Энкодеры для сервомоторов промышленных роботов

Энкодер - датчик, который сообщает контроллеру точное положение вала сервомотора. Без корректного сигнала энкодера робот не знает, где находятся его оси, и не может выполнять точные перемещения. Неисправность энкодера - одна из самых коварных проблем: симптомы маскируются под десятки других неисправностей.

Типы энкодеров

Инкрементальные

Выдают импульсы при вращении вала. Контроллер подсчитывает импульсы и определяет на сколько повернулся вал. Проблема: при отключении питания счётчик сбрасывается, и робот теряет информацию о положении. После каждого включения необходима процедура определения начальной позиции (homing).

В современных роботах инкрементальные энкодеры практически не используются в осях манипулятора. Они встречаются в дополнительных осях и периферийном оборудовании.

Абсолютные

Выдают уникальный код для каждого углового положения вала. Даже после отключения питания контроллер сразу знает, где находится ось. Это избавляет от процедуры homing при каждом включении. Абсолютные энкодеры - стандарт для осей промышленных роботов.

Мультитурновые абсолютные энкодеры отслеживают не только положение в пределах одного оборота, но и количество оборотов. Это необходимо, поскольку оси робота совершают многократные обороты через редуктор.

Для сохранения данных о позиции при отключении питания используется батарейка. Разряд батарейки приводит к потере абсолютной позиции и необходимости полной рекалибровки робота.

Энкодеры по производителям

FANUC

Роботы FANUC используют проприетарные последовательные энкодеры серии αi. Они встроены в сервомоторы и обмениваются данными с контроллером по специальному последовательному протоколу. Это обеспечивает высокую точность и помехозащищённость, но делает невозможной замену энкодера на аналог другого производителя.

При замене сервомотора FANUC энкодер меняется вместе с ним - он является частью мотора. Отдельная замена энкодера возможна, но требует специального оборудования и навыков.

ABB

ABB использует энкодеры различных типов в зависимости от серии робота. В новых моделях применяются высокоточные абсолютные энкодеры с разрешением до миллионов отсчётов на оборот. Энкодеры подключаются к контроллеру через выделенные кабели, отдельные от силовых.

KUKA

Роботы KUKA оснащены резольверами или абсолютными энкодерами в зависимости от модели. Резольвер - это аналоговый датчик положения, более устойчивый к вибрациям и температуре, но менее точный. В новых моделях KUKA переходит на цифровые абсолютные энкодеры.

Признаки неисправности

Ошибки позиционирования - робот не попадает в запрограммированные точки. Отклонения могут быть постоянными (сбой калибровки) или плавающими (нестабильный сигнал энкодера).

Дрожание оси при удержании позиции. Ось слегка вибрирует вместо того чтобы стоять неподвижно. Это указывает на помехи в сигнале энкодера или повреждение его дискретизирующего элемента.

Ошибки при включении типа «Pulse coder error» или «Encoder fault» - прямое указание на проблему с энкодером или его кабелем.

Невозможность выполнить калибровку - робот не может определить начальную позицию оси при процедуре mastering.

Диагностика

Прежде чем менять энкодер, проверьте кабель. Кабель энкодера - тонкий, экранированный, чувствительный к изгибам и помехам. Повреждённый кабель даёт те же симптомы, что и неисправный энкодер, но стоит значительно дешевле.

Проверьте батарейку энкодера. Если напряжение батарейки ниже порогового значения, энкодер теряет данные о позиции. Замена батарейки - первое, что нужно сделать при ошибках позиционирования.

Если кабель и батарейка в порядке - проблема в самом энкодере. Для подтверждения можно посмотреть значения энкодера в реальном времени через диагностическое меню контроллера. Хаотичные скачки значений при неподвижном моторе указывают на неисправность.

Замена и калибровка

Замена энкодера или мотора с энкодером требует последующей калибровки (mastering). Эта процедура привязывает нулевую позицию энкодера к механическому нулю оси робота.

Каждый производитель использует свою процедуру калибровки. У FANUC это master position calibration через меню тичпенданта. У ABB - fine calibration с использованием калибровочных меток. У KUKA - mastering через специальные приспособления.

Ошибка калибровки приводит к смещению всех запрограммированных позиций. Для проверки после калибровки прогоните тестовую программу и убедитесь, что робот попадает в контрольные точки с заданной точностью.

Заключение

Энкодер - компонент, от которого зависит вся точность работы робота. Его диагностика требует системного подхода: проверка батарейки, кабеля, и только затем самого датчика. Регулярная замена батареек и контроль состояния кабелей - простые меры, предотвращающие дорогостоящие простои.