In molti applicazioni di controllo del movimentocome la robotica e la produzione automatizzata, il monitoraggio della posizione dell'albero è fondamentale per garantire il buon funzionamento dei dispositivi al lavoro.
Una delle migliori soluzioni è l'implementazione del feedback di posizione negli encoder per tenere conto del posizionamento preciso in qualsiasi punto durante la rotazione dell'albero.
La retroazione è semplicemente un segnale rimandato a un servoazionamento o a un controllore per comunicare un valore misurato, come tensione, velocità, corrente, coppia, accelerazione o posizionamento. Gli encoder di retroazione sono tipicamente integrati nei motori o nei carichi per comunicare la posizione o la velocità.
L'aggiunta di un dispositivo di feedback in un'applicazione di movimento crea un sistema ad anello chiuso, in cui il servoazionamento o il controller è in grado di compensare i disturbi nel motore o nel carico regolando l'uscita per raggiungere i valori desiderati. Il feedback di posizione comunica la posizione angolare dei motori rotativi o la posizione lineare dei motori lineari.
Ci sono due tipi di sistemi di misurazione per il feedback di posizione, che discuteremo in questo articolo: la misurazione del feedback assoluto e la misurazione del feedback incrementale.
Feedback incrementale
Il feedback incrementale funziona con la scansione delle linee su un disco e la conversione di questi modelli in impulsi elettrici o segnali seno/coseno che vengono poi inviati al servoazionamento. Il drive misura quindi i movimenti in incrementi che si verificano in una direzione o nell'altra.
Gli encoder a retroazione incrementale possono tracciare la posizione reale solo dopo aver eseguito una routine di homing in cui si stabilisce un punto di riferimento per la rotazione. Questo significa che ha bisogno di muoversi verso una posizione nota come un endstop, o passare un interruttore di homing o un impulso di indice.
Una volta che il motore raggiunge una posizione nota, il sistema può seguire la posizione come fa il feedback assoluto. Sfortunatamente, i glitch possono essere una complicazione comune, così come la perdita di tensione di alimentazione che farà perdere al sistema incrementale il suo punto di riferimento.
Se il sistema dovesse spegnersi, le informazioni sulla posizione verrebbero perse e la routine di homing dovrebbe essere eseguita di nuovo.
Un esempio reale di routine di homing potrebbe essere in una stampante a getto d'inchiostro. Quando viene accesa per la prima volta, la testina di stampa viaggia avanti e indietro sulla larghezza dell'area di stampa come parte del processo di avvio.
Encoder incrementali
L'encoder incrementale TTL utilizza un fotorilevatore per convertire la luce in impulsi di segnale. Essenzialmente, una fonte di luce brilla attraverso le fessure (o linee) su un disco e il fotorilevatore converte questo in segnali elettrici nei canali A e B.
La risoluzione è digitale e basata sul numero di linee o conteggi (4x linee).
Gli impulsi elettrici viaggiano attraverso i canali A e B dell'encoder, che si accendono e si spengono, così come si sovrappongono. Misurando la relazione di fase tra i canali A e B, l'encoder è in grado di misurare la direzione incrementale degli impulsi elettrici per determinare il posizionamento generale.
Ma per una misurazione più precisa e assoluta della posizione, l'aggiunta di un altro segnale, a volte indicato come indice, marker o canale I, è necessario per segnare la posizione assoluta del motore entro 1 giro.
Analizzando questi quattro stati, l'encoder può tracciare la posizione contando la direzione di ogni impulso da un punto di partenza.
L'encoder incrementale Sin/Cos è molto simile a un encoder TTL, ma utilizza segnali analogici Sin e Cos per i canali A e B.
Il rapporto tra i segnali Sin/Cos permette l'interpolazione tra i "conteggi" che aumenta notevolmente la risoluzione. 2048 conteggi supplementari (o più) possono essere interpolati tra ogni conteggio standard.
Feedback assoluto
A differenza del feedback incrementale, gli encoder a feedback assoluto si basano su un disco codificato che gira con l'albero per fornire un feedback di posizionamento assoluto. Un decodificatore è impiegato per leggere questi valori usando un codice binario, grigio o grigio in eccesso. Questo viene comunicato con il servocontrollore su un canale seriale.
Questi sistemi sono molto più complessi degli encoder a feedback incrementale e tracceranno sempre la posizione reale dell'albero.
Inoltre, nel caso in cui la tensione di alimentazione venga interrotta, un dispositivo di feedback assoluto non perderà mai la posizione dell'albero e la comunicherà al servocontrollore una volta ripristinata l'alimentazione. Non c'è perdita di valore in un sistema di feedback assoluto.
Encoder assoluti
Gli encoder assoluti tracciano e memorizzano i dati di posizione, che vengono poi ritrasmessi al controllore su un canale seriale. Ogni posizione dell'albero o del carico è segnata durante la rotazione, in modo che la posizione sia sempre nota.
Gli encoder lineari sono in grado di tracciare direttamente il feedback implementando un encoder di posizione sul carico, mentre gli encoder su un motore rotativo riportano il feedback sulla posizione del carico in modo indiretto.
Gli encoder assoluti monogiro tracciano la posizione per ogni giro, mentre gli encoder assoluti multigiro usano riduttori per tenere traccia anche del numero di giri.
Questo è utile per i sistemi lineari e altre applicazioni in cui la gamma di movimento richiede più di un giro del motore. È paragonabile a un contachilometri meccanico in un'automobile.
Non è necessario resettare se la corrente si spegne accidentalmente
Vantaggi del feedback incrementale
Tipicamente meno costoso
Opzioni disponibili per una maggiore risoluzione
Le informazioni sulla posizione assoluta non sono necessarie per tutte le applicazioni.
Applicazioni di feedback assoluto
Il feedback assoluto è preferito per le applicazioni in cui sono necessarie informazioni sulla posizione e non si può necessariamente eseguire una routine di homing. Questo riguarda qualsiasi applicazione che non può fare un giro completo di 360 gradi, come un cobot o applicazioni con rapporti di trasmissione diversi da 1:1.
Considerate quanto sarebbe brutto per una stampante 3D con feedback incrementale perdere la traccia della posizione se si perde l'alimentazione.
Le applicazioni più comuni per gli encoder assoluti includono:
Grandi antenne
Telescopi
Stampanti 3D
Telecamere stabilizzate
Sistemi di guida automatica
ADVANCED Motion Controls ha una varietà di azionamenti diversi per diversi tipi di feedback. Per ulteriori informazioni o domande relative al feedback di posizione, contattaci oggi stesso.
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