Základy kódových kotoučů
Co je kódový kotouč: nejdůležitější součást uvnitř enkodéru
Po otevření optického enkodéru najdeme zdroj světla, kódový kotouč, snímací hlavu a desku s elektronikou. Kódový kotouč je díl, který se otáčí s hřídelí a nese přesný vzor. Tento článek vysvětluje, kde se nachází, co dělá, proč určuje horní mez enkodéru a jaké jsou jeho běžné podoby: kotouč, kódový pásek a optické pravítko.
Kdo poprvé otevře optický enkodér, bývá trochu překvapen: uvnitř není žádný složitý mechanismus, jen hřídel, deska s elektronikou, pouzdro a uprostřed tenký kotouček. Ten kotouček je kódový kotouč. Nijak nevyniká, ale je to jediná součást celého enkodéru, která skutečně nese „stupnici“.
Kde se kódový kotouč nachází
Na příkladu běžného průsvitného optického enkodéru je pořadí zdola nahoru zhruba: hřídel a ložiskové těleso, zdroj světla, kódový kotouč, snímací hlava, deska s elektronikou, pouzdro (viz obrázek 1).
- Kódový kotouč je upevněn na hřídeli pomocí náboje a otáčí se s ní;
- zdroj světla je na jedné straně kotouče, snímací hlava na druhé, obě jsou pevné;
- deska zpracovává signály ze snímací hlavy, pouzdro chrání před prachem a odstiňuje vnější rušivé světlo.
Reflexní provedení má zdroj světla i přijímač na stejné straně kotouče, role kódového kotouče se ale nemění.
Co kódový kotouč dělá
Jednou větou: převádí „o kolik se hřídel otočila“ na „kolikrát se světlo změnilo ze světla na tmu“.
Na kotouči je jeden nebo několik prstenců přesných vzorů. Inkrementální stopa nese rovnoměrně rozložené rysky, stopa referenční značky má jediné okno na otáčku a absolutní kotouč má navíc kódové stopy. Rysky světlo nepropouštějí, mezery ano. Pokaždé, když se kotouč pootočí o jednu rozteč, projde světlo na snímací hlavě jedním cyklem světlo–tma. Snímací mřížka a fotodetektory ve snímací hlavě převádějí tuto změnu na elektrický signál, který obvod tvaruje na impulzy nebo posílá k interpolaci.
Jinými slovy: veškerá informace o poloze enkodéru pochází v jádru ze vzoru na kódovém kotouči. Ostatní součásti zajišťují osvětlení, příjem, zpracování a ochranu.
Proč kódový kotouč určuje horní mez
Obvod umí zesilovat, filtrovat a interpolovat, ale pracuje jen se signálem, který dodá kódový kotouč. Několik vlastností kotouče přímo odpovídá parametrům enkodéru:
| Vlastnost kódového kotouče | Odpovídající parametr enkodéru |
|---|---|
| Počet rysek | Základní rozlišení: úhel odpovídající jedné periodě signálu |
| Přesnost polohy rysek | Přesnost: chyby polohy rysek vstupují přímo do odečtu |
| Soustřednost stop s hřídelí | Chyba excentricity: sinusová chyba s jednou periodou na otáčku |
| Šířka rysky, hrany, neprůsvitnost | Amplituda a kontrast signálu, jak daleko lze interpolovat |
| Materiál substrátu | Odolnost proti rázům a teplotě, tepelná roztažnost |
Dva příklady výpočtu. Kotouč s 2500 ryskami dává se čtyřnásobným vyhodnocením obdélníkových signálů 10000 impulzů na otáčku, každý asi 129,6″; rysky, které na kotouči nejsou, obvod nenapočítá. Interpolace sin/cos dokáže rozdělit jednu periodu na tisíc i více dílů, ale jen tehdy, je-li signál dost čistý; jsou-li samy rysky posunuté o několik úhlových vteřin, zůstanou tyto vteřiny v odečtu, ať je dělení jakkoli jemné.
Nyní montáž: u kotouče se snímacím poloměrem 20 mm způsobí excentrická montáž 5 μm při jedné snímací hlavě chybu asi 52″ (Δθ ≈ e ÷ r). Proto se na kódových kotoučích vytváří centrovací kroužek.
Běžné podoby: kotouč, kódový pásek a optické pravítko
Stejný princip lze realizovat v různých podobách (viz obrázek 2):
- Kruhový kotouč: měří úhel natočení; používá se v servomotorech, otočných stolech, kloubech robotů apod.
- Kódový pásek: pružný pásek měřící lineární posunutí; vozíky tiskáren často používají kódové pásky.
- Optické pravítko: rysky jsou vytvořeny na přímém pravítku; při plně uzavřené regulační smyčce CNC obráběcích strojů se k enkodéru motoru přidává optické pravítko.
Substráty jsou také různé. U skleněných kotoučů jsou rysky obvykle z chromu napařeného na sklo a vytvořené fotolitografií a leptáním, takže lze dosáhnout velmi jemných a velmi četných rysek; kovové kotouče jsou většinou z nerezové oceli, reflexní, odolné proti rázům a vibracím; kotouče z PC (polykarbonátu) jsou lehké a nekřehké, vhodné pro velké série a nízké náklady.
Shrnutí
Kódový kotouč je součást enkodéru, která nese „stupnici“: veškerá informace o poloze pochází z něj. Počet rysek určuje základní rozlišení, přesnost rysek a soustřednost jsou základem přesnosti, kvalita rysek rozhoduje o kvalitě signálu. Jakékoli hodnocení enkodéru se nakonec vrací k tomuto kotouči.
Překlad čínského originálu (0011). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com
© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.