Enkodery liniowe

Zasada działania enkodera pojemnościowego

Wykrywanie zmian pojemności

Podstawową zasadą działania enkodera pojemnościowego jest modulacja pojemności między dwiema płytkami dielektrycznymi w oparciu o ich względne położenie. Zmiany pojemności są wykrywane poprzez nadawanie sygnału referencyjnego o wysokiej częstotliwości ze stacjonarnego dielektryka i wykrywanie modulowanego sygnału w odbiorniku przy użyciu wzorców sinusoidalnych.

Komponenty: Skala i głowica odczytowa

Skala

Skala jest płytką drukowaną (PCB), na której nadrukowany jest okresowy wzór pola. Wzór ten generuje przesunięty w fazie sygnał odniesienia o wysokiej częstotliwości.

Głowica odczytowa

Głowica odczytowa to płytka drukowana, na której nadrukowany jest przewodzący wzór sinusoidalny.
Podczas pracy skala przesyła okresowy sygnał nośny o wysokiej częstotliwości. Głowica odczytowa poruszająca się względem skali tworzy zmienny kondensator, którego pojemność zmienia się wraz ze względnym położeniem głowicy odczytowej względem skali, a sinusoidalny wzór na głowicy odczytowej moduluje sygnał wysokiej częstotliwości nadajnika w przewidywalny sposób. W ten sposób można obliczyć położenie głowicy odczytowej względem skali. KappaSense wykorzystuje zastrzeżone algorytmy zaimplementowane w standardowych komponentach elektronicznych.

Pozycja przyrostowa i bezwzględna

Położenie głowicy odczytowej względem skali dyktuje pojemność, a tym samym amplitudę i modulację sygnału. Można zatem obliczyć względną pozycję między głowicą odczytową a skalą.

Obliczanie pozycji bezwzględnej jest możliwe poprzez dodanie wzoru sinusoidalnego o niższej rozdzielczości na płytce drukowanej głowicy odczytowej. Sygnał wysokiej częstotliwości nadajnika jest zatem modulowany przez dwa różne wzory sinusoidalne na głowicy odczytowej.

Wysoka dokładność i szybkość

Dzięki dokładności do ±2,5 μm i rozdzielczości 1 μm, pojemnościowe enkodery liniowe KappaSense nadają się do użytku w wielu różnych zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych.

Ponadto wysokie prędkości robocze (4 m/s w produktach FREE i 10 m/s w produktach FLEX) umożliwiają wykorzystanie enkoderów w aplikacjach wymagających dużej przepustowości, takich jak automatyczne maszyny do kontroli spoin.

Odporność na różne czynniki środowiskowe

Czujniki pojemnościowe są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne i pola magnetyczne oraz nie posiadają sygnatury magnetycznej. Produkty KappaSense mają również wysoką tolerancję na wibracje.

Enkodery wykazują wysoką odporność na typowe przemysłowe zanieczyszczenia środowiskowe, takie jak kurz i olej, ponieważ takie zanieczyszczenia mają zazwyczaj bardzo niewielki wpływ na dokładność enkodera. Podczas gdy zanieczyszczenia potencjalnie wpływają na pomiar pojemności, większość rodzajów zanieczyszczeń ma stałą dielektryczną mniejszą niż 4, a zatem ich wpływ na wydajność jest bardzo mały. W praktyce wpływ ten zależy od obszaru zanieczyszczenia i rozmiaru głowicy odczytu.

Przykładowo, kawałek papieru między skalą a głowicą odczytową nie ma wpływu na enkoder. Najbardziej znaczący wpływ na enkoder mogą mieć części metalowe i woda (która ma wysoką stałą dielektryczną).

Głowica odczytowa może być wykonana z różnych materiałów, w tym z tworzywa sztucznego.

Wszechstronność i łatwość instalacji

Pojemnościowe enkodery liniowe KappaSense charakteryzują się szerokimi tolerancjami montażowymi, co ułatwia instalację. Tolerancja w osi Y jest do 20 razy większa niż w przypadku enkoderów optycznych, a tolerancja w osi Z jest do 4 razy większa. Przechylenie, pochylenie i odchylenie głowicy odczytu względem skali są określone na ±0,5 stopnia.

Bezprzewodowa głowica odczytowa

Podstawowym czynnikiem w systemach ruchu liniowego jest wytrzymałość kabli podłączonych do ruchomego elementu. Takie kable muszą też spełniać wymagania dotyczące przyspieszenia i promienia gięcia.

KappaSense FREE to produkty, w których głowica odczytowa jest urządzeniem pasywnym. Dzięki tej technologii żadne przewody nie są konieczne. Całe okablowanie enkodera jest statyczne i podłączone do skali.

Wiele głowic odczytowych na jednej skali

Niektóre systemy ruchu liniowego wymagają niezależnego przemieszczania wielu ładunków. Ze względu na koszty i wymagania przestrzenne elementów elektromagnetycznych ruchu liniowego, istnieje motywacja do montażu wielu ruchomych elementów na tej samej podstawie. Każdy element wymaga własnej głowicy odczytowej enkodera.

Technologia FREE firmy KappaSense umożliwia implementację wielu głowic odczytowych wzdłuż jednej skali, oszczędzając miejsce, liczbę komponentów i koszty w aplikacjach wymagających więcej niż jednego elementu ruchomego.

Różne rodzaje materiałów

Każdy projekt ma swoje wymagania i ograniczenia. Enkodery liniowe KappaSense mogą wykorzystywać różne materiały o różnych stałych dielektrycznych dla głowicy odczytowej. Można zastosować nawet niedrogi i lekki materiał, taki jak tworzywo sztuczne.

Łatwość customizacji

Pojemnościowe enkodery liniowe są oparte na standardowej technologii płytek drukowanych, która jest wykorzystywana do tworzenia wzorów na skali i głowicy odczytowej. Dzięki temu enkodery można łatwo dostosować do kształtów specyficznych dla danej aplikacji.

Niezawodność

Pojemnościowe enkodery liniowe są zaprojektowane do pracy bezstykowej. W związku z tym komponenty enkodera nie ulegają zużyciu.

W przeciwieństwie do enkoderów optycznych, w wykrywaniu nie biorą udziału diody LED, co przyczynia się do przewagi, jaką enkodery pojemnościowe mają nad enkoderami optycznymi.

Standardowe komponenty

Do tworzenia wzorów na wadze i głowicy odczytowej wykorzystywana jest standardowa technologia płytek drukowanych. Technologia ta jest dojrzała i niezawodna, a komponenty mogą pochodzić od wielu sprawdzonych dostawców.

Wszystkie podzespoły elektroniczne są standardowe i dostępne od ręki. Czynniki te przynoszą ogromne korzyści pod względem dostępności produktu i kosztów.