Conformación de coseno elevado
Como parte importante del control de la transmisión, el dispositivo de detección de posición se utiliza para detectar el desplazamiento y enviar una señal de retroalimentación para compararla con la señal de comando enviada por el dispositivo de control. Si hay una desviación, se amplificará y controlará el actuador para que se mueva en la dirección de eliminar la desviación hasta que la desviación sea igual a cero. Para mejorar la precisión del procesamiento de los equipos mecánicos, es necesario mejorar la precisión de los componentes y sistemas de detección. Estos incluyen codificadores rotatorios, codificadores lineales (escala de rejilla, escala magnética), resolver, generador de tacómetro, etc. Es relativamente común y el codificador es uno de los dispositivos de detección más utilizados en diversas maquinarias. Como medio de detección de señales, los codificadores se han utilizado ampliamente en la automatización industrial, como máquinas herramienta CNC, maquinaria textil, maquinaria metalúrgica, maquinaria petrolera, maquinaria minera, maquinaria de impresión y embalaje, maquinaria plástica, máquinas de prueba, ascensores, servomotores, aviación. , instrumentación, etc. Hay muchos tipos de codificadores y los usuarios de diferentes industrias tienen diferentes requisitos en cuanto a los parámetros y especificaciones del codificador.
Los codificadores se dividen en dos tipos: tipo de contacto y tipo sin contacto. El tipo de contacto utiliza una salida de cepillo, y el cepillo hace contacto con el área conductora o el área aislante para indicar si el estado del código es "1" o "0" el elemento sensible receptor sin contacto es un elemento fotosensible o un elemento sensible magnético; . Cuando se utiliza un elemento fotosensible, el área de transmisión de luz y el área impermeable a la luz se utilizan para indicar si el estado de codificación es "1" o "0".
Los codificadores se dividen en tipos ópticos, magnéticos, inductivos y capacitivos según los principios de detección.
Los codificadores se clasifican según su medida, incluyendo codificadores lineales (escala de rejilla, escala magnética) y codificadores rotativos.
Los codificadores se dividen en codificadores incrementales, codificadores absolutos y codificadores híbridos según los principios de la señal (método de calibración y forma de salida de señal).
1. Codificador incremental (rotativo)
1. Principio de funcionamiento:
El codificador óptico consta de un disco de código fotoeléctrico con un eje en el centro. Son líneas circulares y oscuras grabadas en el eje. Cuando el disco gira un paso, bajo la iluminación del elemento emisor de luz, las señales A y B obtenidas por el elemento fotosensible son ondas sinusoidales que tienen 90 grados de diferencia. Este conjunto de señales es amplificado y modelado por el amplificador para obtener una onda cuadrada de salida. La amplitud de voltaje de A es generalmente de 5 V en comparación con B. Se supone que la fase A gira hacia adelante antes de que la fase B avance, y la fase B gira hacia atrás antes de que la fase A avance. Utilizando la relación de fase entre la fase A y la fase B, se puede determinar la rotación directa e inversa del codificador. El pulso generado por la fase C es el pulso de referencia, también llamado pulso cero. Es un pulso generado en una posición fija cada vez que el eje gira una vez, y se puede obtener la posición de referencia cero del codificador. Después de que la señal del pulso de la fase AB se convierte de frecuencia a voltaje, se puede obtener una señal de voltaje proporcional a la velocidad de rotación del eje giratorio y luego se pueden medir el valor de la velocidad y el desplazamiento.
El codificador magnético es un nuevo tipo de elemento sensible electromagnético desarrollado en los últimos años. Fue desarrollado con el desarrollo de los codificadores ópticos. La principal ventaja de los codificadores ópticos es que son sensibles a los gases húmedos y la contaminación, pero tienen poca confiabilidad, mientras que los codificadores magnéticos son menos susceptibles al polvo y la condensación. Al mismo tiempo, tiene una estructura simple y compacta, velocidad de operación rápida, respuesta rápida (hasta 500 ~ 700 kHz), volumen más pequeño que los codificadores ópticos, bajo costo, fácil de organizar y combinar con precisión múltiples componentes y más fácil de formar. nuevos tipos de codificadores que los componentes ópticos y los sensores magnéticos semiconductores. Dispositivos funcionales y dispositivos multifuncionales. Bajo los requisitos de alta velocidad, alta precisión, miniaturización y larga vida útil, en la feroz competencia del mercado, los codificadores magnéticos tienen ventajas únicas y se han convertido en una de las claves para el desarrollo de productos de alta tecnología.
El principio de un codificador magnético es generar una señal formando una secuencia de pulsos a través de la fuerza magnética. Se caracteriza porque se mezclan caucho no vulcanizado y polvo magnético de tierras raras para formar un cuerpo de caucho magnético, y el cuerpo de caucho magnético se vulcaniza y se une al anillo de refuerzo (1) para formar un anillo de caucho magnético (2), y el anillo magnético Los anillos de goma se alternan a lo largo de la forma circunferencial. La magnetización produce el polo S y el polo N. Al mismo tiempo, se utilizan nuevos sensores SMR o de efecto Hall como elementos sensores y las señales son estables y confiables. Además, utilizando tecnología de cableado de doble capa, el codificador magnético no solo puede generar señales incrementales, señales incrementales y señales exponenciales que solo están disponibles en codificadores generales, sino que también puede generar señales absolutas. Por tanto, aunque alrededor del 90% de los codificadores actuales son codificadores ópticos, no hay duda de que el número de codificadores magnéticos irá aumentando paulatinamente en los futuros sistemas de control de movimiento.
2. Tecnología de resolución, multiplicación y subdivisión del codificador incremental.
El disco de código del codificador incremental está compuesto por muchas líneas de rejilla y dos (o cuatro, como se explicará más adelante) ojos fotoeléctricos leen las señales A y B. La densidad de las líneas determina la resolución de este codificador incremental, es decir, puede distinguir el valor de ángulo cambiante más pequeño.
El parámetro que representa la resolución de un codificador incremental es PPR, que es el número de pulsos por revolución.
Generalmente hay dos tipos de formas de onda de salida A/B de codificadores incrementales, una es una señal de onda cuadrada con flancos ascendentes y descendentes pronunciados, y la otra es una subida y bajada lenta similar a una sinusoidal. curva. A y B están desfasados 90 grados y tienen un período de 1/4T. Si A es una curva tipo seno, B es una curva coseno tipo coseno.
Para señales de onda cuadrada, la diferencia de fase entre A y B es de 90 grados (1/4T), de modo que las cuatro fases tienen un ángulo de fase de 0 grados, un ángulo de fase de 90 grados, un ángulo de fase de 180 grados y un ángulo de fase de 270 grados. Ángulo de fase de grados. Cada posición tiene un flanco ascendente y un flanco descendente, por lo que el cambio de ángulo realmente se puede juzgar dentro del período de onda cuadrada de 1/4T, y este juicio también se puede hacer usando la lógica. 0 representa bajo, 1 representa alto y el cambio de las fases A/B en un ciclo es 0 0, 0 1, 1, 1. Este juicio no sólo puede cuadruplicar la frecuencia, sino también determinar la dirección de rotación.
Estrictamente hablando, la onda cuadrada sólo se puede dividir en cuatro veces como máximo. Aunque se puede utilizar el método de diferencia de tiempo para dividirlo en codificadores más pequeños, básicamente no se recomiendan los codificadores incrementales. Se debe lograr una división de frecuencia más alta utilizando señales de pulso incrementales que sean señales seno y coseno tipo SIN/COS. El circuito posterior puede leer el cambio de fase de la forma de onda y utilizar el circuito de conversión de analógico a digital para subdividirlo en 5, 10, 20 o incluso más de 100 veces. El múltiplo de división de frecuencia es en realidad limitado. En primer lugar, la conversión de analógico a digital tiene un problema de respuesta en el tiempo. La velocidad de la conversión de analógico a digital y la precisión de la resolución son contradictorias y es imposible subdividirlas infinitamente. Si la división es demasiado fina, habrá problemas de respuesta y precisión. En segundo lugar, la precisión de las marcas del codificador original, la consistencia de las señales de salida tipo seno y coseno y la perfección de la forma de onda son todas limitadas. Si la división es demasiado fina, los errores del codificador original serán mayores. obviamente expuestos y provocan errores. La segmentación es fácil de hacer, pero difícil de hacer bien. Por un lado, depende de la precisión del grabado del disco de código original y de la perfección de la forma de onda de salida, y por otro lado, depende de la velocidad de respuesta y la precisión de la resolución del circuito de subdivisión. Por ejemplo, los codificadores industriales alemanes recomiendan una subdivisión óptima de 20 veces. Una subdivisión mayor es un codificador angular con mayor precisión, pero la velocidad de rotación es muy baja.
Si el codificador incremental genera ondas cuadradas A/B/Z después de la subdivisión, se puede cuadruplicar, pero tenga en cuenta que la subdivisión requiere la velocidad del codificador, que generalmente es baja. Además, si la precisión del grabado del disco de código original no es alta, la forma de onda no es perfecta o el circuito de subdivisión en sí es limitado, la subdivisión puede causar distorsión grave de la forma de onda, tamaño de paso, desfase, etc. Así que preste atención a la selección y el uso.
Para algunos codificadores incrementales, la línea original puede tener 2048 líneas (11 elevado a 2, 11 bits) y luego subdividirse 16 veces (4 bits) para obtener un PPR de 15 bits, y luego multiplicado Tome 4 veces (2 dígitos) para obtener PPR de 15 dígitos. Cuando este codificador japonés se ejecuta a alta velocidad, aún necesita usar señales de bits bajos no divididas internamente para procesar la salida; de lo contrario, la respuesta no podrá mantenerse al día. No se deje confundir por sus "17 bits".
3. Características de los codificadores incrementales:
Los codificadores incrementales tienen las características de no contacto, sin fricción ni desgaste, tamaño pequeño, peso ligero, estructura compacta, fácil instalación y mantenimiento. Par motor simple y pequeño, alta precisión, amplio rango, respuesta rápida, salida digital y otras características.
Los codificadores incrementales son ideales para medir la velocidad y pueden acumular mediciones de forma infinita. Sin embargo, existen problemas como error acumulativo cero, antiinterferencia deficiente, memoria apagada cuando se detiene el dispositivo receptor o cambios de bit de referencia al iniciar. Si elige un codificador absoluto, puede resolver estos problemas.
Tecnología de batería incorporada:
Algunos codificadores usan baterías incorporadas para evitar la pérdida de señal durante cortes de energía. Algunos codificadores usan una sola vuelta como señal absoluta, mientras que son multivueltas. Las señales pasan a través de una batería incorporada y se obtiene el conteo incremental del circuito. Este es un codificador pseudoabsoluto, que se ve muy afectado por factores como la duración de la batería, la falla de la batería a bajas temperaturas y el contacto deficiente de la batería con vibración.
4. Aplicaciones generales de los encoders incrementales:
Medición de velocidad, dirección de rotación, ángulo de movimiento y distancia (relativa).
2. Codificador absoluto (rotativo)
El codificador incremental emite pulsos al girar y el dispositivo de conteo conoce su posición. Cuando el codificador está parado o apagado, depende de la memoria interna del dispositivo de conteo para recordar la posición. De esta manera, el codificador no puede moverse cuando la energía está apagada y el codificador no puede perder pulsos debido a la interferencia cuando la energía está encendida. De lo contrario, el punto cero de la memoria del dispositivo de conteo se desplazará. La cantidad de este cambio es desconocida. , y sólo después de que aparezcan resultados de producción incorrectos.
La solución es agregar un punto de referencia. Cada vez que el codificador pasa el punto de referencia, la posición de referencia se corrige a la posición de memoria del dispositivo de conteo. La precisión posicional no se puede garantizar hasta el punto de referencia. Por esta razón, en el control industrial existen métodos como encontrar primero el punto de referencia y cambiar el punto cero al inicio de cada operación.
Por ejemplo, el posicionamiento de los escáneres de las impresoras se basa en el principio de los codificadores incrementales. Cada vez que lo encendemos escuchamos un crujido. Busca un punto cero de referencia antes de trabajar.
Este método es más problemático para algunos proyectos de control industrial y ni siquiera se permite cambiar el cero durante el inicio (la posición exacta debe conocerse después del inicio), por lo que existe un codificador absoluto.
1. Principio de funcionamiento:
Hay muchas líneas grabadas en el disco de código óptico del codificador absoluto. Cada línea grabada está dispuesta en secuencia con 2 líneas, 4 líneas, 8 líneas. y 16 líneas. De esta forma, en cada posición del codificador, leyendo el encendido y apagado de cada guión, se puede obtener un conjunto único de códigos binarios (código Gray), de 2 a la potencia n-1. Un codificador de este tipo está determinado por la posición mecánica de la rueda de códigos y no se ve afectado por cortes de energía ni interferencias.
La unicidad de cada posición del codificador absoluto está determinada por la posición mecánica. No necesita recordar cuándo se cortó la luz, ni encontrar un punto de referencia ni seguir contando. Siempre que necesite conocer la ubicación, debe leer su ubicación. Esto mejora enormemente las características antiinterferencias y la confiabilidad de los datos del codificador.
Debido a que los codificadores absolutos son significativamente mejores que los codificadores incrementales en el posicionamiento, se utilizan cada vez más en la medición de ángulos y longitudes y en el control de posicionamiento en diversos sistemas industriales. Sin embargo, debido a su alta precisión y muchos dígitos de salida, si todavía se usa la salida en paralelo, cada bit de la señal de salida debe conectarse y aislarse para condiciones de trabajo más complejas, lo que trae muchos inconvenientes y reduce la confiabilidad. Por lo tanto, entre los tipos de salida multibit, los codificadores absolutos generalmente eligen salida en serie o salida de bus.
2. Del codificador absoluto de una sola vuelta al codificador absoluto de múltiples vueltas:
El codificador absoluto de una sola vuelta mide cada marca del disco de código fotoeléctrico giratorio y obtiene una codificación única. . Cuando la rotación supera los 360 grados, la codificación vuelve al origen, lo que no cumple con el principio de unicidad absoluta de codificación. Esta codificación solo se puede utilizar para mediciones dentro de un rango de rotación de 360 grados y se denomina codificador absoluto de una sola vuelta.
Si desea medir la rotación más allá de 360 grados, debe utilizar un codificador absoluto multivuelta.
Los fabricantes de codificadores utilizan los principios de la maquinaria de engranajes de reloj. Cuando el disco de código central gira, los engranajes impulsan otro conjunto de discos de código (o múltiples conjuntos de engranajes o múltiples conjuntos de discos de código) para aumentar el número de vueltas según la codificación de una sola vuelta y ampliar el rango de medición del codificador. Un codificador absoluto de este tipo se denomina codificador absoluto de múltiples vueltas y también es una codificación de posición mecánica. Cada codificación de posición es única y no requiere memoria.
Otra ventaja del codificador absoluto multivuelta es que, debido a su amplio rango de medición, suele ser más abundante en el uso real. No es necesario encontrar un punto cero durante la instalación. Se puede utilizar como punto de partida, lo que simplifica enormemente la dificultad de instalación y depuración.
Los codificadores absolutos multivueltas tienen ventajas obvias en el posicionamiento longitudinal y se utilizan cada vez más en el posicionamiento industrial.