Absolutní optické a magnetické kodéry

Spolehlivost a kvalita práce jak vašeho komplexního zařízení, tak výroby jako celku závisí na spolehlivosti kodéru. Ztráty z nepředvídaných odstávek výrobní linky tak mohou být neúměrně vysoké v poměru k ušetřeným prostředkům na nákup kodérů.

Níže jsou uvedeny technologie, na kterých jsou založeny absolutní snímače Eltra, jejich rozdíly a vlastnosti.

Optické kodéry

Moderní absolutní optický kodér je extrémně složité zařízení. Při vývoji optického kodéru s vysokým rozlišením se konstruktéři potýkají s velkým množstvím protichůdných faktorů, které velmi ovlivňují přesnost a spolehlivost kodéru na dlouhou dobu.

Princip optického měření

Klíčovou součástí optických kodérů je kodérový disk namontovaný na hřídeli. Tento disk je vyroben z průhledného materiálu se soustředným vzorem průhledných a neprůhledných oblastí. Infračervené světlo z LED dopadá na řadu fotoreceptorů přes kódový disk. Jak se hřídel otáčí, jedinečná kombinace fotoreceptorů je osvětlena světlem, které prošlo vzorem na disku.

U víceotáčkových modelů je v převodovém mechanismu instalována další sada kódových kotoučů. Jak se hlavní hřídel snímače otáčí, tyto propojené kotouče se otáčejí jako mechanismus počítadla kilometrů. Poloha otáčení každého disku je řízena opticky a výstupem je informace o počtu otáček hřídele kodéru.

Funkčnost

Optické absolutní enkodéry Eltra využívají vysoce integrovanou technologii Opto-ASIC poskytující rozlišení až 16 bitů (65536 kroků) na otáčku. U víceotáčkových modelů je rozsah měření zvětšen mechanicky zapojenými kódovými kotouči až na 16384 (214) otáček.

Konstrukce optického kodéru

Hlavním problémem je přítomnost velkého množství optických, mechanických a elektronických součástek, které jsou svou povahou zcela odlišné. Mechanika je tedy náchylná k mechanickému opotřebení.

Kvalitu optických prvků ovlivňují především následující faktory:

• znečištění,
• pošpinění,
• změny intenzity záření.

Vysoké rozlišení kodéru vyžaduje použití optického disku s vysokou hustotou šablony. Pro optické/fyzické rozlišení (a ne interpolované!) 12 bitů je zapotřebí disk se sektory rozdělujícími kruh na 4096 částí/značek.

Čím kompaktnější je kodér a čím menší je průměr disku, tím vyšší jsou požadavky na optiku kodéru.

Pro rozpoznání takové hustoty vzoru na disku je nutné umístit čtecí matici do těsné blízkosti disku. Minimální mezera mezi rotujícím diskem a čtecím polem klade velmi vysoké nároky na mechaniku. Minimální házení/vůle hřídele způsobí, že se disk během otáčení dotkne čtecí matrice a v důsledku toho poškodí šablonu nanesenou na disk.

Opotřebení mechanických částí kodéru nebo netěsnost pouzdra také vede ke znečištění optiky produkty opotřebení a prachem vnikajícím zvenčí a v důsledku toho ke zkreslení výsledků měření.

Optický disk je důležitou součástí kodéru. Vlivem času, teplotních změn a mnoha dalších faktorů se mohou materiálové vlastnosti kotouče časem měnit, jako je matování a deformace .

1. Tarnish , v kombinaci se ztrátou intenzity LED podsvícení, může drasticky snížit spolehlivost provozu a/nebo způsobit úplné selhání provozu.
2. Deformace může způsobit nebezpečí kontaktu mezi diskem a matricí při otáčení hřídele kodéru se stejnými důsledky.

Výhody optických kodérů

Hlavní výhody optického kodéru jsou:

• poskytuje vysoké rozlišení a přesnost;
• vynikající dynamický výkon;
• vhodnost pro použití v oblastech s vysokým magnetickým polem.

Protože otáčení kotoučů kodéru je čistě mechanický proces, nemohou tato zařízení ztratit informace o své absolutní poloze, pokud je přístroj dočasně vypnutý. Záložní baterie nejsou nutné!

Optické absolutní enkodéry Eltra.

Společnost vyrábí víceotáčkové i jednootáčkové optické enkodéry. Elektronické rozhraní může být Profibus, SSI nebo Profinet.

Hlavní série jsou:

• Optický víceotáčkový : AAM58B, AAM58C, AAM58F, EAM58A, EAM58B, EAM58C, EAM58D, EAM58E, EAM63A, EAM63B, EAM63C, EAM63D, EAM63E, EAM58F, EAM63GAX, EAM63GAX,60 90B, EAM90C, EAM90D, EAM90E , EAMX80A, EAMX80D.
• Optické jednootáčkové : EA58F, EA63F, EA63G, EA58B, EA58C, EA63A, EA63D, EA63E, EA63AX, EA63DX, EA90A, EA115A, EAX80A, EAX80D.

Magnetické kodéry

Magnetické snímače určují úhlovou polohu pomocí technologie magnetického pole. Permanentní magnet namontovaný na hřídeli kodéru vytváří magnetické pole, které je měřeno senzorem, který generuje jedinečnou absolutní hodnotu polohy.

Inovativní víceotáčková technologie

Víceotáčkové magnetické enkodéry Eltra využívají inovativní technologii ke sledování počtu otáček, i když k otáčkám dojde, když je systém vypnutý.

K provedení tohoto úkolu převádějí kodéry rotaci hřídele na elektrickou energii. Technologie je založena na Wiegandově efektu : když se permanentní magnet na hřídeli kodéru otočí o určitý úhel, magnetická polarita ve „Wiegandově drátu“ se prudce změní a vytvoří krátkodobou napěťovou špičku ve vinutí obklopujícím drát. Tento impuls označuje rotaci hřídele a také dodává energii elektronickému obvodu, který tuto událost registruje.

Wiegandův efekt se vyskytuje za všech podmínek, dokonce i při velmi pomalé rotaci, a eliminuje potřebu záložních baterií.

Výhody magnetických kodérů

Magnetické kodéry jsou:

• spolehlivý,
• odolný a

Bezbateriový design bez převodovky poskytuje mechanickou jednoduchost a nižší cenu než optické enkodéry. Jejich kompaktní rozměry umožňují jejich použití ve velmi omezených prostorech.

Eltra magnetické absolutní enkodéry.

Eltra nabízí jednootáčkové i víceotáčkové optické enkodéry se slepou a dutou hřídelí.

Hlavní rodiny jsou:

• Řada magnetických víceotáčkových enkodérů : EAM36A, EAM36G, EAM36F, EAMW58B, EAMW58C, EAMW63D.
• Magnetické jednootáčkové enkodéry : EA36A, EA36G, EA36F, EMA22A, EMS22A, EMA50A, EMA50B (BY), EMA50F, EMA50G, EMA55A (AY), EML50A, EML50B (BY), EML50G, EML50G, EML50G.

Rotační kodér – optický nebo magnetický?

Rotační enkodéry převádějí úhel natočení hřídele na elektrický signál a pracují na optickém nebo magnetickém principu činnosti.

Společný názor je:

• optické kodéry měří přesněji , zatímco
• magnetické enkodéry jsou stabilnější a odolnější v designu

Je to opravdu pravda?

Odborníci se domnívají, že tomu tak není. V současné době již optické kodéry z hlediska přesnosti nepřekonají magnetické kodéry.

Technologie magnetických kodérů v posledních letech umožnila zcela překlenout mezeru optickými kodéry ve vztahu ke všem důležitým elektrickým parametrům. Dnešní magnetické kodéry již dosahují rozlišení 16 bitů s přesností 0,09° a tím výkonu, který byl dříve dosažitelný pouze s optickými kodéry. V roce 2013 došlo ke skutečné revoluci v poměru technologií, kdy byl představen magnetický kodér, který ve všech klíčových parametrech dosahuje tradičních optických systémů.

Co umožnilo tolik zvýšit schopnosti magnetických kodérů?

Klíčem k úspěchu byl technologicky kvalitativní skok, ve kterém hrála důležitou roli úspěšná kombinace hardwaru a softwaru magnetického systému.

Magnetické kodéry nové generace jsou založeny na Hallových senzorech , jejichž analogové signály zpracovává rychlý 32bitový mikrokontrolér v reálném čase.

Přesná kalibrace je zajištěna:

• složité softwarové algoritmy,
• nové high-tech čipy.

To vše zaručuje nejvyšší přesnost nové řady magnetických enkodérů.

Co se týče optických kodérů , i zde dochází k dalšímu vývoji, avšak bez výraznějších skoků v dosažených výsledcích. V zásadě se tato technologie používá v podobě, v jaké existovala před 50 lety.

Dnešní optické kodéry jsou:

• menší,
• s vyšším rozlišením,
• částečně mechanicky pevnější,
• stabilnější než předchozí generace kodérů.

Základní problémy týkající se citlivosti na vlhkost, znečištění a mechanické namáhání však přetrvávají dodnes.

Optické systémy jsou ze své podstaty citlivé na cokoli, co by mohlo rušit spolehlivý přenos signálu ze světelného zdroje na jeho cestě k citlivým fotoreceptorům. V tomto ohledu byly magnetické kodéry vždy napřed. Ať už je to prach, mlha nebo silné otřesy, nic nemůže tak rychle narušit výkon magnetického kodéru.

Z hlediska odolnosti vůči magnetickým polím jsou optické kodéry vhodnější než magnetické ?

Odolnost proti rušení magnetických snímačů Eltra je dobře řízena díky speciálním mechanismům stínění proti magnetickým polím. I v těsné blízkosti silných zdrojů rušení, jako jsou elektronické motorové brzdy, fungují magnetické enkodéry bez problémů.

Optické kodéry tak již nemají žádné výhody z hlediska magnetické stability. Optické kodéry lze považovat za drahé řešení pro aplikace, kde je vyžadováno extrémně vysoké rozlišení, řekněme 20 bitů na otáčku. Ve většině případů je přesnost magnetických snímačů dostatečná.

Závěrem lze konstatovat, že magnetické kodéry nabízejí podstatně více možností a volnosti v designu. Jsou mnohem kompaktnější a lehčí než optické, které jsou u víceotáčkových modelů mnohem masivnější než magnetické kvůli přítomnosti poměrně velké převodovky sestávající z několika optických disků.

Magnetické enkodéry díky své kompaktnosti umožňují jejich integraci do velmi omezených prostor ve stroji nebo jiném zařízení. No a dalším nezanedbatelným pozitivním faktorem je příznivější cena. Jedním slovem není vůbec překvapivé, že hlavním trendem jsou nyní magnetické enkodéry.