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POSITAL的新型通孔KIT編碼器是為安裝在機(jī)器軸或軸周圍的旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量元件(編碼器)而設(shè)計(jì)的。由于其寬大的中心開口(30或50毫米)和可用于多圈測(cè)量范圍，這對(duì)于許多應(yīng)用是一個(gè)優(yōu)秀的解決方案，包括伺服電機(jī)，反饋控制步進(jìn)電機(jī)和機(jī)器人關(guān)節(jié)。

這些設(shè)備是基于先進(jìn)的電容測(cè)量技術(shù)，結(jié)合了準(zhǔn)確性，合理的安裝公差和堅(jiān)固的可靠性。它們還具有自供電的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器，消除了對(duì)備用電池的需要，大大降低了維護(hù)成本。

一種新型的產(chǎn)品

POSITAL在旋轉(zhuǎn)編碼器位置和其他工業(yè)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)傳感器的開發(fā)中處于領(lǐng)先地位。這些設(shè)備提供角位置(絕對(duì)編碼器)或旋轉(zhuǎn)速度(增量編碼器)的數(shù)字測(cè)量。在本公司的產(chǎn)品目錄中，大多數(shù)編碼器的位置傳感元件都位于設(shè)備的中心。雖然這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)是令人滿意的，但在某些情況下，設(shè)計(jì)者更喜歡使用能夠圍繞中心軸、軸或結(jié)構(gòu)元件的測(cè)量設(shè)備。

例如:

▪▪ 對(duì)于伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器，可以方便地使用一個(gè)圍繞軸安裝的位置傳感器來(lái)測(cè)量軸旋轉(zhuǎn)位置。

▪▪ 機(jī)器人的關(guān)節(jié)可以用一個(gè)中心鉸鏈銷來(lái)設(shè)計(jì)，也可以用電纜和通過(guò)關(guān)節(jié)中心的空氣軟管來(lái)設(shè)計(jì)。在裝配這些結(jié)構(gòu)元件時(shí)測(cè)量關(guān)節(jié)角度的設(shè)備可以有助于制造更緊湊的關(guān)節(jié)。

POSITAL的新系列通孔KIT編碼器可以滿足這些要求，并在配置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)給予設(shè)計(jì)人員更大的靈活性。有了這些設(shè)備，伺服電機(jī)或反饋控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)者可以在電機(jī)軸的兩端布置位置傳感器。

圖1:典型的通孔編碼器安裝

多轉(zhuǎn)測(cè)量范圍-無(wú)齒輪或電池

POSITAL的新型通孔KIT編碼器可提供多圈測(cè)量范圍。這意味著這些設(shè)備可以跟蹤完整的軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，并報(bào)告轉(zhuǎn)子在每次旋轉(zhuǎn)中的精確角度位置。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋軸、電纜卷筒或減速齒輪系統(tǒng)時(shí)，多轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量對(duì)于監(jiān)測(cè)機(jī)械部件的位置非常有用。

對(duì)于一個(gè)可靠的多圈編碼器系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器必須能夠準(zhǔn)確地計(jì)數(shù)設(shè)備所經(jīng)歷的完整轉(zhuǎn)數(shù)，即使這些轉(zhuǎn)數(shù)是在沒(méi)有設(shè)備電源的情況下發(fā)生的。如果旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器不能記錄每一次機(jī)械旋轉(zhuǎn)，就會(huì)丟失定位精度。在這種情況下，通常需要通過(guò)將整個(gè)機(jī)器返回到已知的定位狀態(tài)并重新啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)來(lái)“復(fù)位”系統(tǒng)。為了確保在所有的工作條件下準(zhǔn)確的位置計(jì)數(shù)，一些編碼器制造商包括一個(gè)備用電池，當(dāng)設(shè)備電源不可用時(shí)保持旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器的電源。

用于多圈絕對(duì)編碼器的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器是自供電的。隨著每一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)，Wiegand導(dǎo)線系統(tǒng)產(chǎn)生的電脈沖提供了激活旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器所需的能量。這確保旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)總是準(zhǔn)確的，無(wú)論是否有外部設(shè)備電源。不需要備用電池!消除對(duì)電池的需求可以減少停機(jī)時(shí)間，降低維護(hù)成本，避免廢棄電池(可能含有危險(xiǎn)物質(zhì))的處理。

多轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器有43位的內(nèi)存，可測(cè)量近9萬(wàn)億轉(zhuǎn)。

完整的多圈電容編碼器系統(tǒng)，包括定子組件和電子器件、轉(zhuǎn)子盤、Wiegand能量采集組件和一個(gè)外殼(有助于機(jī)械保護(hù)和電氣屏蔽)，包含在一個(gè)18毫米厚的包中。(更薄的包裝是可能的單圈模型，不需要旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)電路和附帶的Wiegand電源。)

電容式旋轉(zhuǎn)測(cè)量

這種新型通孔編碼器有兩個(gè)主要部件，都是開中心圓盤形狀。定子單元包含控制和信號(hào)處理電子和通信接口。轉(zhuǎn)子單元被設(shè)計(jì)成緊接在定子附近的機(jī)械的旋轉(zhuǎn)部分(如傳動(dòng)軸)上。

圖2:通孔編碼器組件

這兩部分的表面都有專門設(shè)計(jì)的導(dǎo)電表面元件陣列。這些元件在互連電容器系統(tǒng)中起著極板的作用。

定子表面電容片的簡(jiǎn)化表示如圖3a所示。在這個(gè)圖中，定子的電容面被組織成三個(gè)同心帶。導(dǎo)電材料的外帶和內(nèi)帶繞圓盤的整個(gè)圓周運(yùn)行，而中間的帶被分成一組單獨(dú)的梯形導(dǎo)電片。

轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)電表面有兩個(gè)導(dǎo)電材料區(qū)，由正弦波形狀的間隙隔開。(圖3 b)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子廓線疊加在定子上時(shí)(圖4)，我們可以看到在某些地方，轉(zhuǎn)子的外導(dǎo)電區(qū)與定子的外圈和中間帶重疊。在其他地方，轉(zhuǎn)子內(nèi)部區(qū)域與中間帶和內(nèi)部導(dǎo)電環(huán)上的貼片重疊。當(dāng)轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)電表面與定子上的兩個(gè)帶重疊時(shí)，在這些區(qū)域之間產(chǎn)生電容耦合。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中間帶的單個(gè)梯形片與另外兩個(gè)帶的電容耦合模式將發(fā)生變化。定子中勵(lì)磁電路產(chǎn)生的中頻電信號(hào)經(jīng)過(guò)電容器系統(tǒng)時(shí)被調(diào)制，從而改變輸出的相角。特殊的ASIC處理器捕捉和解碼這些信號(hào)的變化，以確定轉(zhuǎn)子的角度位置的高精度。

360°電容測(cè)量

重疊圖形在設(shè)備的圓周上以一定的間隔重復(fù)自身。無(wú)論轉(zhuǎn)子的位置如何，所有標(biāo)記為“a”的定子段都將經(jīng)歷相同程度的轉(zhuǎn)子區(qū)域重疊，以及與內(nèi)環(huán)或外環(huán)的電容耦合。這同樣適用于標(biāo)記為“b”、“c”和“d”的段。編碼器的設(shè)計(jì)利用了這種重復(fù)的模式，將所有“a”段并聯(lián)，所有“b”段并聯(lián)，以此類推，創(chuàng)建了四組交錯(cuò)電容系統(tǒng)。每個(gè)組都分布在磁盤的整個(gè)圓周上。

將單個(gè)電容器元件分組有兩個(gè)重要的結(jié)果。首先，并聯(lián)小電容片增加系統(tǒng)的總電容。其次，這種“整體”方法平均了設(shè)備周圍的電容。這抵消了電容器強(qiáng)度的局部變化，例如，轉(zhuǎn)子和定子之間的微小偏差。

在實(shí)際應(yīng)用中，定子和轉(zhuǎn)子上有兩組不同周向頻率的電容帶。通過(guò)結(jié)合數(shù)據(jù)從這些,信號(hào)處理系統(tǒng)可以明確地確定轉(zhuǎn)子的角位移滿360°。

通信接口

這些產(chǎn)品的通信接口基于非專有的SSI和BiSS C標(biāo)準(zhǔn)。與大多數(shù)專有的、特定于供應(yīng)商的接口不同，這些開源標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制造商來(lái)說(shuō)是免費(fèi)的。

摘要

電容式測(cè)量系統(tǒng)用于POSITAL通孔編碼器有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

▪▪ 中空的中心配置為設(shè)計(jì)人員在布置機(jī)械時(shí)提供了額外的靈活性

▪▪ 精確度非常高，具有19位分辨率(524288分辨率)。

▪▪ 電容測(cè)量是在轉(zhuǎn)子/定子盤的整個(gè)圓周上進(jìn)行的。這種“整體”方法意味著該系統(tǒng)對(duì)定子和轉(zhuǎn)子之間的微小對(duì)準(zhǔn)誤差具有相對(duì)的余量。因此，這些編碼器可以安裝在伺服電機(jī)外殼或其他機(jī)器在合理清潔的工廠條件下。(相比之下，光學(xué)編碼器需要非常精確的內(nèi)部校準(zhǔn)，通常是在類似實(shí)驗(yàn)室的條件下組裝的。)

▪▪ 電容式測(cè)量系統(tǒng)在裝配和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)灰塵和濕氣具有較強(qiáng)的耐受性。

▪▪ 電容式測(cè)量系統(tǒng)不受磁場(chǎng)的影響，包括馬達(dá)剎車產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)。然而，它們對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)很敏感，因此通常建議使用屏蔽材料。

初步技術(shù)規(guī)格

對(duì)于POSITAL首批發(fā)布的通孔編碼器，將提供兩種尺寸:

▪▪ 中心開口直徑30毫米，外徑80毫米，厚度18毫米

▪▪ 中心開口直徑50毫米，外徑100毫米，厚度18毫米

(空心軸設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)可以很容易地適應(yīng)不同的直徑，并根據(jù)行業(yè)需求提供更多的尺寸。)

精度：

▪▪ +/- 0.02° 對(duì)于30mm版本

▪▪ +/- 0.02° 對(duì)于50mm版本

工作溫度范圍:

▪▪ -40 °C 至 85 °C

工作情況相對(duì)濕度:

▪▪ 最高98%(非凝結(jié))

轉(zhuǎn)速范圍：

▪▪ 0 – 6000 RPM

多圈測(cè)量范圍：

▪▪ 高達(dá)43位（約9萬(wàn)億圈）