Κυκλική σχάρα κινητήρα με ροπή απευθείας μετάδοσης κίνησης

Οι κυκλικοί (γωνιακοί*) κωδικοποιητές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλη ποικιλία μηχανημάτων και εξοπλισμού. Ένας περιστροφικός κωδικοποιητής αποτελείται από μια κεφαλή ανάγνωσης μέτρησης θέσης και μια ακριβή κλίμακα που είναι χαραγμένη στην κυλινδρική επιφάνεια ή στην επιφάνεια δίσκου του περιστροφικού κωδικοποιητή. Η κεφαλή ανάγνωσης μετρά τη θέση ανιχνεύοντας οπτικά σημάδια κλίμακας σε τακτά χρονικά διαστήματα και μεταδίδοντάς την ως αναλογικό ή ψηφιακό σήμα από αυτές τις πληροφορίες. Στη συνέχεια, το σήμα μετατρέπεται σε ένδειξη θέσης μέσω ψηφιακής οθόνης (DRO) ή ελεγκτή κίνησης.

Η ακριβής περιστροφική κίνηση απαιτείται από πολλά σύγχρονα συστήματα αυτοματισμού, όπως οι περιστροφικές προπρεσσες από υπολογιστή σε πλάκα (CTP), οι άξονες εργαλειομηχανών Α, Β και Γ, μηχανές επιφανειακής τοποθέτησης, συστήματα μέτρησης σχήματος, εξοπλισμός χειρισμού και επιθεώρησης πλακιδίων, και γωνιόμετρα. Οι διαφορετικές εφαρμογές απαιτούν διαφορετικούς συνδυασμούς απόδοσης και χαρακτηριστικών κωδικοποιητή για τη βελτιστοποίηση της λειτουργικότητάς τους – ορισμένες απαιτούν ακρίβεια, ενώ άλλες απαιτούν επαναληψιμότητα, υψηλή ανάλυση ή χαμηλό κυκλικό σφάλμα για τον έλεγχο βρόχου ταχύτητας. Η επιλογή ενός κωδικοποιητή που προσφέρει την καλύτερη ισορροπία μεταξύ των τεχνικών προδιαγραφών και της λειτουργικότητας είναι πρόκληση και λίγοι κωδικοποιητές πληρούν όλες τις απαιτήσεις.

Ο έλεγχος κίνησης ακριβείας εξαρτάται από την ακρίβεια και τη δυναμική απόκριση του συστήματος. Η ακριβής μέτρηση θέσης είναι σημαντική, αλλά το σύστημα δεν θα λειτουργήσει σωστά χωρίς ακριβή έλεγχο θέσης. Οι περιστροφικοί κινητήρες άμεσης μετάδοσης ή οι κινητήρες ροπής προσφέρουν υψηλή ροπή και έλεγχο ακριβείας σερβομηχανισμού σε πολύ μικρό εύρος γωνίας. Δεδομένου ότι το φορτίο συνδέεται απευθείας με τον κινητήρα μετάδοσης κίνησης, δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε εξαρτήματα μετάδοσης που μπορεί να προκαλέσουν αντίδραση, υστέρηση, σφάλματα μετάδοσης ή τέντωμα του ιμάντα, με αποτέλεσμα εξαιρετική δυναμική απόκριση. Ενώ η κατασκευή χωρίς πλαίσιο κινητήρων ροπής μεγάλης οπής δεν διαθέτει προφανή ζεύξη για την τοποθέτηση του κωδικοποιητή άξονα, ο κωδικοποιητής δακτυλίου παρέχει μια απλή λύση. Επιπλέον, ο περιστροφικός κωδικοποιητής μπορεί να συνδεθεί άκαμπτα με τον κινητήρα κίνησης σαν φορτίο, εξαλείφοντας τα περιττά κενά στο σύστημα. Σε οποιοδήποτε σύστημα μέτρησης ή ελέγχου, είναι επιθυμητό να υπάρχει ο κωδικοποιητής όσο το δυνατόν πιο κοντά στον κινητήρα μετάδοσης κίνησης, κάτι που βοηθά στην ελαχιστοποίηση των πιθανών συντονισμών άξονα που επηρεάζουν την απόδοση του σερβομηχανισμού, ειδικά καθώς αυξάνεται το εύρος ζώνης του σερβομηχανισμού.

Οι περιστροφικοί κωδικοποιητές είναι μια εξαιρετική λύση για την παροχή ακριβούς ανάδρασης γωνιακής θέσης. Όπως και με την επιλογή ενός κινητήρα, η επιλογή του σωστού περιστροφικού κωδικοποιητή απαιτεί κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν την ακρίβεια του κωδικοποιητή και καλή κατανόηση του τρόπου αντιμετώπισης των ελλείψεων απόδοσης με βάση τις πραγματικές προδιαγραφές. Όταν επιλέγετε έναν περιστροφικό κωδικοποιητή, είναι συνετό να λάβετε υπόψη μια σειρά παραμέτρων όπως ο ρυθμός δεδομένων, το μέγεθος του συστήματος, η πολυπλοκότητα και το κόστος, εκτός από την ακρίβεια και την ανάλυση. Σήμερα, οι γραμμικές σχάρες μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια και ανάλυση δεκάδων νανομέτρων, ενώ οι περιστροφικές σχάρες μπορούν να μετρηθούν μέσα σε ένα γωνιακό δευτερόλεπτο. Μια δεκάρα δευτερόλεπτο είναι μια πολύ μικρή γωνία:
• Μπορεί να εκφραστεί ως η γωνία που αντιστοιχεί στο μήκος τόξου 1 μm σε ακτίνα 206.25 mm.
• Μπορεί να εκφραστεί ως η γωνία μεταξύ της απόστασης 30 m στην επιφάνεια και το κέντρο της γης.
• Αναλύεται σε ρυθμό μετάδοσης δεδομένων 1.3 MHz στη 1 rpm.

Είναι χρήσιμο να λαμβάνεται υπόψη η ακρίβεια, η ανάλυση και η επαναληψιμότητα κατά τον προσδιορισμό της απαιτούμενης απόδοσης μέτρησης:
Για εφαρμογές με υψηλές απαιτήσεις αναπαραγωγιμότητας (π.χ. συσκευές συλλογής), οι επαναλαμβανόμενες στάσεις του συστήματος στην ίδια θέση μέτρησης σχάρας είναι πιο σημαντικές από την ακρίβεια των επιμέρους γωνιών τραπεζιού.
Για συνεχή ομαλή κίνηση, η επιλεγμένη ανάλυση και ακρίβεια κωδικοποιητή δεν επιτρέπουν την εμφάνιση σφαλμάτων jitter εντός του εύρους ζώνης του σερβομηχανισμού ελέγχου.
Για συσκευές που κινούνται αργά, όπως τα αστρονομικά τηλεσκόπια, οι ακριβείς μετρήσεις γωνίας είναι πιο σημαντικές από τον μέγιστο ρυθμό δεδομένων του συστήματος.
Για συστήματα υψηλής ταχύτητας, μπορεί να είναι απαραίτητο να γίνει αντιστάθμιση μεταξύ ταχύτητας και ακρίβειας τοποθέτησης: Οι σχάρες παχύ βήματος (λιγότερα τσιμπούρια) είναι κατάλληλες για υψηλούς ρυθμούς δεδομένων, αλλά οι σχάρες λεπτού βήματος (περισσότερα τσιμπούρια) έχουν συνήθως χαμηλότερα σφάλματα υποδιαίρεσης.