Enkoder to czujnik, który zamienia ruch mechaniczny na sygnał elektryczny. Dzięki temu sterownik, napęd lub układ automatyki może określić położenie, prędkość, kierunek ruchu albo kąt obrotu danego elementu. Najprościej mówiąc, enkoder informuje maszynę, gdzie znajduje się oś, wał, silnik, wrzeciono lub stół obrotowy.
Jeśli zastanawiasz się, czym jest enkoder w maszynie CNC, warto zacząć od jego funkcji pomiarowej. Enkoder nie wykonuje ruchu, ale mierzy go i przekazuje informację zwrotną do sterowania. Na tej podstawie maszyna może porównać pozycję zadaną z rzeczywistą i skorygować pracę napędu.
Czym jest enkoder w układzie sterowania?
Enkoder jest elementem pomiarowym układu sterowania. W automatyce przemysłowej działa jak źródło informacji o ruchu. Sterownik otrzymuje z enkodera sygnał, interpretuje go i wykorzystuje do kontroli pozycji lub prędkości.
Odpowiedź na pytanie, co to jest enkoder, zależy więc od miejsca jego pracy. W silniku może mierzyć prędkość obrotową i pozycję wału. Na osi maszyny CNC może mierzyć przesunięcie stołu lub sanek maszyny. W stole obrotowym może określać dokładny kąt ustawienia. W każdym przypadku enkoder pozwala zamienić ruch na dane, które rozumie elektronika sterująca.
Jak działa enkoder?
Enkoder działa przez odczyt zmiany położenia z tarczy, liniału, podziałki lub innego nośnika informacji pomiarowej. Głowica odczytowa rejestruje ruch i przekształca go w sygnał, który trafia do sterownika.
W enkoderze obrotowym odczyt dotyczy ruchu wału lub tarczy. W enkoderze liniowym pomiar odbywa się wzdłuż osi prostej. W enkoderze kątowym układ mierzy pozycję kątową z wysoką dokładnością. Dlatego rodzaje enkoderów dobiera się do typu ruchu, dokładności i warunków pracy maszyny.
Do czego służy enkoder?
Najczęściej enkoder stosuje się do:
- pomiaru położenia osi,
- kontroli kąta obrotu,
- pomiaru prędkości obrotowej,
- sprawdzania kierunku ruchu,
- kontroli pozycji silnika,
- sprzężenia zwrotnego w układzie napędowym,
- poprawy dokładności pracy maszyny.
Dzięki temu sterowanie nie opiera się wyłącznie na poleceniu wysłanym do napędu. Może sprawdzić rzeczywisty ruch i zareagować, gdy pojawi się różnica między pozycją zadaną a pozycją zmierzoną.
Rodzaje enkoderów – podstawowy podział
Rodzaje enkoderów można podzielić według kilku kryteriów: sposobu pomiaru, typu ruchu, metody odczytu i rodzaju sygnału. Enkodery można dzielić według kilku kryteriów. Ze względu na sposób odczytu wyróżnia się enkodery inkrementalne i absolutne. Ze względu na rodzaj mierzonego ruchu stosuje się enkodery obrotowe, kątowe i liniowe. Osobny podział dotyczy technologii pomiaru, na przykład enkoderów optycznych i magnetycznych. Dlatego jeden enkoder może być jednocześnie inkrementalny, magnetyczny i obrotowy.
W maszynach CNC największe znaczenie mają enkodery obrotowe. To one odpowiadają za pomiar osi, wałów, stołów obrotowych i napędów.
Enkoder inkrementalny – co to jest?
Enkoder inkrementalny wysyła impulsy podczas ruchu. Sterownik zlicza impulsy i na tej podstawie określa zmianę położenia. Taki enkoder dobrze sprawdza się w wielu układach automatyki, ale zwykle wymaga odniesienia do punktu bazowego po zaniku zasilania.
Enkoder inkrementalny nie podaje bezpośrednio bezwzględnej pozycji po uruchomieniu układu. Informuje o tym, jak daleko element przesunął się od punktu startowego. Dlatego w maszynach CNC po włączeniu urządzenia może pojawić się konieczność bazowania osi.
Wśród enkoderów inkrementalnych stosuje się również wersje kodowane, wyposażone w więcej znaczników referencyjnych. Takie rozwiązanie skraca drogę potrzebną do zabazowania osi, ponieważ sterownik nie musi czekać na jeden, odległy znacznik referencyjny. W wielu układach pozycję odniesienia można ustalić już po przejechaniu około 40 mm, co przyspiesza uruchomienie maszyny po zaniku zasilania lub ponownym włączeniu sterowania.
Enkoder absolutny – czym jest?
Enkoder absolutny przekazuje jednoznaczną informację o aktualnym położeniu. Każda pozycja ma przypisaną własną wartość, więc sterownik może odczytać położenie również po ponownym uruchomieniu maszyny.
Tego typu enkodery stosuje się tam, gdzie układ musi szybko wrócić do pracy, a utrata informacji o położeniu mogłaby zakłócić proces. Enkodery absolutne często pracują w bardziej wymagających układach pomiarowych, napędowych i pozycjonujących.
Enkodery liniowe
Enkodery liniowe mierzą ruch w linii prostej. W maszynach CNC stosuje się je na osiach liniowych, między innymi w frezarkach, tokarkach, szlifierkach i centrach obróbkowych. Ich zadanie polega na pomiarze rzeczywistego przesunięcia osi.
Enkoder liniowy może mierzyć położenie bardziej bezpośrednio niż układ oparty wyłącznie na obrocie śruby napędowej. Ma to znaczenie wtedy, gdy na dokładność wpływają luzy, rozszerzalność cieplna, odkształcenia lub zużycie elementów mechanicznych.
Enkodery liniowe występują w wersjach otwartych i zamkniętych. W obrabiarkach często stosuje się enkodery zamknięte, ponieważ obudowa chroni układ pomiarowy przed chłodziwem, pyłem i opiłkami. Na naszym blogu piszemy również o zaletach i zastosowaniu enkoderów liniowych.
Enkodery obrotowe
Enkodery obrotowe mierzą ruch obrotowy wału, silnika lub innego elementu obracającego się wokół własnej osi. Mogą przekazywać informację o kącie, prędkości i kierunku obrotu.
W maszynach CNC enkoder obrotowy często pracuje w układzie napędowym. Sterowanie wykorzystuje go do kontroli pracy silnika, wrzeciona lub osi napędzanej przez śrubę. Enkoder obrotowy może wspierać pośredni pomiar położenia, jeśli układ przelicza obrót na przesunięcie liniowe.
Enkodery kątowe
Enkodery kątowe mierzą pozycję kątową z wysoką dokładnością. Stosuje się je tam, gdzie maszyna musi precyzyjnie określić obrót elementu. W CNC dotyczy to między innymi stołów obrotowych, osi uchylno-obrotowych, osi C oraz maszyn pomiarowych.
Enkoder kątowy pozwala kontrolować dokładne ustawienie elementu względem zadanej pozycji. W obróbce wieloosiowej taka informacja wpływa na geometrię detalu, synchronizację osi i powtarzalność procesu.
Enkodery optyczne i magnetyczne
Wśród rodzajów enkoderów wyróżnia się także enkodery optyczne i magnetyczne.
Enkoder optyczny wykorzystuje światło oraz podziałkę pomiarową. Zapewnia wysoką dokładność i często pracuje w maszynach, które wymagają precyzyjnego pomiaru. Wymaga jednak odpowiedniego zabezpieczenia przed zabrudzeniem, szczególnie w środowisku produkcyjnym.
Enkoder magnetyczny wykorzystuje pole magnetyczne. Dobrze znosi trudniejsze warunki pracy, drgania i zabrudzenia, ale w wielu zastosowaniach nie osiąga takiej dokładności jak wysokiej klasy rozwiązania optyczne. Dobór zależy od wymaganej precyzji, odporności i miejsca montażu.
Jak dobrać enkoder do maszyny?
Dobór enkodera wymaga sprawdzenia typu ruchu, dokładności, sygnału, długości pomiarowej, sposobu montażu i zgodności ze sterowaniem. W maszynach CNC trzeba też uwzględnić warunki pracy: chłodziwo, pył, opiłki, temperaturę i drgania.
Przy wymianie enkodera nie wystarczy dobrać element po podobnym wyglądzie. Trzeba sprawdzić numer katalogowy, dokumentację maszyny, typ sygnału, sposób komunikacji i wymagania sterowania. Niewłaściwy enkoder może powodować błędy pozycji, problemy z bazowaniem, alarmy napędu albo spadek dokładności obróbki.
Enkodery HEIDENHAIN w ofercie APS
Jako oficjalny przedstawiciel HEIDENHAIN oferujemy enkodery stosowane w maszynach CNC, obrabiarkach konwencjonalnych, układach pomiarowych i aplikacjach przemysłowych. Proponujemy:
HEIDENHAIN produkuje układy pomiarowe dla maszyn, które wymagają wysokiej dokładności pozycjonowania, powtarzalności i stabilnej pracy. Enkodery tej marki stosuje się między innymi w centrach obróbkowych, tokarkach, frezarkach, szlifierkach, maszynach pomiarowych i układach automatyki.
