Абсолютные оптические и магнитные энкодеры

От надежности энкодера зависит надежность и качество работы как вашего сложного оборудования, так и производства в целом. Таким образом, потери от непредвиденных остановок производственной линии могут быть непропорционально велики по отношению к средствам, сэкономленным на покупке энкодеров.

Ниже представлены технологии, лежащие в основе абсолютных энкодеров Eltra, их различия и особенности.

Оптические энкодеры

Современный абсолютный оптический энкодер — чрезвычайно сложное устройство. При разработке оптического энкодера высокого разрешения конструкторы сталкиваются с большим количеством противоречивых факторов, которые в течение длительного времени сильно влияют на точность и надежность энкодера.

Принцип оптического измерения

Ключевым компонентом оптических энкодеров является диск энкодера, установленный на валу. Этот диск изготовлен из прозрачного материала с концентрическим узором из прозрачных и непрозрачных участков. Инфракрасный свет светодиода попадает на ряд фоторецепторов через кодовый диск. Когда вал вращается, уникальная комбинация фоторецепторов освещается светом, прошедшим через рисунок на диске.

Для многооборотных моделей в зубчатый механизм устанавливается дополнительный комплект кодовых дисков. Когда главный вал датчика вращается, эти сетчатые диски вращаются как механизм одометра. Положение вращения каждого диска контролируется оптически, а на выходе получается информация о количестве оборотов вала энкодера.

Функциональность

Оптические абсолютные энкодеры Eltra используют высокоинтегрированную технологию Opto-ASIC, обеспечивающую разрешение до 16 бит (65536 шагов) на оборот. Для многооборотных моделей диапазон измерения увеличивается за счет кодовых дисков с механическим включением до 16384 (214) оборотов.

Конструкция оптического энкодера

Основная проблема – наличие в одной конструкции большого количества совершенно разных по своей природе оптических, механических и электронных компонентов. Итак, механика склонна к механическому износу.

На качество оптических элементов в первую очередь влияют следующие факторы:

• загрязнение,
• потускнение,
• изменения интенсивности излучения.

Высокое разрешение кодера требует использования оптического диска с высокой плотностью трафарета. Для оптического/физического разрешения (а не интерполированного!) в 12 бит необходим диск с секторами, делящими круг на 4096 частей/меток.

Чем компактнее энкодер и меньше диаметр диска, тем выше требования к оптике энкодера.

Чтобы распознать такую ​​плотность рисунка на диске, необходимо разместить считывающую матрицу в непосредственной близости от диска. Минимальный зазор между вращающимся диском и матрицей считывания предъявляет очень высокие требования к механике. Минимальное биение/люфт вала приведет к контакту диска со считывающей матрицей во время вращения и, как следствие, к повреждению трафарета, нанесенного на диск.

Износ механических частей энкодера или негерметичность корпуса также приводит к загрязнению оптики продуктами износа и пылью, попадающими извне и, как следствие, искажению результатов измерений.

Оптический диск является важной частью кодера. Под воздействием времени, изменений температуры и многих других факторов свойства материала диска могут со временем меняться, например, тускнеть и деформироваться .

1. Потускнение в сочетании с потерей интенсивности светодиодной подсветки может резко снизить надежность работы и/или вызвать полный выход из строя.
2. Деформация может вызвать опасность контакта диска с матрицей при вращении вала энкодера с такими же вытекающими последствиями.

Преимущества оптических энкодеров

Основными преимуществами оптического энкодера являются:

• обеспечение высокого разрешения и точности;
• отличные динамические показатели;
• пригодность для использования в зонах с сильными магнитными полями.

Поскольку вращение дисков энкодера является чисто механическим процессом, эти устройства не могут потерять информацию об абсолютном положении, если прибор временно отключается. Резервные батареи не требуются!

Оптические абсолютные энкодеры Eltra.

Компания производит как многооборотные, так и однооборотные оптические энкодеры. Электронный интерфейс может быть Profibus, SSI или Profinet.

Основные серии:

• Оптический многооборотный : AAM58B, AAM58C, AAM58F, EAM58A, EAM58B, EAM58C, EAM58D, EAM58E, EAM63A, EAM63B, EAM63C, EAM63D, EAM63E, EAM58F, EAM63F, EAM63G, EAM63AX, EAM63DX, EAM90A, E АМ90Б, ЕАМ90С, ЕАМ90Д, ЕАМ90Е , EAMX80A, EAMX80D.
• Оптические одновитковые : EA58F, EA63F, EA63G, EA58B, EA58C, EA63A, EA63D, EA63E, EA63AX, EA63DX, EA90A, EA115A, EAX80A, EAX80D.

Магнитные энкодеры

Магнитные энкодеры определяют угловое положение с помощью технологии магнитного поля. Постоянный магнит, установленный на валу энкодера, создает магнитное поле, которое измеряется датчиком, генерирующим уникальное значение абсолютного положения.

Инновационная многооборотная технология

В многооборотных магнитных энкодерах Eltra используется инновационная технология для отслеживания количества оборотов, даже если оборот происходит при выключенной системе.

Для выполнения этой задачи энкодеры преобразуют вращение вала в электрическую энергию. Технология основана на эффекте Виганда : при повороте постоянного магнита на валу энкодера на определенный угол магнитная полярность в «проводе Виганда» резко меняется, создавая кратковременный всплеск напряжения в обмотке, окружающей провод. Этот импульс отмечает вращение вала, а также подает питание на электронную схему, регистрирующую это событие.

Эффект Виганда проявляется в любых условиях, даже при очень медленном вращении, и исключает необходимость использования резервных батарей.

Преимущества магнитных энкодеров

Магнитные энкодеры бывают:

• надежный,
• прочный и

Безбатарейная и безредукторная конструкция обеспечивает механическую простоту и меньшую стоимость, чем оптические энкодеры. Компактные размеры позволяют использовать их в очень ограниченном пространстве.

Магнитные абсолютные энкодеры Eltra.

Eltra предлагает как однооборотные, так и многооборотные оптические энкодеры со глухим и полым валом.

Основные семейства:

• Серия магнитных многооборотных энкодеров : EAM36A, EAM36G, EAM36F, EAMW58B, EAMW58C, EAMW63D.
• Магнитные однооборотные энкодеры : EA36A, EA36G, EA36F, EMA22A, EMS22A, EMA50A, EMA50B (BY), EMA50F, EMA50G, EMA55A (AY), EML50A, EML50B (BY), EML50F, EML50G.

Поворотный энкодер – оптический или магнитный?

Энкодеры вращения преобразуют угол поворота вала в электрический сигнал и работают по оптическому или магнитному принципу действия.

Распространенным убеждением является:

• оптические энкодеры измеряют более точно , в то время как
• магнитные энкодеры более стабильны и долговечны по конструкции

Это действительно правда?

Эксперты полагают, что это не так. В настоящее время оптические энкодеры больше не превосходят магнитные энкодеры по точности.

Технология магнитных энкодеров в последние годы позволила полностью преодолеть разрыв с оптическими энкодерами в отношении всех важных электрических параметров. Сегодняшние магнитные энкодеры уже достигают разрешения 16 бит с точностью 0,09° и, следовательно, производительности, которая раньше была достижима только с помощью оптических энкодеров. В 2013 году произошла настоящая революция в соотношении технологий, когда был представлен магнитный энкодер, по всем основным параметрам достигающий традиционных оптических систем.

Что позволило так сильно увеличить возможности магнитных энкодеров?

Залогом успеха стал технологический качественный скачок, в котором важную роль сыграло удачное сочетание аппаратного и программного обеспечения магнитной системы.

Магнитные энкодеры нового поколения созданы на основе датчиков Холла , аналоговые сигналы которых обрабатываются быстрым 32-битным микроконтроллером в реальном времени.

Точную калибровку обеспечивают:

• сложные программные алгоритмы,
• новые высокотехнологичные чипы.

Все это гарантирует высочайшую точность новой серии магнитных энкодеров.

Что касается оптических энкодеров , то и здесь есть дальнейшее развитие, но без существенных скачков достигнутых результатов. В принципе, эта технология используется в том виде, в каком она существовала 50 лет назад.

Современные оптические энкодеры:

• меньший,
• с более высоким разрешением,
• частично механически прочнее,
• более стабильны, чем кодеры предыдущего поколения.

Однако основные проблемы, связанные с чувствительностью к влаге, загрязнению и механическому воздействию, остаются и сегодня.

Оптические системы по своей природе чувствительны ко всему, что может помешать надежной передаче сигнала от источника света на пути к чувствительным фоторецепторам. В этом плане магнитные энкодеры всегда были впереди. Будь то пыль, туман или сильная тряска, ничто не может так быстро нарушить работу магнитного энкодера.

С точки зрения устойчивости к магнитным полям оптические энкодеры предпочтительнее магнитных ?

Помехоустойчивость магнитных энкодеров Eltra хорошо контролируется благодаря специальным механизмам экранирования от магнитных полей. Даже в непосредственной близости от источников сильных помех, таких как электронные тормоза двигателя, магнитные энкодеры работают без проблем.

Таким образом, оптические энкодеры больше не имеют никаких преимуществ с точки зрения магнитной стабильности. Оптические энкодеры можно рассматривать как дорогое решение для приложений, где требуется чрезвычайно высокое разрешение, скажем, 20 бит на оборот. В большинстве случаев точность магнитных энкодеров достаточна.

Подводя итоги, можно отметить, что магнитные энкодеры предлагают значительно больше возможностей и свободы в проектировании. Они значительно компактнее и легче оптических, которые в многооборотных моделях значительно массивнее магнитных за счет наличия в конструкции достаточно крупного редуктора, состоящего из нескольких оптических дисков.

Магнитные энкодеры благодаря своей компактности позволяют размещать их в очень ограниченном пространстве машины или другого оборудования. Ну и еще один немаловажный положительный фактор – более бюджетная цена. Словом, совершенно неудивительно, что магнитные энкодеры сейчас являются главным трендом.