Энкодер — измерительный прибор, преобразующий механическое движение вращающегося элемента в цифровой сигнал. Устанавливается на вал двигателя, редуктор или другой вращающийся механизм и фиксирует скорость вращения, направление движения и положение относительно нулевой метки. Именно энкодеры лежат в основе систем точного позиционирования на большинстве современных промышленных установок.
Виды энкодеров
По способу получения и обработки информации приборы делятся на два принципиально разных типа.
- Инкрементальные (накапливающие) генерируют импульсный сигнал при каждом повороте вала. Конструктивно — это диск с отверстиями, подсвечиваемый датчиком. Нулевая метка (Zero) фиксирует полный оборот, каналы A и B — четверть оборота, что позволяет определить направление вращения. Важная особенность: при отключении питания информация о прошлых перемещениях теряется, поэтому при каждом запуске требуется возврат в нулевую точку.
- Абсолютные (позиционные) сохраняют информацию о положении вала в любом состоянии — и в движении, и в покое. Точность кодирования обеспечивается кодом Грэя. Абсолютные энкодеры бывают однооборотными — для измерений в пределах одного вращения — и многооборотными, отслеживающими несколько полных оборотов.
По физическому принципу считывания оба типа выпускаются в следующих исполнениях:
- Оптические — источник света генерирует сигнал, считываемый с кодового диска и преобразуемый во внутренней микросхеме в электрический импульс; отличаются высокой точностью.
- Магнитные — фиксируют изменения магнитного поля с помощью датчика Холла; устойчивы к загрязнениям и вибрации.
- Емкостные — работают на основе изменений электрического поля при вращении кодового диска; применяются реже, но обеспечивают высокую надежность в агрессивных средах.
Среди отечественных решений широко востребованы энкодеры СКБ ИС — они хорошо зарекомендовали себя в условиях непрерывного промышленного производства.
Параметры энкодера
При выборе прибора необходимо учитывать следующие характеристики:
- Разрешение — для инкрементального измеряется в импульсах на оборот (PPR), типовые значения: 1024, 2048, 4096 PPR; для абсолютного — в битах; чем выше значение, тем точнее позиционирование.
- Тип вала — сплошной, полый или со сквозным отверстием.
- Тип выхода — транзисторный с открытым коллектором, push-pull или дифференциальный RS-422.
- Диаметр вала и тип крепления — на блок, на поверхность или пайка в отверстия
- Степень защиты от пыли и влаги (IP-рейтинг).
- Рабочий диапазон температур.
Монтаж и подключение
Способ монтажа определяется конструкцией вала. Сплошной вал фиксируется через муфту с жестким закреплением корпуса, чтобы исключить его вращение. Полый вал или вал со сквозным отверстием позволяет установить энкодер внутри — здесь жесткая фиксация не применяется, а вместо нее устанавливается ограничитель вращения.
Выход энкодера подключается ко входу счетчика — для измерения скорости, или к контроллеру — для расчета положения механизма. Если двигатель работает через частотный преобразователь, энкодер на муфте становится элементом обратной связи через плату сопряжения, обеспечивая поддержание заданной скорости и крутящего момента.
Применение энкодеров
Инкрементальные оптимальны там, где важен плавный запуск, контроль скорости и точное перемещение:
- приводы подъемных механизмов (краны, лифты) и конвейеры;
- деревообрабатывающие, металлообрабатывающие и буровые станки;
- машины для упаковки и дозирования;
- робототехника и системы контроля доступа;
Абсолютные применяются в сложных системах с высокими требованиями к точности:
- металлургия — контроль положения печей и сварных швов;
- печатное производство — настройка подачи материала (бумага, виниловая пленка);
- автоматизированные склады — управление транспортерами и штабелерами;
- машиностроение — управление кранами, манипуляторами, столами обрабатывающих центров;
- возобновляемая энергетика — позиционирование солнечных батарей и ветрогенераторов;
- медицина и протезирование — экзоскелеты и функциональные протезы.
Для задач, где требуется комплексный контроль на станке, энкодеры работают в связке с контактными щупами. Так, щуп Renishaw в паре с энкодером образует полноценную систему обратной связи: энкодер отслеживает положение и скорость, а щуп обеспечивает точное измерение геометрии инструмента и заготовки непосредственно в процессе обработки.