Drehbarer Codeur incrémental

In industriellen Anwendungen kann es unter Umständen erforderlich sein, die Position oder die Geschwindigkeit eines rotierenden Objekts, wie z. B. einer Kurbel oder eines Baumes, zu messen. Der Drehkodierer ist eine elektromechanische Vorrichtung, die für diese Messungen verwendet werden kann.

Es gibt zwei Arten von Drehgebern (encodeurs rotatifs): Drehkodierer inkrémentaux und codeurs rotatifs absolus. In diesem Artikel werden wir Folgendes untersuchen Drehkodierer inkrémentaux, ihre Funktionsprinzipien und ihre Anwendungen.

Qu'est-ce qu'un encodeur rotatif incrémental ?

Les codeurs incrémentaux appartiennent à la famille des Drehcodierer. Sie werden verwendet, um Informationen zu erhalten, wie z. B. :

• Position
• Winkel
• Rotationsgeschwindigkeit

Inkrementelle Drehgeber sind vor allem in Anwendungen zu finden, in denen die Messung der Geschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit erforderlich ist. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit, die durch den Codeur erzeugt werden.

Im Gegensatz zu ihrem Bruder, dem Codeur Rotatif Absolu, können die Codeurs Incrémentaux keine Informationen liefern, wenn der Baum nicht dreht. Ils peuvent uniquement fournir des informations sur les Bewegung de l'arbre.

Die Impulse, die durch den inkrementellen Drehgeber erzeugt werden, müssen berechnet und weiterverarbeitet werden. Dies kann mit einem Mikrocontroller oder einem API (Programmable Logic Controller) erfolgen. Unter Verwendung der Impulszahl kann die Steuerung die Informationen anschließend in Informationen umwandeln, wie z. B. Position, Geschwindigkeit und Entfernung.

Wie funktioniert ein inkrustierter Drehcode?

Les codeurs rotatifs incrémentaux sont disponibles en deux configurations :

1. Incrémentale Monokanalkanäle
2. Encodeurs double canal (Quadratur)

Ihre Funktionsweisen sind fast identisch mit denen der anderen. Allerdings ermöglichen die Doppelkanal-Kodierer die Erfassung von Drehbewegungen, die ein einfacher Kanal-Kodierer nicht leisten kann.

Das Funktionsprinzip eines inkrustierten Drehkodierers ist denkbar einfach. Das Gerät besteht aus einer drehbaren Scheibe, die an der Achse befestigt ist.

Wenn sich der Baum dreht, dreht sich auch die Scheibe, wie auf der Abbildung unten zu sehen ist. Dies ist auch unter dem Namen " roue codée " bekannt.

Die Drehzähne werden zur Erzeugung von "Impulsen" verwendet, sobald sich ein Drehzahn an der Steuereinheit ausrichtet. Die inkrementellen Drehschalter nutzen Technologien wie magnétique, optique, inductif, capacitif et laser pour générer ce Impulszug.

Das folgende Schema veranschaulicht die Funktionsweise eines inkrustalen optischen Drehgebers. Eine Lichtquelle (LED) befindet sich auf der Scheibe, und die Empfangseinrichtung (eine Fotodiode/ein Fototransistor) befindet sich in der Lichtlinie.

Wenn die Platte auf Tournee ist, lassen die Fühler das Licht kurzzeitig passieren. In diesem Moment erreicht das Licht das Empfangsgerät und gibt ein logisches HAUT-Signal aus.

Wenn die Diskette zu lange unterwegs ist, ist der Lichtstrahl blockiert und der Empfänger kann den Lichtstrahl nicht empfangen. Cela fait que la sortie de ce canal correspondant passe au niveau logique BAS.

Zwei dieser Kanäle werden als Kanal A und B bezeichnet. Die Platzierung der Fächer für den Kanal B ist im Vergleich zu den Fächern für den Kanal A stark verschoben.

Es kann vorkommen, dass der Kapitän nur ein einziges Ensemble von Fächern verwendet und die Empfänger in einer Abzweigung platziert sind.

Diese besondere Anordnung ermöglicht es den Sortierern A und B, sich zu "entkoppeln".

Der Mikrocontroller oder die API können die beiden Kanäle überwachen, um den Drehsinn festzustellen.

Je nachdem, welcher Kanal (A oder B) eine erste Frontmontage anzeigt, kann auch die Richtung bestimmt werden. Les codeurs monocanal n'ont que la sortie du canal A et ne peuvent émettre qu'un seul train d'impulses.

Zum Beispiel zeigt im oben genannten Schema eine Frontmontage auf A nach einer Frontmontage auf B an, dass das Seil im umgekehrten Sinne der Aiguilles d'une montre verläuft. De même, un front montant sur B après un front montant sur A indique que la roue/l'arbre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.

Bei einigen Kapitänen gibt es einen dritten Kanal mit der Bezeichnung "Z". Im Gegensatz zu den beiden anderen Kanälen gibt es für diesen Kanal in der Regel nur einen einzigen Platz. Dieser wird genutzt, um zu generieren ein Anstoß par tour für solche Aufgaben wie autoguidage und Überprüfung der Anzahl der Impulse.

Incrémental oder absolut verschlüsseln

Les codeurs incrémentaux ne peuvent fonctionner que lorsque l'arbre tourne.

Systeme, die einen Drehkodierer verwenden, müssen über ein ausgeklügeltes Programm verfügen, das während der Ausführung die von der Steuerung erzeugten Impulse berechnet, um die Position des Baumes zu bestimmen. Sie verfügen über eine Festplatte, die als Code-Route fungiert.

Die absoluten Kodierer verfügen über ein spezielles Kodierwerkzeug. Dieser enthält ein nicht einheitliches Modell für die Fahne, einen einzigartigen Code für jede Position des Baumes.

Für jede angegebene Baumposition erzeugt ein absoluter Codeur einen eindeutigen Zweiercode, der die Position präzise angibt. Er bewahrt auch die Sortierung, selbst wenn er abgestochen wird, da die Codierlinie selbst das Motiv enthält.

Die inkrementellen Kodierer müssen permanent gespeist werden, um die Impulsfolge für die Berechnung von Geschwindigkeit und Entfernung permanent zu erzeugen. Die absoluten Kodierer können jedoch unter Spannung gesetzt werden, wenn dies für die Messung notwendig ist.

Unter dem Gesichtspunkt der Komplexität sind die incrémentaux Codeurs einfacher als ihre absoluten Homologen. Par conséquent, les codeurs incrémentaux sont moins chers que les codeurs rotatifs absolus.

Wofür dienen die incrémentalen Kodierer?

Die Drehkodierer finden ihre Anwendung in der Automobilbranche und in der Industrieautomation.

Eine der beliebtesten Anwendungen für die Positionsbestimmung sind die Tasten zur Steuerung elektronischer Geräte, wie z. B. Autoradio-Konfigurationen. Die Drehknöpfe sind stufenlos verstellbar und funktionieren nur, wenn das Gerät unter Spannung steht.

Zuvor nutzten auch die Elektrosauriergeräte diese Anzeigen, um die Position der beiden Achsen zu verfolgen.

In industriellen Anwendungen werden inkrementelle Kodierer zur Messung der Geschwindigkeit mechanischer Systeme eingesetzt. Dies ist besonders nützlich bei Systemen zur Bewegungskontrolle, wie z.B. bei Materialtransportern, Robotern und CNC-Maschinen.

Spezifikation des inkrustalen Codeurs

Bei der Auswahl eines Kodierers für eine bestimmte Anwendung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden.

• Außendurchmesser
  • Äußerer Durchmesser des Kapellenträgers (nützlich für die Montage)
• Typ und Durchmesser des Baumes
  • Sie haben die Wahl zwischen verschiedenen Arten von Bäumen, wie z. B. Creux-Baum, Halbcreux-Baum, Borgne-Creux-Baum und Traversenbaum.
  • Der Durchmesser muss sich innerhalb der Toleranzgrenzen befinden, um korrekt mit dem Objekt verbunden zu sein. Es stehen Bohrungen von 20 mm, 25 mm und 30 mm zur Verfügung.
• Sortierweg und Kabellänge
  • Die Position des Anschlusses des Sortierkabels. Es gibt zwei Konfigurationen: côté et à l'extérieur.Bei der späteren Konfiguration kann ein abnehmbares Kabel an der Seite angeschlossen werden. Der Typ mit Kabelanschluss verfügt über ein festes Kabel, das an der Rückseite des Hauptgeräts angebracht ist.
  • Für die Festnetzanschlüsse sind die Geräte in der Regel mit einem 2M-Kupferkabel ausgestattet.
• Spannung der Stromversorgung
  • Zeigt die maximale Betriebsspannung des Geräts an. Es gibt Optionen für die Stromversorgungen CC %v (fest), 5-12 V, 12-24 V und 24 V (fest).
• Art des Signals für die Sortierung
  • A für die Kodierer mit einem Kanal, A und B für die Kodierer mit zwei Kanälen (Quadratur) und ein optionales Z für die Ausgabe von Indexierungsimpulsen
• Anzahl von Impulsen
  • Dieser Parameter beschreibt die Werte der Impulse pro Tour (PPR) und des Kompensationswerts pro Tour (CPR), die von der Zentrale berechnet werden.
• Art der Signalsortierung
  • Die Art des Signals: Spannung (V)/Gegenspannung (C), Komplettsignal (F) oder Liniensignal (L, T)

Elektrische Eigenschaften des inkrustierten Codeurs

• Spannung der Stromversorgung
  • Kann von 5V bis 24V variiert werden
• Verbrauch von Strom
  • Bei Spannungs- und Stromsorten liegt der Stromverbrauch typischerweise unter 60 mA. Die Pilottypen können bis zu 100 mA verbrauchen.
• Sortierspannung (für die Art der Sortierung der Spannung)
  • Tension de niveau ÉLEVÉ : > = 3.5 V
  • Spannung auf BAS-Niveau : <=0.5 V
• Montage- und Abfahrtszeiten
  • Décrit le temps que prend le capteur pour changer la sortie de haut en bas (chute) ou de bas en haut (montée)
  • Typische Montagezeit für die Art des Spannungsabfalls: <= 500ns
  • Typische Abkühlungszeit für die Art des Spannungsabfalls: <= 100 ns
• Fréquence de réponse
  • Maximale Frequenz, bei der der Kapitän seine Fahrten durchführen kann
  • Tombe généralement en dessous de 300 kHz

Kreislauf des Drehgebers incrémental

Wie bereits erwähnt, können die Drehkodierer an eine API oder an Mikrokontrollgeräte angeschlossen werden, um die Geschwindigkeit, die Position, den Abstand und den Drehsinn eines Baumes zu messen. Diese Geräte müssen speziell programmiert werden, um diese Werte zu berechnen und Entscheidungen zu treffen.

Es gibt auch spezielle Geräte wie Computer und Tachymeter, die diese Berechnungen im Voraus durchführen und die Werte direkt anzeigen können. Wir werfen einen Blick auf einige der Schaltungen, die wir mit Hilfe von inkrementellen Drehgebern aufbauen können:

Selbstversorgender Tachymeter

Le H7ER tachymètre auto-alimenté de série par Omron, un encodeur incrémental à canal unique peut être utilisé pour configurer un tachymètre pouvant afficher le régime d'un arbre.

Le E6A2 ist ein inkrementeller Quadraturcodeur vom Typ AB mit NPN-Sortierungen und offenem Kollektor. Beim Anschluss an den H7ER funktioniert das System wie ein Tachymeter, der die Impulsfrequenz zur Bestimmung der Drehzahl des angeschlossenen Arms erfasst.

Compteur/Décompteur à grande vitesse

Le K3NC ist ein hochvariabler Rechner mit einer Vielzahl von Betriebsarten. Das Gerät kann an einen Drehcodierer vom Typ AB angeschlossen werden, um einen Rechner nach dem Drehsinn zu bilden.

Mit dieser Konfiguration kann der Rechner so konfiguriert werden, dass er ein Signal für den Vergleich der Anzahl von Impulsen an eine Maschine abgibt. Darüber hinaus ist er für die Kommunikation mit einer API für Prozesssteuerungsanwendungen zuständig.

Die Verwendung dieser einsatzbereiten Komponenten kann den Bedarf an einer komplexen Einrichtung wie einer API überflüssig machen, wenn diese nicht unbedingt erforderlich ist. Dies ist besonders nützlich für kleinere Systeme.

Für den Einsatz in einem SPS-basierten System wird eine HSC-Karte (Compteur à grande vitesse) für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit empfohlen. Die Abbildung unten zeigt die Verbindung eines Drehgebers vom Typ PNP mit einer an einen Automaten gekoppelten HSC-Eingangskarte.

Der Computer hat die Sortierungen A, B und Z, die mit der HSC-Karte verbunden sind (siehe unten). Die Karte kann so konfiguriert werden, dass der Computer die Geschwindigkeit des Kodierers an den Automaten weiterleitet. Diese Konfiguration reduziert den Aufpreis für die Bearbeitung im Automatenprogramm.

Drehbarer Arduino-Codierer

In den auf Arduino basierenden Schaltungen werden die Drehgeber als Eingänge in unseren Programmen verwendet.

Wir können sie nutzen, um den Wert einer Variable für Aufgaben wie die Steuerung der Geschwindigkeit eines Motors oder der Helligkeit einer LED zu erhöhen/verringern. In fortgeschrittenen Anwendungen werden die Drehcodes auch zur Navigation in den Menüs verwendet.

Das KY-040 ist ein standardmäßig für Arduinos verfügbares Drehcodemodul. Il a le brochage suivant:

• GND - Anschluss an die Erdung
• VCC - Versorgung 5V oder 3.3V
• SW - Kommutator-Sortierung am Taster (0 V, wenn er eingeschaltet ist, 5 V, wenn er ausgeschaltet ist)
• DT - Sortierung von Daten
• CLK - Sortie d'horloge

Als Beispiel für eine Schaltung untersuchen wir eine Testschaltung, bei der der Kodierer mit einem Arduino UNO verbunden ist. Der Schalter SW des Codierers ist mit Schalter 4 verbunden, CLK mit Schalter 2 und DT mit Schalter 3 des Arduino.

VCC ist mit +5V und GND ist mit dem GND-Block der Arduino-Entwicklungskarte verbunden, wie unten angegeben.

Code Arduino für einen Drehkodierer

Dieses Code-Beispiel wurde angepasst an lastminuteengineers.com. Er teilt zwei Hauptfunktionen auf:

1. Attente du signal CLK (broche 2) pour changer
2. Observez si le bouton est enfoncé (la broche 4 est LOW)

Wenn der Kodierschalter betätigt wird, erkennt das Programm die Änderung der Linie CLK. Anschließend wird der Zustand der Broschüre DT überprüft.

Wenn die beiden identisch sind, wird der Kodierer im Sinne einer Montage und im umgekehrten Sinne einer Montage gedreht. Dabei wird für jede Abtrennung die Variable contrerDer Wert von wird auch in Abhängigkeit von der Richtung erhöht oder vermindert.

Das Programm prüft auch den Zustand des Kodierknopfes. Wenn er eingeschaltet ist, zeigt das Programm auf dem Serienmonitor den Hinweis "eingeschaltet" an. Es zeigt auch den aktuellen Wert der Anzahl der erfassten Impulse an.

Überprüfung des inkrementellen Codierers mit einem Multimeter

Um einen Kodierer mit einem Multimesser zu entschlüsseln, muss er unter Spannung stehen. Après la mise sous tension, réglez le multimètre sur le mode de mesure des volts CC et connectez la sonde noire au fil GND du capteur.

Tournez lentement l'axe du capteur tout en sondant les sorties A ou B du capteur.

Die Spannungsmessung muss zwischen 0V und VCC des Hauptgeräts schwanken. Beachten Sie, dass das Kabel extrem stark gedreht werden muss, damit das Multimikrofon seine Spannung stabilisieren kann.

Si la mesure de tension ne change pas, basculez le multimètre en mode AC et répétez les mêmes mesures. Cette fois, tournez l'arbre plus rapidement. Wenn die Anzeige des Multimikrofons eine Spannung anzeigt, die nicht Null ist, kann man daraus schließen, dass der Kodierer funktionsfähig ist.

Cependant, ce n'est pas une méthode de dépannage précise à 100 %. Auch wenn das Multimeter eine Spannungsanzeige anzeigt, kann es sein, dass die Steuerung schlecht funktioniert. In diesem Fall muss die Synchronisation des Kapitals analysiert werden. Für diese Aufgaben ist ein Oszilloskop erforderlich.

Schlussfolgerung

In diesem Artikel haben wir die Funktionsweise, das Funktionsprinzip und die Anwendungsmöglichkeiten von inkrementellen Drehgebern erörtert.

Auch wenn die incrémentaux-Codecs am beliebtesten sind, können die absoluten Codecs in bestimmten Fällen vorteilhaft sein. Wählen Sie den für Ihre Anwendung am besten geeigneten Capteur unter Berücksichtigung der in diesem Artikel beschriebenen Merkmale aus.

Dies verbessert nicht nur die Leistung und Zuverlässigkeit Ihres Systems, sondern reduziert auch die damit verbundenen Kosten.