Поворотный энкодер

В современных промышленных станках с ЧПУ, системах автоматизации и робототехнике точная обратная связь крайне важна, поэтому огромную популярность приобрели энкодеры — модули, способные преобразовывать линейное или угловое движение в аналоговый или цифровой сигнал, с помощью которых оператор или контроллер, управляющий процессом, сможет определить точное положение вала или рабочего органа станка, внести соответствующие коррективы в его работу. 

Поворотный энкодер используется для определения угла поворота, скорости и направления вращения вала. Подобные устройства широко применяются не только в робототехнике и производстве современных промышленных станков, но и в целом ряде других сфер человеческой деятельности. Так, они устанавливаются в современных автомобилях, позволяя бортовому компьютеру контролировать положение и угол поворота руля, в компьютерных мышках.

Виды поворотных энкодеров

Сейчас на рынке представлено большое количество различных энкодеров, поэтому знание их классификации очень важно. Оно помогает подобрать устройство с подходящими характеристиками, которое гарантированно обеспечит максимальную точность измерений. 

Классифицировать энкодеры можно по:

• способу выдачи информации;
• по принципу действия;
• по допустимому углу поворота вала.

По первому признаку датчики угла поворота делятся на инкрементные и абсолютные. Инкрементные поворотные энкодеры заметно проще конструктивно, поэтому и применяются в разы чаще. Работает он за счет простого подсчета количества импульсов, но имеет и ряд недостатков. Так, если оборудование и энкодер были некоторое время отключены от источника питания — при их включении точное положение вала будет неизвестно, и чтобы определить его, система должна будет пройти через “нулевую метку” — это необходимо для построения системы координат. Кроме того, такие конструкции чаще склонны к появлению ошибок в системе, так как не имеют механизма учета пропущенных импульсов, а исправить неточность до прохождения ноль-метки невозможно. 

Абсолютные энкодеры дороже, но точнее, поэтому применяются в ситуациях, когда требуется минимальная погрешность. Их конструкция предполагает использование целого набора цифровых кодов, благодаря которым устройство мгновенно определяет текущее положение вала, даже если оно было отключено от питания.

Различные принципы действия модулей поворотного энкодера

Самыми популярными и часто применяемыми на данный момент остаются оптические энкодеры. Основным элементом конструкции в них является отцентрированный диск диск, на поверхности которого расположен набор меток. С двух сторон от этого диска находятся источник инфракрасного излучения и датчик со светочувствительной матрицей. Направленный ик-луч проходит сквозь диск, и попадает на матрицу датчика, который и формирует сигналы в зависимости от его интенсивности. Однако это — не единственный вариант конструкции поворотного энкодера.

Существуют также:

1. Механические энкодеры. В них используются две пары подпружиненных контактов и металлическая пластинка с размыкателем. В зависимости от направления вращения вала данные группы контактов замыкаются и размыкаются в разной последовательности, что позволяет проводить замеры.
2. Магнитные энкодеры. В них применяется вращающийся магнит, расположенный напротив датчика, который измеряет колебания магнитного поля.
3. Индуктивные энкодеры.Представляют собой гибрид оптического энкодера с резольвером — специальным трансформатором, в котором индуктивная связь между обмотками изменяется в зависимости от того, под каким углом находится вал. Индуктивные энкодеры отличаются меньшим размером, кроме того, они проще в использовании, так конструктивно уже содержат все необходимое для преобразования индукции в сигналы. 

Как выбирать энкодеры

Важнейшая характеристика любого энкодера — его разрешение. Для инкрементальных устройств этот показатель обозначает количество импульсов, формируемых за один оборот вала, для абсолютных — количество бит. Чем выше разрешение — тем точнее будет энкодер, и тем меньшую погрешность он будет давать в процессе работы. 

К числу других важных характеристик относят:

• напряжение питания;
• параметры вала, с которым будет совместимо устройство;
• входы и выходы энкодера;
• его габариты;
• метод установки;
• наличие защиты от пыли, влаги, других внешних факторов. 

Также у современных энкодеров часто присутствуют дополнительные функции, такие, например, как уведомление о снижении интенсивности свечения светодиода. Также существуют поворотные энкодеры с кнопкой — дополнительным процессорным входом, на который можно установить другую команду.