Bài giảng Cảm biến vị trí encoder

CẢM BIẾN VỊ TRÍ ENCODER Th.s Trần Văn Trinh Optical encodeer Why Optical Encoders? • High accuracy • High reliability • Relatively low cost Optical encoder (1) Code wheel (2) Motor shaft (3) Light emitting element (4) Light receiving element Application • Machine tools and Robotics • Inspection equipment • Aerospace and Aviation • Medical imaging ( MRI, x-ray imaging ) • Semiconductor manufacturing • Surveying and Telescopes The Basic Princple • Light Source. • Graduated Disk. • Photovoltaic Cells • Condenser Lens • Scanning Reticle Encoders • Rotary Encoder ( Multi-turn ) • Angle Encoder ( Single-turn ) • Linear Encoder Rotary Encoders • Incremental ( Quadrature ) • Absolute • Virtual Absolute ( VA ) Encoder loại tương đối • Gồm: – Một bộ thu phát quang. – Một đĩa với các rãnh. – Một trục quay. – Cáp nguồn và tín hiệu. Loại 1 kênh Encoder quang loại một kênh • Vị trí được xác định dựa vào số xung đến được. • Số rãnh trên mỗi vòng xác định số góc ứng nhất đới từng rãnh. Encoder quang loại một kênh • Encoder quang loại một kênh không cho thông tin về hướng. Ví dụ • Một ebcoder quang gồm 360 rãnh, bắt đầu từ vị trí chuẩn (reference). Cảm biến quang đếm 100 rãnh cùng chiều kim đồng hồ và 30 rãnh theo chiều ngược lại rồi 45 rãnh theo cung chiều kim đồng hồ. Tìm vị trí hiện tại? Giải Encoder 360 độ thì mỗi rãnh có giá trị góc là một độ. Vậy vị trí hiện tại là: 100 – 30 + 45 = 115 độ theo chiều kim đồng hồ. Encoder quang loại 2 kênh • Encoder một kênh không xác định được chiều quay của trục. • Loại hai kênh khắc phục khuyết điểm trên Encoder quang 2 kênh • Đĩa quay encoder 2 hênh. • V1 và V2: vị trí hai cảm biến quang. • CCW và CW: chiều quay ngược và cùng chiều kim đồng hồ • Dạng sóng ngõ ra hai cảm biến khi quay CCW. •Dạng sóng ngõ ra hai cảm biến khi quay CW. Encoder Mạch giải mã encoder • Mạch đếm tăng dần mỗi khi đĩa quay cùng chiều kim đồng hồ (CW). • Mạch đếm giảm dần mỗi kho đĩa quay theo chiều ngươc chiều kim đồng hồ (CCW). Mạch giải mã encoder • Cách đơn giản nhất để thực hiện mạch giải mã là dùng flip-lop. Mạch giải mã và dạng sóng giải mã của V1 và V2. Ví dụ • Cho hệ thống cảm biến vị trí như trong hình trên. Sử dụng encoder loại 250 xung/vòng. Giá trị hiện tại của bộ đếm là 00100110. Tìm vị trí góc hiện tại? • Giải Encoder gồm 250 xung. Vậy 1 xung ứng với 360/250 = 1.44 độ. Giá trị nhị phân của bộ đếm là: 00100110 tương đương số thập phân là 38. vậy vị trí hiện tại là: 38x1.44 = 54.72 độ. Encoder tuyệt đối PCB for absolute rotary encoders absolute encoders Encoder tuyệt đối Đĩa Encoder tuyệt đối 4 bit Encoder loại tuyệt đối • Loại đơn giản nhất gồm hai bít ngõ ra. Encoder loại tuyệt đối • Loại mã hóa 4 bit nhị phân từ 0000 tới 1111. Application Measuring Length with Wheels and Rolls Ballscrew Position Table Example Encoder tuyệt đối • Để chính xác hơn, người ta thêm một xung hiệu chỉnh như hình sau: Thêm một cảm biến để đọc xung chính xác hơn. Encoder tuyệt đối, mã gray Encoder tuyệt đối • The absolute encoder that is sketched above uses four bits to encode the position of the disc. • Four light detectors are needed to determine the absolute position of the disc. • The right figure shows a simple binary scheme of encoding. • This type of encoding has the disadvantage that at the transition from 1111 to 0000 all four bits change at a time. • This may lead to decision errors when the transition is not done exactly simultaneous. • There are some ways to overcome this problem, that are shown in the next slides. Gray Code Đĩa dùng mã BCD Đĩa dùng mã gray Gray Code Disc vs. Binary Code Disc linear Magnetic encoder Magnetic Rotary Encoder • A high-speed rotary magnetic encoder designed for use in harsh environments. • The traditional design enables easy integration on existing machines. • A magnet is mounted to the shaft within the encoder’s body. • Rotation of this magnet is sensed by a custom encoder chip within the body, and processed to give the required output format. Magnetic Rotary Encoder (1) Motor (2) Motor terminal (3) Motor shaft (4) Magnetic shield (5) Magnetic wheel (6) ASIC (7) MR sensor (8) Cap Optical linear encoder ứng dụng encoder Đo và cắt theo chiều dài Định vị bàn làm việc qua hệ trục ứng dụng encoder Xác định ví trí tương đối, tốc độ và hướng của băng tải Xác định vị trí và gốc của rack và pinion