Koderi — Senzori zakretnog kuta

Pozicioniranje u raznim vrstama industrijske opreme omogućuje se pomoću uređaja koji jednostavno izgledaju — kodera (ili drugim riječima, senzora kuta).

Koderi se koriste za pretvaranje linearnog ili rotacijskog gibanja u binarni digitalni signal. Enkoder je uređaj čija je osovina povezana s rotirajućom osovinom predmeta koji se proučava i omogućuje elektroničku kontrolu kuta rotacije potonjeg. Prema principu rada enkodere dijelimo na optičke i magnetske.

Na osovini optičkog enkodera nalazi se disk s isprekidanim prozorima oko perimetra, nasuprot kojih se nalazi LED i fototranzistor, koji osiguravaju formiranje izlaznog signala u obliku pravokutni impulsni nizovi s frekvencijom proporcionalnom broju prozora i brzini rotacije diska/osovine. Broj impulsa označava kut rotacije.

Optički koderi dostupni su kao inkrementalni i apsolutni koderi.

Inkrementalni koderi imaju isprekidani disk s mnogo prozora iste veličine kao i osnovni radijus i dva očitanja optokapleri, što vam omogućuje da popravite i kut rotacije i smjer rotacije osovine.Na dodatnom polumjeru diska nalazi se jednostruki prekidni prozor i odgovarajući optički sprežnik koji definira početnu poziciju (dom).

Negativni zakretni moment - inkrementalni enkoderi daju relativno očitanje kuta rotacije, informacije o kojima se ne spremaju kada se rotacija zaustavi. Njihove prednosti uključuju jednostavnost dizajna (i, sukladno tome, nisku cijenu) pri visokoj razlučivosti i visokoj radnoj frekvenciji.

Inkrementalni enkoderi s povećanom izdržljivošću usmjereni su na industrijske primjene - u strojogradnji, valjaonicama, brodogradnji, tekstilu, obući, obradi drva. Za takve enkodere odlučujući parametri su rezolucija u kutu rotacije, sposobnost rada na visokim frekvencijama, visok stupanj zaštite za izdržavanje uvjeta surovog okruženja.

Disk s linijama ili zarezima koji prekidaju zraku svjetlosti do optičkog senzora. Elektronički sklop osjeti lomljenje zrake i generira digitalne izlazne impulse iz kodera.

Disk za kodiranje — uređaj za pretvaranje kutnih pomaka osovine u digitalni oblik. Geometrijska slika digitalnog koda nanosi se na disk za kodiranje. Simboli kodnih bitova primjenjuju se na koncentričnoj stazi, a najmanje značajni (manje značajni) bitovi nalaze se bliže periferiji.

Ovisno o načinu očitavanja koda (kontaktni, fotoelektrični, elektromagnetski, indukcijski, elektrostatski itd.), geometrijska slika koda sastoji se od elektrovodljivih i elektroizoliranih, prozirnih i neprozirnih, magnetskih i nemagnetskih itd.

Najrašireniji su bili diskovi za kodiranje s varijantama binarnog koda, koji isključuju pojavu pogrešaka pri prelasku granica zasebnih diskretnih dijelova, kada se neki bitovi mogu čitati s jedne strane granice, a neki s druge (zbog netočne instalacije prijenosnih uređaja ili zbog neistodobnog čitanja koda dok se disk vrti Ovi kodovi uključuju tzv. Fau kod (Barkerov kod) i Reflex kod (Greyev kod).

Neki optički rotacijski koderi koriste reflektirajući disk kodera. Ovaj disk ima izmjenične dijelove koji apsorbiraju ili reflektiraju svjetlost, a izvor svjetlosti zajedno s prijemnikom nalazi se na jednoj strani diska. Ako postoji samo jedan izvor svjetlosti i prijemnik, niz impulsa iz senzora omogućuje vam da saznate koliko se koraka disk rotirao u odnosu na svoj prethodni položaj.

Senzor ne može odrediti smjer rotacije, ali ako dodate drugi par izvor-prijemnik, 90 izvan faze u odnosu na prvi, tada će mikrokontroler moći odrediti smjer rotacije diska pomoću fazne razlike između vlakovi pulsa.

Treba upamtiti da je svaki sustav koji detektira relativnu rotaciju diska, ali ne može izmjeriti njegov apsolutni kutni položaj inkrementalni koder.

Apsolutni enkoder ima diskontinuirani disk s koncentričnim prozorima različitih polumjera čije su relativne veličine određene binarnim kodom i koji se istovremeno čitaju, dajući kodirani izlazni signal za svaki kutni položaj (Grayev kod, binarni kod...).

U ovom slučaju moguće je dobiti podatke o trenutnom položaju osovine bez digitalnog brojača ili povratka u početni položaj, budući da izlaz ima kodiranu riječ — «n bit», zaštićenu od električnih smetnji.

Apsolutni koderi se koriste u aplikacijama koje zahtijevaju dugotrajnu pohranu ulaznih podataka, ali su složenijeg dizajna i skuplji.

Apsolutni koderi sa sučeljem sabirnice polja imaju izlazno sučelje za komunikaciju sabirnice polja u skladu sa standardima CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus i koriste binarni kod za određivanje kuta zakreta. Gornja komunikacijska sučelja mogu se programirati prema nizu parametara: npr. smjer rotacije, rezolucija impulsa po okretaju, brzina prijenosa podataka.

Enkoderi montirani na osovinu motora učinkovito omogućuju preciznu kontrolu pozicioniranja. Takvi enkoderi se obično proizvode u verziji s "rupom", a posebne spojke su važni elementi njihovog dizajna, koji omogućuju kompenzaciju zazora osovine motora.

Pozicioniranje pod gore navedenim uvjetima najučinkovitije osigurava magnetski koder, u kojem se pretvorba kutnog pomaka osovine u elektronički signal provodi beskontaktno na temelju Hallovog efekta, a nije povezana s rotacijom optičkog sjeckalica unutar senzora i omogućuje obradu signala s brzinama do 60.000 okretaja u minuti.

U magnetskom enkoderu, veliku brzinu vrtnje vanjske osovine, na kojoj je fiksiran trajni cilindrični magnet, očitava Hallov senzor kombiniran na jednom poluvodičkom kristalu s kontrolerom za obradu signala.

Kada se polovi trajnog magneta okreću preko mikrosklopa sa Hallov senzor vektor promjenjive magnetske indukcije inducira Hallov napon koji sadrži informaciju o trenutnoj vrijednosti kuta zakreta osovine. Mikrokontroler omogućuje brzu pretvorbu Hallovog napona u parametar kuta pozicioniranja.

Mogućnost takve pretvorbe bez izravnog mehaničkog povezivanja magneta i elemenata Hall senzora glavna je prednost magnetskih enkodera, osigurava im visoku pouzdanost i trajnost te im omogućuje učinkovit rad u aplikacijama velike brzine vezanim uz industrijsku automatizaciju, tiskanje, obradu metala , mjerenje i Mjerna oprema.