de régulation de vitesse économes en énergie.
Entreprise manufacturière et technique " ; Consis" ; est un intégrateur de solutions dans le domaine des entraînements électriques contrôlés, et l'un de ses éléments les plus importants responsables de la précision de l'automatisation de l'entraînement sont les codeurs de déplacement angulaire, également appelés codeurs angulaires ou codeurs (de l'anglais encoder - "; encoder" ; ). Les encodeurs sont largement utilisés dans toutes les industries. Des codeurs absolus et incrémentaux sont installés sur les entraînements des machines à papier et à carton, des presses, des unités d'emballage, des machines forestières et des machines à bois, des machines de coupe longitudinale et transversale (déchiqueteuses), des laminoirs, sur les entraînements d'ascenseurs et de grues, tours et tables de coordonnées est disponible pour tout entraînement électrique puissant. Ce matériau est dédié aux codeurs fabriqués par la société suédoise Leine & Linde, qui est l'un des cinq principaux fabricants mondiaux de codeurs angulaires.
Le principe de fonctionnement des encodeurs
Les codeurs numériques à photo-impulsions permettent de mesurer les principaux paramètres cinématiques de l'entraînement électrique : vitesse et position de l'arbre. Dans un passé récent, on utilisait pour cela des selsyns ou des génératrices tachymétriques de courants continus et alternatifs. Les capteurs numériques présentent de grands avantages par rapport aux capteurs analogiques à presque tous égards. La plupart des systèmes d'entraînement à vitesse variable modernes utilisent des codeurs incrémentaux et absolus pour le positionnement et le contrôle de position angulaire.
Dans les capteurs à photodiodes, la lumière passe des LED émettrices aux détecteurs à photodiodes à travers un disque transparent avec des marques. Un codeur absolu a une combinaison unique de marques pour chaque position angulaire, et sur un codeur incrémental, les mêmes marques sont uniformément réparties sur le disque. Lorsque les balises traversent la paire de LED, des impulsions sont générées, qui sont ensuite traitées à l'aide de dispositifs électroniques (contrôleurs logiques programmables, convertisseurs de courant continu et alternatif pour moteurs électriques, compteurs).
Le principal avantage d'un codeur absolu par rapport à un codeur incrémental est la fonction de mémoriser la valeur actuelle du déplacement angulaire, que le codeur soit alimenté ou non.
Paramètres de base requis pour sélectionner un encodeur :
- le nombre d'impulsions par tour (généralement de 1 à 5000) ;
- le nombre de bits pour les codeurs absolus (généralement 10, 12, 13, 25) ;
- diamètre de l'arbre ou du trou d'arbre ;
- type de signal de sortie (HTL, TTL, RS422, code binaire et code Gray, SSI, Profibus DP, CAN...) ;
- tension d'alimentation ;
- longueur de câble et type de connecteur ;
- exigences supplémentaires pour les fixations (nécessité d'un accouplement, d'une bride de montage, d'une tige de fixation, etc.).
Un alignement précis lors de l'installation des capteurs est une exigence clé pour assurer la durée de vie du capteur à long terme. Version codeur avec arbre
(fig. 1) prévoit l'installation d'un accouplement de précision avec une bride, qui devrait amortir la déviation angulaire, le faux-rond axial et le désalignement de l'arbre pendant l'installation. Des liaisons d'arbre rigides peuvent entraîner une usure importante des roulements.
Version codeur à rotor creux
(fig. 2) exclut l'utilisation d'un raccord et d'une bride. Le codeur est monté directement sur l'extrémité non travaillante de l'arbre du moteur et est fixé au boîtier au moyen d'une tige anti-rotation derrière l'arbre.
Les codeurs à arbre creux sont de plus en plus courants aujourd'hui - ils sont plus faciles à installer, plus pratiques à installer et à entretenir. Il convient de noter que la durée de vie du codeur, avec une installation et un raccordement corrects, doit être d'au moins 50 000 heures, c'est-à-dire presque 6 ans.
Le tableau fournit une description comparative des deux systèmes de fixation.
Codeurs d'arbre | Codeurs à rotor creux |
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Installation | Nécessite plus d'accessoires et un alignement précis ; prend plus de place (accouplement + arbre du capteur + boîtier du capteur) | Un grand nombre d'accessoires ne sont pas nécessaires ; un alignement précis de l'arbre sur lequel le codeur est monté est requis ; prend moins de place |
Résistance au désalignement | Très limité, selon le couplage choisi | Haut à bas régime, limité à haut |
Conséquences d'un alignement inexact | Charge sur les roulements et l'accouplement, une erreur importante réduira la durée de vie. Donne une erreur de mesure angulaire selon le type de couplage | La charge dynamique sur les roulements augmente de façon exponentielle avec l'augmentation de la vitesse de l'arbre. L'erreur de mesure est proportionnelle à l'erreur de centrage et lui est directement liée. |
Résistance au faux-rond axial | Limité | très bien |
101% de qualité
Afin d'illustrer les avantages des codeurs Leine & Linde, nous vous parlerons de la séquence de tests auxquels sont soumis les capteurs.
La première chose à vérifier est ses performances, tandis que tous ses paramètres électriques sont mesurés. La plage de fréquences, la précision du signal, la protection contre les courts-circuits et la charge maximale ne sont que quelques-uns d'entre eux. Ensuite, le codeur est testé en enceinte climatique, sur banc vibratoire et dans un laboratoire de compatibilité électromagnétique.
La chambre climatique maintient des températures de -60 à +150°C. Chaque test peut inclure jusqu'à 20 cycles de température. La résistance aux vibrations des codeurs est vérifiée le long de trois axes orthogonaux, dont l'un est parallèle à l'arbre du capteur. Trois amplitudes de vibration sont appliquées au codeur : 100, 200 et 300 m/s2. La durée d'un test standard est de 3 cycles de 20 heures. Le niveau de vibration auquel le capteur est soumis pendant les tests est nettement plus élevé que le niveau de vibration dans des conditions industrielles normales. La compatibilité électromagnétique (CEM) est, d'une part, l'exigence d'immunité aux interférences électromagnétiques et, d'autre part, les restrictions imposées aux équipements en tant que source d'interférences électromagnétiques. Les codeurs sont également soumis à des tests d'usure à long terme. Le test consiste à travailler aux vitesses maximales autorisées pendant une longue période.
Le processus de test des produits à l'usine Leine & Linde est un élément très important pour garantir la qualité des produits et un niveau technique élevé. Il n'est pas surprenant que les codeurs rotatifs Leine & Linde soient réputés pour leur haute qualité, leur robustesse et leur fiabilité opérationnelle.
PTF "; Consis"; étant le distributeur officiel de Leine & Linde en Russie, garantit que tout encodeur de la gamme de produits Leine & Linde peut être assemblé en usine et envoyé au client dans les plus brefs délais, jusqu'à un jour ouvrable.
Si vous avez également besoin d'une haute qualité, d'une fiabilité opérationnelle et de délais de livraison optimaux, nous vous recommandons fortement d'essayer de travailler avec les codeurs Leine & Linde.
Andreï Boskis
AVR. Formation. Codeur incrémental.
Un encodeur n'est qu'un capteur d'angle numérique, rien de plus.
Il existe des codeurs absolus - ils donnent immédiatement le code binaire de l'angle et incrémental, ne donnant qu'une indication du sens et de la fréquence de rotation, et le contrôleur, comptant les impulsions et connaissant le nombre d'impulsions par tour, déterminera la position lui-même.
Si tout est simple avec un codeur absolu, il y a des difficultés avec un codeur incrémental. Comment le gérer ?
Deux signaux A et B sont sortis de l'encodeur, décalés de 90 degrés en phase, cela ressemble à ceci :
Dans l'optique, il peut y avoir deux lampes de poche et deux photodiodes, qui brillent à travers un disque avec des fentes (souris boule, ouais. C'est pareil).
La mécanique relie tout simplement la centrale à la masse, les deux extrêmes (canaux) aux ports tirés vers le haut. Pour plus de fiabilité, j'ai branché un croisillon externe. Bon pour moi Tableau d'affichage pour ce faire, cliquez simplement sur quelques commutateurs à bascule :
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L'optique est connectée en fonction du type d'optocapteur, il y a généralement deux photodiode avec une anode commune.
Habituellement, tout le monde essaie de travailler avec eux via des interruptions INT, mais cette méthode est couci-couça. Le problème ici est le rebond - les contacts mécaniques, en particulier après une utilisation prolongée, commencent à mal fonctionner et à de fausses impulsions au moment de la commutation. Une interruption pour ces fausses impulsions fonctionnera toujours et considérera que quelque chose ne va pas.
La méthode est simple :
Remplacez les zéros et les uns en fonction du niveau du signal et écrivez la séquence de code :
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A : 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0
B : 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
Si A et B vont au même port de contrôleur (par exemple, A = PB0 B = PB1), alors lorsque l'encodeur tourne, nous avons un code qui change :
11 = 3
10 = 2
00 = 0
01 = 1
11 = 3
Il ne reste plus qu'à interroger cycliquement notre encodeur en comparant l'état actuel avec le nouveau et, sur cette base, à tirer des conclusions sur la rotation. De plus, la fréquence d'interrogation doit être telle qu'elle ne manque pas une seule impulsion. Par exemple, mon EC12 a 24 impulsions par tour. Il est censé le faire pivoter manuellement et je peux à peine le faire pivoter à la vitesse cosmique, mais j'ai quand même décidé de le mesurer. J'ai branché sur l'oscilloscope, tourné le bouton que j'ai pu manger :
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Pressé à moins d'un kilohertz. Celles. vous devez interroger environ 1000 fois par seconde. C'est peut-être même moins fréquent, ce sera plus fiable en termes de rebond éventuel. Maintenant, d'ailleurs, il n'y a presque plus de bavardage, mais c'est loin d'être le cas plus tard, lorsque l'appareil perdra.
Le sondage lui-même doit être sous la forme d'une machine d'état. Celles. nous avons l'état actuel et deux prochains possibles.
// Cette tâche doit être exécutée toutes les millisecondes. // Variable globale EncState u08 - état précédent de l'encodeur // Variable globale EncData u16 - registre de comptage du codeur void EncoderScan (void) Nouveau = PINB & 0x03; // Prend la valeur courante // Et comparer avec l'ancien // En regardant dans quelle direction il a changé, on augmente // Ou décrémenter le registre de comptage commutateur (EncState) if (Nouveau == 3) EncData ++; if (Nouveau == 0) EncData--; if (Nouveau == 2) EncData ++; if (Nouveau == 1) EncData--; if (Nouveau == 0) EncData ++; if (Nouveau == 3) EncData--; if (Nouveau == 1) EncData ++; if (Nouveau == 2) EncData--; EncState = Nouveau ; // Ecrire la nouvelle valeur // Etat précédent SetTimerTask (EncoderScan, 1); // Redémarrer la tâche en utilisant le timer du répartiteur |
Pourquoi ai-je mis une si grande variable sous le compteur ? Deux octets entiers ? Oui, le tout est que mon encodeur, en plus des impulsions, a aussi des clics tactiles. 24 impulsions et 24 clics par tour. Et selon ma logique, il y a quatre changements d'état par impulsion, c'est-à-dire période complète 3201_3201_3201 et un clic donne 4 divisions, ce qui est moche. Je compte donc jusqu'à 1024 puis je divise par quatre. Nous obtenons une lessive à la sortie - une tique.
Interrogation d'interruption à grande vitesse
Mais ceux-ci sont mécaniques, vous pouvez faire avec eux par simple interrogation - la fréquence d'impulsion le permet. Et il existe également des encodeurs à grande vitesse. Ils donnent plusieurs milliers d'impulsions par tour, ou ils fonctionnent sur des entraînements et tournent très rapidement. Que faire avec eux?
Accélérer le sondage est une activité sans issue. Mais nous sommes sauvés par le fait que ces encodeurs, en règle générale, ont déjà leurs propres schémas pour supprimer le rebond et l'ambiguïté, de sorte qu'à la sortie ils ont un signal rectangulaire clair (bien qu'ils coûtent assez inhumainement. De 5000r et jusqu'à plusieurs cent mille. recherché - l'équipement industriel n'est jamais bon marché).
Vous pouvez donc utiliser les interruptions sans aucun problème. Et puis tout devient incroyablement plus simple. Nous configurons une seule interruption pour un signal externe. Par exemple, nous définissons INT0 pour que le déclencheur soit sur le front montant. Et nous envoyons au canal INT0 A.
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La ligne pointillée montre la position attendue à un moment arbitraire. Les flèches rouges sont les fronts le long desquels les interruptions seront déclenchées lors du déplacement dans un sens ou dans l'autre.
Et dans le gestionnaire d'interruptions INT0, on sonde le canal B avec la deuxième broche, et puis tout est élémentaire !
S'il y a un niveau haut, on fait +1, si le bas est -1 pour notre registre de comptage. Le code fait trois lignes, je suis même trop paresseux pour l'écrire.
Bien entendu, cette méthode peut également être vissée sur un codeur mécanique. Mais ici il faudra bloquer les interruptions INT0 pendant quelques millisecondes. Et EN AUCUN CAS, vous ne pouvez le faire dans le gestionnaire.
L'algorithme d'interruption anti-rebond ressemblera à ceci :
INT0 refusé localement
Réglez la minuterie sur un événement qui résout INT0 après quelques millisecondes
Le synthétiseur est conçu pour travail v dispositifs avec une fréquence intermédiaire ... vous pouvez également trouver d'autres noms encodeursà l'identique principetravail... Condensateurs électrolytiques polaires, le reste...
Éléments et dispositifs fonctionnels des systèmes d'automatisation
Résumé... des principes leur travail. Principetravail détecteur d'amplitude est expliqué sur la figure 25. Appareil... déplacements absolus, absolus encodeurs... Capteurs de position, capteurs de positionnement... - non magnétique, etc. Encodeurs disponible en différents types : tachymétrique (...
Llc "rusuchpribor"
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