多圈編碼器在工業(yè)應用中的應用

單圈編碼器長(cháng)期用于工業(yè)自動(dòng)化,測量各種應用中的角位移,從移動(dòng)設備車(chē)輛的轉向控制到吊桿的延伸。單圈編碼器是一種傳感器,可以準確測量360度以上的角位移,并為每個(gè)位置分配一個(gè)值。這些值可以是十進(jìn)制、二進(jìn)制或格雷碼,系統通常提供高達17位的分辨率。多圈編碼器為設計工程師節省了時(shí)間和麻煩,無(wú)需手動(dòng)計算軸轉數和總測量值。

一旦單圈編碼器旋轉超過(guò)360度,它將重置為1度。盡管這些編碼器提供了精確的測量,但用戶(hù)需要手動(dòng)跟蹤軸轉數。

多圈編碼器作為單圈編碼器的替代品,測量軸的位置,跟蹤編碼器軸旋轉的完整轉數。多圈計數能力-最多4096圈-為用戶(hù)節省大量時(shí)間和麻煩。

多圈編碼器

多圈編碼器的出現使用戶(hù)能夠以更快的速度保護更多的數據。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以比作汽車(chē)的里程表。例如,如果將單圈編碼器耦合到周長(cháng)為80英寸的汽車(chē)輪胎軸上,編碼器將跟蹤80英寸的旋轉,然后從1英寸重新開(kāi)始。雖然汽車(chē)可能行駛了幾英里,但單圈編碼器只能一次又一次地測量80英寸。由于多圈編碼器也可以跟蹤轉數,它將繼續積累每個(gè)旋轉的英寸,直到編碼器達到其物理極限-編譯總行距離,無(wú)需手動(dòng)計算。

通過(guò)使用電子計數器或齒輪,多圈編碼器的軸位置通常最多可監測4096圈(12位)。最近的技術(shù)進(jìn)步使塑料齒輪能夠跟蹤轉數。塑料使齒輪具有成本效益,重量輕,從而降低慣性,提高性能——,特別是提高編碼器的額定速度,可達9萬(wàn)RPM。

多圈編碼器使用表面鍍鉻圖案的玻璃板。鍍鉻圖案將圓盤(pán)分開(kāi),并在編碼器中解釋為格雷碼。玻璃用于光盤(pán),因為它是半透明的,為代碼圖案提供了一個(gè)穩定的平臺,是溫度范圍內最穩定的材料。光盤(pán)的一側是光接收器LED另一邊提供光源。光盤(pán)收到的光被編碼并解釋為格雷碼圖案。格雷碼為2n二進(jìn)制數的排序,一次只換一個(gè),所以幾乎沒(méi)有計算錯誤的余地。

多圈編碼器通常比標準的單圈編碼器大,因為它們必須固定齒輪系統。在過(guò)去,大齒輪的周長(cháng)使編碼器無(wú)法采用通孔設計。早期編碼器中的齒輪由金屬制成,以承受高速運行,因為塑料齒輪容易因齒隙而失效。

以前編碼器中使用的光電傳感器和光電傳感器LED它是一個(gè)分離的部件,這使得編碼器的高成本和安裝所需的勞動(dòng)力成為絕對編碼器的成本驅動(dòng)因素之一。如今,光電傳感器主要包括在內ASIC在(專(zhuān)用集成電路)中,它提供了約95%的編碼器功能,從而降低了建造此類(lèi)設備的成本和勞動(dòng)力。

為了跟蹤軸的位置,多圈編碼器使用了三個(gè)由主軸或輪轂驅動(dòng)的塑料齒輪。這些齒輪采用特殊涂層,可以吸收或反射光線(xiàn),激活幾個(gè)關(guān)鍵位置的光電傳感器。這些傳感器的開(kāi)/關(guān)模式定義了多圈位置。每個(gè)信息都需要一個(gè)傳感器,所以每轉17位的編碼器需要17個(gè)光接收器來(lái)完成這項工作。

多圈編碼器采用輸入軸或日益流行的空心軸結構。當輸入軸編碼器連接到另一個(gè)軸時(shí),它們不能完美對齊。因此,必須使用柔性聯(lián)軸器連接兩個(gè)軸,否則軸承可能會(huì )過(guò)載??招妮S編碼器允許配合軸通過(guò)它們,并使用夾頭機構鎖定在軸上。

系繩機構將編碼器固定在機器底座上,并提供兩個(gè)功能。首先,防止編碼器主體旋轉。其次,系繩吸收軸與編碼器之間的任何軸徑偏差,最大限度地降低軸承的過(guò)載力。與需要支撐法蘭的軸編碼器相比,空心軸編碼器通常是自對準的,安裝后整體輪廓較小。減少安裝時(shí)間(無(wú)聯(lián)軸器)和較小的形狀只是空心軸編碼器的一部分優(yōu)點(diǎn)。

絕對多圈編碼器通常采用光學(xué)識別技術(shù),這是許多制造商首選的傳感方法,因為它幾乎不受磁場(chǎng)的影響。這些編碼器非常適合帶制動(dòng)器的齒輪電機。雖然過(guò)去制動(dòng)器嚴重損壞了許多絕對多圈編碼器,但今天的先進(jìn)技術(shù)使編碼器在這些應用中更加成功。

每圈17位和12位數據,多圈編碼器可提供29位總數據。并行傳輸需要29根電線(xiàn),這是一個(gè)昂貴而耗時(shí)的過(guò)程。這就是為什么今天所有的多圈編碼器都使用串行傳輸,通常通過(guò)兩根或四根電線(xiàn)進(jìn)行。一些流行的方法是SSI,PROFIBUS,DeviceNet和CANopen。這些串行傳輸類(lèi)型可達100MHz速度,提供近乎實(shí)時(shí)的位置更新。

串行傳輸的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在線(xiàn)編程編碼器,包括波特率、終端電阻、搜索或使用編碼器內部DIP設置開(kāi)關(guān)。計數方向,開(kāi)始(或或)“0”)位置、瞬時(shí)速度、加速/減速率、位置傳輸更新率等內容可以讀取或編程到編碼器中。隨著(zhù)這些新的進(jìn)步和更多的選擇,多圈編碼器將用于以前從未使用過(guò)的工業(yè)自動(dòng)化應用。