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拉線位移傳感器/絕對值編碼器的介紹

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拉線位移傳感器/絕對值編碼器的介紹

發布日期:2021-06-16 作者:陳工 點擊:

      旋轉編碼器是工業中重要的機械位置角度、長度、速度反饋并參與控制的傳感器,旋轉編碼器分增量值編碼器、絕對值編碼器、絕對值多圈編碼器。從外部接收的設備上講(如伺服控制器、PLC),增量值是指一種相對的位置信息的變化,從A點變化到B點的信號的增加與減少的計算,也稱為“相對值”,它需要后續設備的不間斷的計數,由于每次的數據并不是獨立的,而是依賴于前面的讀數,對于前面數據受停電與干擾所產生的誤差無法判斷,從而造成誤差累計;而“絕對式工作模式”是指在設備初始化后,確定一個原點,以后所有的位置信息是與這個“原點”的絕對位置,它無需后續設備的不間斷的計數,而是直接讀取當前位置值,對于停電與干擾所可能產生的誤差,由于每次讀數都是獨立不受前面的影響,從而不會造成誤差累計,這種稱為接收設備的“絕對式”工作模式。而對于絕對值編碼器的內部的“絕對值”的定義,是指編碼器內部的所有位置值,在編碼器生產出廠后,其量程內所有的位置已經“絕對”地確定在編碼器內,在初始化原點后,每一個位置獨立并具有唯一性,它的內部及外部每一次數據刷新讀取,都不依賴于前次的數據讀取,無論是編碼器內部還是編碼器外部,都不應存在“計數”與前次讀數的累加計算,因為這樣的數據就不是“獨立”“唯一”“量程內所有位置已經預先絕對確立”了,也就不符合“絕對”這個詞的含義了。所以,真正的絕對編碼器的定義,是指量程內所有位置的預先與原點位置的絕對對應,不依賴于內部及外部的計數累加而獨立、唯一的絕對編碼。


    關于“絕對式”編碼器的概念的“故意混淆”與認識的誤區:


關于絕對值編碼器,很多人的認識還是停留在“停電”的位置保存這個概念,這個是片面而有局限性的,“絕對值”編碼器不僅僅是停電的問題,對于接收設備,真正的“絕對值”的意義在于其數據刷新與讀取無論在編碼器內部還是外部,每一個位置的獨立性、唯一性、不依賴于前次讀數的“絕對編碼”,對于這個“絕對”的定義市場上還是模糊不清的,為此有些商家就會對于此概念的“故意混淆”:


     ??混淆一:將接收設備的“絕對式工作模式”與絕對值編碼器的“絕對式”的混淆。接收設備的“絕對式”是指接收設備的無需不間斷計數累加,所有位置對于設備原點的“絕對”工作模式,事實上這種模式通過增量編碼器+自身的計數累加裝置+電池記憶,一樣可以提供給設備“絕對式”的位置信息,它與絕對值編碼器的“絕對編碼”完全不是一個概念,它存在計數的誤差及累加誤差的可能性、計數裝置供電故障可能性、高速時計數無法響應等可能性。?


      ?混淆二:將絕對值單圈編碼器+內部及外部的計數累加裝置與真正意義的絕對值真多圈編碼器的混淆。絕對值單圈+計圈計數裝置,它在360度以內是絕對值的,但是超過360度以后,它的位置就不是“獨立”“唯一”了,它是依靠內部或外部的計數來判斷多少圈內的單圈絕對位置信息的,這種內部或外部的“計數裝置”,與增量編碼器+計數裝置+電池記憶的性質是一樣的,任何計數上的誤差,或者計數裝置工作時電源的瞬間故障,都會造成誤差而累計而無法判斷,造成欺騙性假絕對化信息。而真正的絕對值多圈編碼器,除了360度內的位置都是絕對唯一的以外,在超過360度后繼續有齒輪機械帶動的絕對值碼盤,仍然提供“獨立”“唯一”、不依賴于前次數據刷新讀取累加的絕對編碼。實際上從“絕對”這個定義上講,前面的那種單圈絕對+計數累加裝置的“假多圈絕對值編碼器”,它就不能再叫“絕對值多圈編碼器”了,盡管在360度以內是絕對的,但是超過360度的工作量程,就不再是唯一的“絕對值編碼”了。??


    關于為什么要強調絕對值編碼器的“絕對”概念的定義,其意義在于:


  第一、可以為每個軸位置提供一個絕對的碼值。特別是在位置控制中,絕對值編碼器無需計數,可以實現直接的內部高速讀數與外部輸出,此為絕對值編碼器的“高速”及“經濟”的特征,其可減輕了后續接收設備控制器的計算任務,并且降低了其他附加的輸入部件的成本。?例如在多軸并行工作的工業機器人,可以實現高速多軸的并行同步工作。以及各種需要多軸同步的控制領域。  


  第二、無需計數的絕對值編碼器在電源啟動后或者內部及外部電源故障,不需要參考驅動,在電源正常后即可獲得當前的準確位置。而在各種工業電氣環境下的復雜干擾情況下(例如變頻器與電機的干擾),由于絕對值編碼器其原始的位置信息是絕對的,而不會受干擾的影響。上述特征,決定了這種編碼器的安全可靠性特征,可使用在具有安全要求的場合,例如風力發電變槳系統、港口機械同步于定位、起重機械、建筑機械(塔吊)、電梯、工程機械、鋼鐵冶金、石油化工、水利電力、醫療設備雷達火炮回轉裝置、太陽能跟蹤回轉裝置等,以及重工業、核工業、汽車制造等領域的大型工業機器人。


??第三、在今天,快速可靠的數字化的數據傳輸已經是絕對值編碼器的核心要素之一,工業用的標準的Canopen、Profibus-DP現場總線,Profinet、Eerthnet工業以太網,Endat2.2、Hiperface、Biss、專用高速含CRC數據安全的RS485等伺服與機器人專用高速數據傳輸協議,原來用“脈沖”方式發送信息的增量值編碼器是無法實現的。此為絕對值編碼器的高速總線式特征。


??第四、絕對值編碼器高位數的分辨率特征,由于無需內部與外部的計數而直接輸出數字信號,所以不再受讀取“脈沖”及“累加”而在高速中響應速度跟不上的困惑,先進的數字與模擬技術的混合,絕對值編碼器已經能夠做到高位數分辨率,例如德國絕對值編碼器的單圈的25位(360度內2的25次方分割),這種高分辨率可滿足于伺服電機與機器人高速精確定位及Z小步距抖動。例如在加速度、加加速度等高位次位置導數的精確計算(運動剛性),機器人手臂前端的Z小晃動準確定位等。


綜合上述的對于絕對值編碼器“絕對”的定義,在具有高速、安全性等特征的應用場合要求下,一定不能使用那種有混淆意義的“絕對編碼器”或“假絕對值多圈編碼器”,而必須用真正意義上的絕對值編碼器或絕對值真多圈編碼器,及任何不依賴于計數的(無論內部還是外部,有電池無電池的),所有的位置獨立、唯一、絕對,以確保數據的絕對可靠與高速準確性。??各位在選型及使用絕對值編碼器時,請確定其內部是否為上述介紹的“絕對編碼”,以保證使用的絕對效用。


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