Enkoder liniowy – pomiar drogi

Enkoder liniowy – pomiar drogi

Enkoder liniowy służy do pomiaru drogi i przesunięcia w dowolnego typu maszynach lub urządzeniach. Składa się on z głowicy i taśmy magnetycznej. Pomiar jest bezdotykowy – głowica przesuwa się bezpośrednio nad taśmą magnetyczną, w odstępie od poniżej jednego do kilku milimetrów, w zależności od typu urządzenia.

Enkoder liniowy
Enkoder liniowy

 

Wyróżniamy dwa typy enkoderów liniowych: inkrementalne i absolutne. Inkrementalne na wyjściu generują impulsy, a układ sterujący – wyświetlacz bądź sterownik PLC zlicza je i wyświetla w postaci przebytej odległości np. w milimetrach, calach itp. Układ inkrementalny charakteryzuje się tym, że należy go zbazować (ustawić mu punkt startowy) po załączeniu maszyny. Enkodery absolutne wystawiają na wyjściu słowo cyfrowe z pozycją. Dzieje się tak dlatego, że taśma magnetyczna jest kodowana absolutnie. Dzięki temu czujnik potrafi odczytać unikalną pozycję i „wie” gdzie się w danym momencie znajduje. Układów absolutnych nie trzeba bazować, robi się to tylko raz, podczas montażu.

Pomiar drogi w maszynie można też przeprowadzić za pomocą enkoderów obrotowych, np. poprzez podpięcie do śrub napędowych. Znając skok gwintu, można odpowiednio wartości przeliczyć i wyświetlić je jako przebytą drogę. Często konstruktorzy wybierają to rozwiązanie. Dzieje się tak dlatego, że nie zawsze jest miejsce na montaż taśmy magnetycznej, lub nie da się zapewnić dobrego prowadzenia enkodera liniowego względem taśmy magnetycznej. Wadą takiego rozwiązania mogą być przekłamania w pomiarze. Układ z czasem może złapać luzy. Bezpośredni pomiar liniowy na pewno będzie bardziej pewny i wiarygodny.

 

Enkoder liniowy - pomiar drogi w maszynie.
Enkoder liniowy – pomiar drogi w maszynie.

Enkoder liniowy – parametry.

Rozdzielczości pomiaru, jakie możemy uzyskać to np: 1mm, 0,1mm; 0,01mm, 0,001mm. Trzeba zwrócić uwagę, że inaczej ma się sprawa z dokładnością pomiaru. Bo o ile pomiar możemy wyświetlić z rozdzielczością 0,001mm, to nie oznacza, że pomiar będzie miał taką dokładność. Na błąd pomiarowy składa się błąd czujnika i błąd taśmy. Te dwie wartości się sumują. Z taśmą magnetyczną jest tak, że te najbardziej dokładne mają błąd pomiaru na poziomie +/-10um. Ten błąd występuje nieliniowo, co oznacza, że będą miejsca gdzie będzie on wynosił 10um i będą też takie gdzie będzie 0um. Natomiast błąd czujnika to np. 15um +/-1 inkrement, czyli impuls (tyczy się to enkoderów inkrementalnych). Po co zatem mierzyć z większą rozdzielczością, skoro i tak pomiar nie jest aż tak dokładny? Enkodery magnetyczne liniowe mają bardzo dużą powtarzalność. Oznacza to, że jeśli robimy np. 100 detali i przycinamy je na tę samą długość, to te detale będą niemal identyczne.

Enkoder liniowy.
Enkoder liniowy.

Innym ważnym parametrem przy doborze jest prędkość posuwu. Standardowo to około 2,5 – 5m/s, ale zdarzają się i takie, które mogą pracować 16m/s. Trzeba też zwrócić uwagę, jaką częstotliwość zliczania ma układ sterujący/wyświetlający pomiar, żeby nie przekroczyć wartości maksymalnych. Enkoder liniowy charakteryzuje się też dużą odpornością na wszelkiego rodzaju płyny, oleje. Stopień ochrony często wynosi IP67, co oznacza, że może się po nim lać np. chłodziwo. Taśmy magnetyczne są tak wykonane, żeby nie rozpuściły ich smary czy oleje. Są to zdecydowanie wykonania przemysłowe. Aplikacje, w których pracują, to często pyły i woda – maszyny do obróbki kamienia. Wszelkiego typu obrabiarki, plotery itp.

Enkodery – klasyfikacja.

Enkoder to urządzenie wykorzystywane w automatyce do pomiaru kąta lub przesunięcia. Pod tym pojęciem kryje się wiele jego rodzajów i odmian. W tym poście postaram się je pokrótce opisać.

Enkodery – klasyfikacja

Podział ze względu na rodzaj

Enkodery inkrementalne

– obrotowo – impulsowe (optyczne i magnetyczne)

Enkoder inkrementalny, obrotowy.
Enkoder inkrementalny, obrotowy.

– liniowe (magnetyczne)

Enkoder inkrementalny, liniowy.
Enkoder inkrementalny, liniowy.

Enkodery absolutne

– obrotowe (optyczne i magnetyczne)

Enkoder absolutny, obrotowy.
Enkoder absolutny, obrotowy.

– liniowe (magnetycze)

Enkoder absolutny, liniowy.
Enkoder absolutny, liniowy.

 Enkodery inkrementalne, obrotowe, zwane są również przyrostowymi lub impulsatorami. Zasada działania polega na generowaniu impulsów prostokątnych, po obrocie wału enkodera. Enkoder inkrementalny, optyczny składa się z układu nadajnik – odbiornik oraz z tarczy obrotowej, na której znajdują się szczeliny. Przez nie przechodzi wiązka świetlna wysyłana z nadajnika do odbiornika. Ilość szczelin definiuje rozdzielczość – jeden z głównych parametrów enkodera, czyli liczbę impulsów, które generowane są na wyjściu, po wykonaniu jednego, pełnego obrotu wału enkodera. Enkodery obrotowe, magnetyczne, zbudowane są z układu magnetycznego (pierścień) i czujnik, który bada przemagnesowania. Enkoder inkrementalny posiada przynajmniej 2 kanały wyjściowe A i B, które są przesunięte w fazie o 90 stopni. Dzięki temu możliwe jest rozpoznawanie kierunku obrotu wału.

Budowa wewnętrzna enkodera inkrementalnego.
Budowa wewnętrzna enkodera inkrementalnego.

Enkodery inkrementalne, liniowe, zwane są również liniałami magnetycznymi. Typowy liniał magnetyczny składa się z enkodera liniowego, który porusza się nad taśmą magnetyczną (pomiar bezdotykowy).  Taśma magnetyczna posiada przemagnesowania, tzw. krok magnetyczny. Może on wynosić np. 1; 2; 2,5; 3,2; 5mm itp. W zależności od tego jaki mamy enkoder, wybieramy taśmę z odpowiednim krokiem magnetycznym. Enkodery inkrementalne liniowe, podobnie jak obrotowe mogą pracować z różnymi rozdzielczościami, typowe to: 1mm, 0,1mm, 0,01mm, 0,05mm, 0,001mm. Zastosowania: pomiar odległości w maszynach kamieniarskich lub CNC itp. Maszyny i urządzenia, w których zamontowane są enkodery inkrementalne zwykle na początku pracy wymagają bazowania, w celu ustawienia pozycji początkowej (bazowej).

Enkodery absolutne, obrotowe podobnie jak inkrementalne dzielą się na optyczne i magnetyczne. Zasada działania i budowa są bardzo do siebie zbliżone. Różnica polega na tym że na wyjściu enkodera mamy informację o pozycji (słowo cyfrowe). Najprościej rzecz ujmując enkoder absolutny zna zawsze swoją pozycję, czyli prościej mówiąc „wie” gdzie się znajduje.  Dodatkowo wyróżniamy enkodery jedno i wieloobrotowe. Enkoder jednoobrotowy rozpoznaje unikalne pozycje w zakresie jednego obrotu, gdy go wykona zaczyna pokazywać pozycję „od zera”. Enkoder wieloobrotowy dodatkowo rozpoznaje ilość obrotów np. 8, 16, 256, 1024 itd.

Tarcza enkodera absolutnego, optycznego.
Tarcza enkodera absolutnego, optycznego.

Enkodery absolutne, liniowe. Podobnie, jak w enkoderach inkrementalnych liniał magnetyczny absolutny składa się z enkodera liniowego, absolutnego oraz taśmy magnetycznej – kodowanej absolutnie. Na taśmie magnetycznej znajdują się unikalne pozycje, które rozpoznaje enkoder. Układów, w których zastosowano enkodery absolutne nie trzeba bazować.

W następnych postach omówię najważniejsze parametry na które należy zwrócić uwagę podczas doboru enkoderów.