Энкодер. Энкодерная лента

Рано или поздно в жизни каждого самоделкина возникает потребность в покупке чего-то такого этакого, что обычно само в голову не придет. Вот и я жил себе спокойно и об энкодерах даже не задумывался.

Хотя должен признаться опыт работы с энкодерами имел. Как-то в одной и поделок использовал энкодер из принтера.

В данной истории все приключилось внезапно. Ползая по своим хоббийным форумам натолкнулся на конкурс. Сайт (называть не буду, т.к. разговор не о нем) проводил видимо раскрутку посещаемости и плюс один из форумчан проводил раскрутку своих российского производства изделий. И разыгрывался комплект из 3 наборов для самостоятельной сборки сервоконтроллеров. Я зарегистрировался на этом форуме, подал заявку (вместе с 3 или 4-мя всего лишь участниками) и… выиграл.

Так я стал обладателем 3-х наборов для сборки сервоконтроллеров. Далее мне потребовались энкодеры. Позволю себе объяснить для читателей не так глубоко погруженных в электронные компоненты, что такое сервоконтроллер, энкодер и с чем все это едят.

Есть 2 основных способа управлять точным перемещением в изделиях с ЧПУ (числовое программное управление). Попробую объяснить максимально доступным языком, без сложных схем и терминов.
Первый способ это шаговые двигатели. Шаговый двигатель имеет сложное устройство - несколько катушек, притягивающих сердечник в заданных положениях.

Количество положений, в которых может быть зафиксирован сердечник называется шагами, промежуточные положения (регулируются различными промежуточными напряжениями и соответственно магнитными полями) называют микрошагами. Управляет шаговым двигателем драйвер - это плата управления, как правило с микропереключателями шагов и регулировкой тока, протекающего через двигатель. На вход драйвера подаются сигналы: Enable (разрешить работу шагового двигателя), DIR (направление вращения), STEP (количество шагов, на которое двигателю необходимо повернуть вал). И драйвер переводит команды в обороты вала двигателя. Очень простая и надежная конструкция. Из минусов - скорость вращения двигателя ограничена из-за его конструктива, и если двигатель пропустит по той или иной причине шаги, то управляющая программа об этом не узнает. Отсюда и область применения - низко и среднескоростные двигатели в заданной области нагрузок. Например 3Д принтер или хоббийные станки.

Второй способ управлять перемещениями - сервомотор. Мотор сам по себе может быть любым, постоянного или переменного тока, без разницы. Единственное условие, его вал должен иметь энкодер. Энкодер - это устройство определения позиции вала в данный момент времени. Об энкодерах мы поговорим подробнее чуть позже. Сервоконтроллер имеет другой принцип работы, в отличии от драйвера шагового двигателя. Сервоконтроллер получает на входе те же самые сигналы Enable, STEP, DIR и подает на двигатель напряжение. Двигатель начинает вращаться в нужном направлении, энкодер возвращает данные о положении вала двигателя. Как нужное положение достигается, вал двигателя в нем фиксируется. Конечно это сильно упрощено, т.к. есть ускорение и торможение двигателя, управление током и напряжением, пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор в контуре обратной связи,… но мы же договорились в этот раз не сильно лезть в теорию.

Какие же плюсы серводвигателей: любая скорость вращения, отсутствие пропуска шагов, бесшумность (шаговый двигатель ощутимо громок в работе из-за своего конструктива). Но цена сервоконтроллеров выше и существенно драйверов шаговых двигателей. Поэтому основная ниша сервоконтроллеров - профессиональное применение.

Для своего проекта я выбрал двигатели Динамо Сливен. Эти двигатели широко использовались в советское время в ЭВМ и их было какое-то нереально большое количество. Кажется, что практически любой хоббийщик или имеет такой двигатель или сталкивался с ним. На барахолках их до сих пор перепродают. Это двигатели постоянного тока с фантастическим неубиваемым ресурсом и устойчивостью к любым издевательствам.

В качестве сервоконтроллера я использовал выигранную плату. Она представляет собой развитие open source сервоконтроллера, известного под устойчивым брендом «сервоконтроллер Чена» - по имени китайца, году так в 2004-м, если не ошибаюсь, предложившим данную схему.

Теперь уже практически переходим сути обзора - к энкодерам. Выбор энкодера был осуществлен по характеристикам и цене. Какие бывают типы энкодеров. В основном это оптические и магнитные. Магнитные - когда на краях диска закреплены магниты, а возле них находится датчик Холла.

Решение дорогое, промышленное, обладает повышенной надежностью. Цена не хоббийная ни разу.

Оптические энкодеры. Самое распространенное решение. Есть в каждой мышке. Раньше отвечали за вращение шарика и колесика. Теперь шариков уже нет, а вот колесики остались. Принцип работы прост - прерывание светового пучка проходящим непрозрачным телом.

Оптические энкодеры есть 2-х типов: инкрементальные и абсолютные. Инкрементальные делятся на 2 подтипа. Простейшие инкрементальные - такие как изображены на рисунке выше. Они определяют пересечение светового потока и на их основе можно построить, например, тахометр. Недостаток данного энкодера состоит в том, что при помощи него невозможно определить направление вращения диска. Инкрементальные 2-х канальные решают задачу определения направления вращения диска.

Для этого используется не один фотодиод, а несколько, обычно 4. Они формируют 2 независимых канала передачи данных, и сравнивая сигналы с этих каналов можно однозначно сделать вывод о направлении вращения диска.

Какие же недостатки есть у данного инкрементального энкодера? Недостаток один, но для ряда применений он критичный. При инициализации энкодера мы не знаем в каком положении находится диск. Т.е. мы можем узнать только направление и скорость вращения диска.

Для получения полной информации, а именно - начальное положение диска, направление и скорость вращения используются абсолютные энкодеры.

Абсолютные энкодеры используют диск со сложной системой кодировки положения. Наиболее распространен код Грея - двоичная кодировка с защитой от ошибок.

Я остановил свой выбор на инкрементальном энкодере с контролем направления вращения, т.е. с двумя квадратурными каналами вывода информации. Разрешения в 100 линий на оборот диска мне было за глаза. Поэтому на Алиэкспрессе я нашел энкодеры за разумную цену и с нужными мне характеристиками.

Вот фотка 3-х пришедших мне энкодеров. Дошли они недели за 3.

У энкодеров 4 вывода, Красный - питание 5В, Черный - земля, Цветные - каналы А и В.
Я быстренько выточил втулочку на вал двигателя под крепление диска, ввинтил туда стержень с резьбой.

На 3Д принтере распечатал площадку под крепление датчика энкодера

Собрал все вместе

Подключил сервоконтроллер, и… тут бы был счастливый конец обзору, но нет. Ничего не заработало. Даже близко ничего не заработало.

Подключил осциллограф и понял, что никаких квадратурных сигналов на выходе нет, только шумы, наводки и непонятные выплески. Грешил я на все на свете. И на требовательность к позиционированию, и на засветку, и на наводки электромагнитные. И часами аккуратно возюкал датчик в разных положениях, выключал свет и пытался проделать все тоже самое в темное. «Крокодил не ловится, не растет кокос.» Разумеется я перепробовал все 3 энкодера. Везде тоже самое. И тут меня дернуло поразглядывать датчик в микроскоп.

То что я увидел повергло меня в изумление. Все 4 сенсора стояли в ряд по радиусу диска, т.е. засвечивались через прорезь диска одновременно. Разумеется ничего не работало. Датчики должны стоять перпендикулярно радиусу диска, и засвечиваться последовательно разными фронтами прорези диска. Я не мог поверить, что это так просто и так глупо. Китайцы поставили датчик с поворотом на 90 градусов. Я спросил на форуме у такого же как я покупателя таких же энкодеров как у него стоит датчик. И у него все было также неправильно и не работало.

Почесав в затылке я решил попробовать это дело исправить. Энкодер разобрался легко, при помощи фена расплавил термоклей и достал внутренности.

Поднес датчик к диску так чтобы сенсоры был поперек рисок. Конечно датчик корректно не встал, но на осциллографе начал появляться какой-то осмысленный сигнал.

На фото видно, что сенсоры стали перпендикулярно радиусу диска.

Собрал, подключил к сервоконтроллеру и… Бинго, все заработало! Мотор встал в режим удержания позиции. Т.е. при попытке проворота вала двигателя, мотор упирается и если его все же провернуть, то возвращается в исходное положение.

Как резюме. Энкодер из коробки не работает. К покупке не рекомендую. Но в своей ценовой категории, если он был бы исправным, это хорошее бюджетное решение. Либо если переделка изделия в работающее не пугает, то можно брать и переделывать.

У продавца куча положительных отзывов на такой энкодер. Либо это все липа, либо, что вероятнее, брак пошел массово совсем недавно.

Я написал продавцу, он пока шлет мне тонну технических описаний и предлагает попробовать еще, и намекает, что это я не разобрался. Буду на него давить. Пусть хоть часть денег вернет. Я столько времени угрохал из-за их заводского разгильдяйства.

Всем добра и удовольствия от хобби!

Планирую купить +17 Добавить в избранное Обзор понравился +120 +226

Добрый день, друзья!

Вы пользуетесь струйным принтером? Не знаю, как вам, а мне очень нравятся эти умные машины! Но любой ум, человеческий или машинный, нуждается в органах чувств, которые предоставляют информацию для обработки.

«Органы чувств» струйного принтера – это его датчики . Сегодня мы заглянем внутрь принтера и узнаем, какие датчики там находятся.

Для начала отметим, что струйный принтер — это электромеханическая система, содержащая движущие части и электронную начинку.

Струйный принтер как электромеханическая система

Электронная начинка принтера представляет собой микропроцессорную систему .

Эта система подобна той, которая устанавливается в системном блоке компьютера, только гораздо меньшей мощности.

Она имеет в своем составе несколько входов и выходов.

Выходы управляют исполнительными механизмами (электродвигателями), которые двигают каретку с печатающей головкой и подают бумагу.

Еще они «рулят» световыми индикаторами, показывающими различные режимы работы принтера и дюзами печатающей головки, посредством которых чернила подаются на бумагу.

печатающая головка ,
сервисная станция для ее очистки,
источник вторичного электропитания, обеспечивающий энергией механизмы и электронику .

Печатающих головок может быть несколько, они могут быть совмещены с резервуарами для чернил и устанавливаться каждая отдельно. Сервисная станция может управляться отдельным двигателем.

На входы этой системы подаются сигналы с кнопок на передней панели и датчиков, которые являются «глазами» и «ушами» струйного принтера. Вот о последних и поговорим чуть более подробно.

Механические датчики

Условно датчики можно разделить на две большие группы — механические и оптические .

Механические датчики имеют в своем составе микрокнопку и (необязательно) какой-то рычаг или тягу (удлинитель).

При нажатии на эту кнопку в микропроцессорную систему принтера подается сигнал, и принтер реагирует на это соответствующим образом.

Как правило, датчик открытия/закрытия крышки принтера — механический.

Крышка имеет на своей обратной стороне выступ, тягу или рычаг, которая при своем поднятии нажимает (или отжимает) соответствующую микрокнопку.

Принтер реагирует на это так, что выводит каретку с печатающей головкой в позицию замены картриджа. Обычно же при паузах в работе головка находится в крайнем правом положении (в положении парковки) над резиновой капой (прокладкой), что уменьшает подсыхание печатающих сопел.

Кнопки включения питания, протяжки бумаги, выбора режима работы также являются механическими датчиками.

Некоторые модели принтеров могут печатать как на листе бумаги различных форматов, так и на CD-дисках. Выбор осуществляется с помощью рычажка, который соединен с датчиком (чаще всего механическим). Опрашивая этот датчик, схема управления «знает», где ей предстоит печатать.

Оптические датчики

Оптические датчики — это «глаза принтера».

Основу такого датчика составляет оптопара.

Оптопара представляет собой фотодиод и светодиод, расположенные на близком расстоянии друг от друга.

Светодиод излучает видимый свет (или ИК-излучение) в сторону фотодиода, фотодиод это излучение воспринимает.

Если световой поток от светодиода попадает на фотодиод, на выходе фотодиода имеется сигнал, если светового потока нет или он перекрыт — сигнала нет.

В большинстве случаев пара светодиод-фотодиод защищена непрозрачным кожухом с узкими прорезями. Это сделано с целью обеспечить более четкое срабатывание, и для исключения посторонних засветок.

С этой же целью оптопары работают преимущественно в инфракрасном диапазоне , что позволяет сильно уменьшить влияние дневного света.

Для контроля наличия или положения бумаги в струйных принтерах в большинстве случаев применяются именно оптические датчики. Кроме оптопары, такой датчик содержит в себе легкую поворачивающуюся шторку, которая перекрывает световой поток в оптопаре.

Когда лист бумаги попадает в тракт подачи (непосредственно перед зоной печати), он слегка приподнимает шторку. Она перекрывает световой поток, и принтер «знает», что лист бумаги подошел к зоне печати.

Энкодерные датчики

Есть еще два оптических датчика, которые имеются во всех моделях струйных принтеров, даже самых простых.

Речь идет об энкодерных датчиках .

Один из них представляет собой узкую прозрачную ленту с часто нанесенными на нее черными непрозрачными штрихами.

Эта ленточка неподвижно закреплена параллельно и выше направляющей, по которой двигается каретка с печатающей головкой.

Внутри каретки имеется оптопара и, когда происходит движение каретки, оптопара движется вдоль энкодерной ленты, пересекая непрозрачные штрихи и светлые места между ними.

Поток излучения от светодиода оптопары периодически прерывается, так что выходной сигнал фотодиода имеет форму импульсов.

Таким образом, считая импульсы энкодерной оптопары, микропроцессорная система отслеживает положение каретки с печатающей головкой .

По такому же принципу работает и энкодерный датчик, который учитывает формат используемой бумаги.

Обычно он расположен в левой части принтера, неподалеку от двигателя, управляющего подачей бумаги.

Он выполнен в виде прозрачного диска с нанесенными на его край радиальными непрозрачными штрихами.

Считая эти штрихи, электронная схема «знает», какая часть листа уже отпечатана (или прокручена при протяжке бумаги).

Другие оптические датчики

Имеются и сенсоры (оптические датчики) цветовой калибровки.

Различные виды бумаги имеют различную фактуру (матовая, глянцевая и т. д.) и различную степень белизны.

Цветовые показатели чернил даже в оригинальных картриджах могут немного отличаться от партии к партии.

Для приведения цветов к некоему «общему знаменателю» используется цветовая калибровка.

При калибровке цвета принтер сначала печатает тест в виде цветных фигур. Затем каретка с сенсором проходит над напечатанной областью, и ее светодиод излучает свет в сторону напечатанного изображения.

Фотодиод, также находящийся в каретке, улавливает отраженный свет, спектр которого анализирует схема управления. Эта информация учитывается в дальнейшей работе.

Для другого типа бумаги калибровку надо выполнить заново.

Видите, как получается! С помощью простых штуковин – кнопок, шторок, рычажков, оптопар, кусков пластика со штрихами — обеспечивается достаточно высокий «интеллект» струйного принтера!

С помощью тех же сенсоров выполняется и принтера. Дело в том, что при смене головок (или картриджей) взаимное положение сопел может слегка измениться. При этом точность заливки цветов уменьшится. Кроме того, со временем механические детали принтера изнашиваются, и появляются люфты. Все это вызывает ухудшение четкости изображения.

Принтер печатает вначале тестовые фигуры (квадраты, прямоугольники, штрихи) с определенным фиксированным положением. Затем каретка повторно проходит над ними и считывает отраженный сигнал. Полученная информация учитывается в дальнейшей работе.

И напоследок следует сказать, что иногда на энкодерные ленты и диски могут попадать чернила. Нормальная работа принтера при этом может нарушиться.

При загрязнении энкодерных лент и дисков их следует очистить чистой (лучше кипяченой или дистиллированной) водой .

Если же используются пигментные или сольвентные чернила – следует воспользоваться специальными . Хорошо ознакомиться со статьей о струйного принтера на этом сайте.

С вами был Виктор Геронда.

Энкодер - это устройство преобразующее линейное или угловое перемещение в последовательность сигналов, позволяющих определить величину перемещения.

Лента энкодера в принтере это система навигации. Без ленты растра принтер не сможет понять где у него находится печатающая каретка в данный момент. А без этого невозможно понять в какой момент нужно начинать печатать и где заканчивать. Лента растра выполнена чаще всего на пленках фотолитографическим методом. Представляет собой тонкую прозрачную полимерную пленочку, с нанесеными на ней черными непрозрачными полосками. Если посмотреть на ленту растра под увеличительным стеклом, то можно явно увидеть эти полоски.

За лентой энкодера следит датчик растра. Он находится на каретке и посылает сигнал в какой момент времени следует начинать печать, а в какой заканчивать. Недопустимо, при настройки принтера, касание датчика энкодера за ленту энкодера. В этом случае данные с ленты будут считываться некорректно, возможны ошибки позиционирования и расхождение напечатанной картинки. Так же следует избегать попадания растворителей или чернил на внутреннюю часть датчика энкодера. Это может привести к затуманиванию линз, и вывести из строя датчик растра. Датчик энкодера состоит из инфракрасного излучателя с одной стороны, и с фотоприемника с другой стороны. Приницип действия датчика растра следующий. Проходя над темными и прозрачными полосками на ленте растра, датчик посылает сингнал на плату управления принтера, который определяет положение каретки, относительно начальной позиции. Часты случаи когда из за плохо натянутой ленты растра, происхоидит раздвоение изображения или здвиг с каждым проходом. Если есть подозрение на то что лента энкодера износилась, то можно для начала попробовать перевернуть ленточку энкодера задом наперед или вверх ногами. В 50% случаев такое действие помогает решить проблему связанную с лентой энокодера.

Для очистки ленты принтер должен быть выключен.
На старых моделях принтеров лента энкодера ничем не защищена и видна без особых проблем, на новых она закрыта защитным металлическим кожухом. При необходимости прочистки нужно аккуратно, но с усилием, потянуть кожух вверх и на себя. Тогда он выскочит из пазов. Не повредите при этом ленту.
После прочистки ленту необходимо вставить в специальные пазы. Лента должна быть перпендикулярна рельсе. Если нет, то значит не встала в пазы. Защелкивайте кожух обратно в нескольких местах. После защелкивания погоняйте его по рельсе. Если ходит условно свободно, значит защелкнулся. Каретку потом проведите руками по рельсе, на предмет цепляния.

Очистку ленты нужно выполнять, используя мягкий материал, который не ухудшит состояние энкодера. Например безворсовую салфетку. При очистке не надавливайте на ленту слишком сильно, так как это может привести к стиранию меток на поверхности ленты, а они важны для правильно передвижения каретки. Чистить датчик можно аккуратно ватными палочками.

До поры до времени ни о каком сбое каретки на своих струйных принтерах я и не думал. Спокойно себе печатал, пока проблема буквально не «подкралась» сзади. Очередная фотография вдруг вышла из принтера мутной, не резкой. Проверил фото на мониторе - отличное качество. Ясно, что дело в принтере. Провел тест дюз - все отлично. Похоже, что нарушилась калибровка печатающей головки. Попробуем откалибровать. Захожу в меню Пуск - Устройства и принтеры - Выбираю свой принтер - Настройка печати - Сервис - Калибровка печатающей головки. И тут вижу, что во время калибровки, с принтером стало твориться что-то невообразимое - каретка начала буквально биться о боковую стенку принтера. «Головка» потеряла ориентиры. Значит, нарушилось что-то, что дает ей эти ориентиры. Искать долго не пришлось - проблема оказалась в загрязнении энкодера. Энкодер (англ. Encoder) – тонкая полупрозрачная лента, идущая по всей длине принтера за кареткой.

На задней стенке каретки расположен позиционирующий датчик, который и считывает нужную принтеру информацию с энкодера. Энкодер служит своеобразной линейкой с метками, благодаря которой принтер с большой точностью печатает изображения. Не удивительно, что когда эта линейка загрязнилась, головка принтера, что называется «потерялась».

Если на вашем принтере установлена , то загрязнение энкодера будет случается довольно часто. Некоторые модели принтеров (в частности Canon) вообще отказываются печатать, выдавая ошибку сбоя каретки. Но теперь вы и сами сможете решить эту проблему.

Я очистил энкодер чистой тряпочкой, смоченной в воде. Можно использовать спиртовой раствор. Аккуратно протрите энкодер с обеих сторон по всей длине. Для удобства работы выведите принтер в режим замены картриджей и, когда каретка выйдет на середину, выдерните шнур питания. Теперь вы сможете рукой перемещать каретку влево и вправо и очистить энкодер по всей длине.

Во время очистки не переусердствуйте, будьте аккуратны. Если вы растяните его или повредите, придется искать новый энкодер.

Очистка заняла у меня меньше пяти минут, а сразу после этого распечатанная фотография показала, что теперь принтер в полном порядке.

Такую же процедуру я в профилактических целях сделал и на Epson T27, который я использую для . Чистота ему тоже не повредит.

Кстати, за подобный «ремонт» в сервисном центре вам пришлось бы заплатить немалую сумму. Но теперь вы и сами знаете, как устранить сбой каретки на своем принтере .