Kiedy trzeba zmierzyć prędkość, kierunek ruchu lub położenie obracającego się wału, prawdopodobnie potrzebny będzie enkoder obrotowy. A kiedy nadejdzie czas wyboru, należy wziąć pod uwagę dwa główne typy: enkoder inkrementalny i enkoder absolutny.

Dokonanie właściwego wyboru jest ważne, dlatego przygotowaliśmy ten krótki przewodnik po enkoderach absolutnych, aby pomóc zrozumieć, czym są, czym różnią się od enkoderów inkrementalnych i w jakich sytuacjach mogą być potrzebne.

Co to jest enkoder absolutny?

Enkoder absolutny dostarcza unikalną wartość położenia lub słowo danych w każdym punkcie obrotu, reprezentując „absolutne” położenie enkodera. Od momentu włączenia, enkoder absolutny może powiedzieć dokładne położenie mierzonego obracającego się wału. Robi to za pomocą czujnika optycznego, magnetycznego lub pojemnościowego, aby odczytać unikalny kod z tarczy, która obraca się wraz z wałem. Co ważne, enkoder absolutny może to zrobić bez konieczności obracania wału i może śledzić to położenie nawet w przypadku tymczasowej utraty zasilania. Im więcej unikalnych kodów znajduje się na tarczy enkodera, tym dokładniejszy będzie odczyt położenia.

Rozdzielczości są reprezentowane w bitach (cyfrach binarnych), które odpowiadają liczbie unikalnych słów danych w jednym obrocie. Enkodery absolutne występują również w wariantach jednoobrotowych i wieloobrotowych. Enkodery jednoobrotowe dostarczają dane pozycjonowania w jednym pełnym obrocie, 360°, a wyjście powtarza się dla każdego obrotu wału. Enkodery wieloobrotowe również dostarczają dane pozycjonowania w jednym obrocie, ale mają dodatkowy licznik „obrotów”, który mierzy liczbę obrotów.

Enkodery absolutne vs. inkrementalne

Z drugiej strony, enkoder inkrementalny działa poprzez generowanie impulsów podczas obrotu wału. Typowy enkoder inkrementalny generuje 2 fale prostokątne przesunięte w fazie o 90 stopni. Impulsy te muszą być śledzone lub zliczane przez elektronikę zewnętrzną w stosunku do enkodera.

Typowe przebiegi enkoderów inkrementalnych przesunięte w fazie o 90°

Rozdzielczości są reprezentowane przez liczbę impulsów na obrót, PPR, i reprezentują liczbę wysokich impulsów, jakie enkoder inkrementalny będzie miał z któregokolwiek z jego wyjść fal prostokątnych.

Ponieważ wyjście enkodera inkrementalnego jest zawsze w jednym z 4 powtarzających się stanów, enkoder musi być odniesiony do znanej, ustalonej lokalizacji lub „domu”, aby dostarczyć znaczących informacji o pozycjonowaniu. Z lokalizacji domowej, często wyrównanej z impulsem indeksu enkodera, można następnie śledzić inkrementalną zmianę obrotu wału i znać absolutne położenie wału. Musi się to zdarzyć za każdym razem, gdy włączasz enkoder inkrementalny lub w przypadku tymczasowej utraty zasilania. W rezultacie uzyskanie odczytu położenia absolutnego zajmuje więcej czasu – a wał musi się obrócić, aby go dostarczyć.

Enkodery inkrementalne są mniej skomplikowane niż modele absolutne, a zatem zazwyczaj tańsze (choć różnica w cenie maleje). Jeśli monitorujesz tylko prędkość, kierunek ruchu lub położenie względne, enkoder inkrementalny jest zwykle najlepszą opcją, ale gdy absolutne położenie jest Twoim kluczowym problemem, enkoder absolutny jest właściwym rozwiązaniem.

Dlaczego warto wybrać enkoder absolutny zamiast enkodera inkrementalnego?

Po pierwsze, ponieważ enkoder absolutny utrzymuje położenie wału, położenie jest znane natychmiast po dostarczeniu do niego zasilania. Nie musisz czekać na zakończenie sekwencji homing lub kalibracji i możesz szybciej uzyskać potrzebne dane o położeniu podczas uruchamiania lub po awarii zasilania, nawet jeśli wał został obrócony, gdy enkoder był wyłączony.

Znajomość położenia absolutnego podczas uruchamiania może być niezbędna w wielu systemach, gdzie w pewnych pozycjach można bezpiecznie kontynuować obracanie wału w jednym kierunku, ale nie w drugim. W zależności od zastosowania, popełnienie tego błędu może spowodować uszkodzenie sprzętu, obrażenia ciała lub, co gorsza. W takich sytuacjach krytyczne jest, abyś znał dokładne położenie swojego obracającego się urządzenia przed przesunięciem jakichkolwiek części.

Równie ważne jest to, że enkoder absolutny zapewnia rzeczywiste położenie w czasie rzeczywistym. Ponieważ coraz więcej systemów staje się cyfrowych z połączeniami z centralną magistralą komunikacyjną, możliwość odpytywania enkodera o pozycję w czasie rzeczywistym, kiedy i jak jest to potrzebne, przy minimalnym opóźnieniu, jest bardzo korzystna. Aby śledzić swoją pozycję za pomocą enkodera inkrementalnego, nawet po sekwencji homing, musisz śledzić wszystkie impulsy za pomocą zewnętrznych obwodów (zazwyczaj za pośrednictwem dekodowania kwadraturowego). Oprócz potrzebnych obwodów zewnętrznych, oznacza to również, że występuje pewne opóźnienie w określaniu pozycji.

Enkodery absolutne generują unikalne, cyfrowe „słowo” dla każdej pozycji w określonej rozdzielczości

Istnieją również inne korzyści. Systemy, które implementują enkodery absolutne, są generalnie mniej podatne na zakłócenia elektryczne, ponieważ uzyskują pozycję poprzez odczytanie kodu z weryfikacją błędów z enkoderów binarnych lub cyfrowo przez magistralę szeregową, a nie enkoderów inkrementalnych, które muszą zliczać impulsy.

Z tym wiąże się fakt, że stosunkowo prosto jest połączyć więcej niż jeden enkoder absolutny w tym samym systemie – być może do automatyzacji fabryki lub w ramieniu robota z wieloma przegubami. Jeśli używasz enkoderów inkrementalnych, monitorowanie wyjść z wielu urządzeń może stać się bardzo skomplikowane, wymagając znacznej mocy obliczeniowej. Ale z enkoderami absolutnymi, zwłaszcza tymi, które można połączyć z centralną magistralą komunikacyjną, możesz uzyskać dane z każdego z nich indywidualnie, co wymaga znacznie mniejszej mocy obliczeniowej do interpretacji odczytu.

Zastosowania enkoderów absolutnych

Po przedstawieniu kluczowych różnic między enkoderami absolutnymi i inkrementalnymi, przyjrzyjmy się pokrótce niektórym konkretnym scenariuszom, w których stosowane są enkodery absolutne.

Kluczowym rynkiem jest robotyka – szybko rozwijający się obszar obejmujący szeroką gamę sektorów. W produkcji znajdziesz ramiona robota używane do montażu, spawania, natryskiwania farbą i innych zadań. Znajdziesz je również w opiece zdrowotnej. Na przykład chirurgia zdalna wymaga dużych ilości wyjątkowo precyzyjnych informacji o położeniu z ramion robota. Roboty domowe to kolejny wschodzący przypadek użycia enkoderów absolutnych.

Jest to jednak tylko jeden obszar, a wraz z przechodzeniem coraz większej liczby systemów na cyfrowe i zmniejszaniem się różnicy cen między enkoderami inkrementalnymi i absolutnymi, różnorodność zastosowań enkoderów absolutnych staje się niemal nieskończona, zarówno na rynkach przemysłowych, jak i konsumenckich. Od automatycznych bram i przegubów kamery po automatyzację fabryk, enkodery absolutne są wysoce skutecznym i coraz bardziej przyjaznym dla budżetu sposobem określania pozycji.

Opcje enkoderów absolutnych

Wybór odpowiedniego typu enkodera dla projektu produktu jest niezbędny, dlatego tak ważne jest zrozumienie kluczowych różnic między enkoderami inkrementalnymi i absolutnymi. Wraz ze zmniejszaniem się różnic cen i zmianami technologii, enkodery absolutne mają wiele wyraźnych zalet w stosunku do swoich inkrementalnych odpowiedników, co czyni je intrygującą opcją dla wymagań dotyczących informacji zwrotnej o położeniu.