自动化设备做位置检测时,很多人首先想到的是接近开关、光电传感器或者安装在电机轴端的编码器。这些产品各有自己的使用位置,但到了升降平台、长行程滑台、伸缩臂、仓储提升机构这一类设备上,现场面对的问题会变得很实际:需要知道的不是某个固定点“到了没有”,而是机构现在究竟走到了什么位置;电机转了多少圈也不一定能够完全代替机械端的实际位移,因为传动链中还可能存在减速机构、钢丝绳、同步带、链条或者其他机械环节。拉线编码器之所以会出现在这类设备上,主要就是因为它能够把检测点直接放到实际运动部件上,拉线伸出多少,对应的就是机械机构发生了多少位移,安装思路与传统轴端编码器有明显区别。
这种测量方式对于长行程设备尤其方便。一个机构移动几百毫米时,很多位置检测方案都比较容易安排;行程增加到数米以后,检测装置怎样安装、怎样沿整个运动范围保持可靠工作,就需要重新考虑。拉线编码器的主体可以固定在机械结构的一端,拉线连接运动部件,机构移动时线缆随之伸缩,不需要沿整个行程铺设一根与机械长度接近的测量尺。对大型设备制造商来说,这一点很实用,因为机械结构越长,留给传感器的连续安装空间往往越难保证,特别是设备周围已经布置护栏、拖链、气管和动力线以后,测量装置如果还要求占据完整行程,机械设计会明显复杂。
升降设备需要的不只是上限位和下限位
不少升降机械原本已经安装上下限位开关,从安全和基本动作控制来看,设备能够知道机构什么时候到达顶部、什么时候回到底部。但生产过程如果需要多个停靠高度,或者操作人员需要实时知道平台所在位置,只有两个限位点显然不够。仓储提升装置、物料升降平台、垂直搬运机构以及一些大型装配设备中,机械部分往往要在不同高度之间往返运行,位置数据开始真正参与设备动作,而不是只在行程终点起作用。
拉线编码器在这类设备上的使用比较直观。编码器主体固定在相对稳定的位置,拉线端跟随平台或升降机构移动,控制系统获得连续位置反馈后,可以知道机构处在整个行程中的哪个区域。限位开关仍然可以保留,两者并不存在谁替代谁的问题。限位开关适合处理明确的到位或边界状态,拉线编码器则更适合提供连续位置信息。设备厂把两种检测方式放在同一套机械上并不矛盾,真正要解决的是不同控制任务需要什么样的信号。
实际工程中还会遇到一个情况:升降机构的驱动部分和被测平台并不一定在同一个位置。电机可能安装在设备顶部或者底部,通过链条、钢丝绳或其他传动方式带动平台移动。如果只从驱动电机侧取得位置,得到的是传动系统输入端的信息;拉线编码器直接跟随平台,则能够把测量位置放到真正需要观察的机械部件上。设备是否有必要采用这种方式,需要根据结构和精度要求判断,但对于希望直接掌握机械端位移的项目,这种布置方式一直有自己的优势。
伸缩机构的行程越长,安装位置越值得提前考虑
伸缩臂、伸缩平台、移动支架以及部分自动化取放机构,也是拉线编码器比较常见的使用环境。机械结构收回时长度有限,展开以后却可能拉开很大距离,传感器既不能妨碍机构运动,又要能够覆盖整个行程。特别是设备本身还需要经过折叠、移动或者频繁伸缩,测量元件如果安装得过于靠近运动路径,很容易和其他机械件发生干涉。
这种设备在设计阶段就需要把拉线方向考虑进去。编码器放在哪里,拉线从什么方向引出,机构移动以后有没有偏斜,周围是否存在尖锐结构和其他运动部件,都会影响最终安装。拉线编码器虽然名字里只有“编码器”三个字,但真正用到机械设备上以后,它与普通安装在电机轴上的旋转编码器完全不是一种装配思路。机械工程师往往比电气工程师更早介入,因为首先要确认的是拉线有没有合适的运动路径。
也正因为如此,采购这类产品很难只看“能测多少米”。量程当然重要,但设备实际需要多长行程只是第一步。安装空间、机械运动方向、拉线出口与被测部件之间的位置关系,也会影响最终能不能顺利使用。对于批量生产的标准设备,这些条件一旦确定,后续型号就比较稳定;对于非标设备和大型装备,每一个项目的机械尺寸都有差异,拉线编码器往往要跟着整机结构重新核对。
仓储和物料搬运设备给连续位置反馈留下了更多需求
自动仓储设备使用大量升降、横移和伸缩机构。堆垛、提升、取放和输送动作都需要知道机构所在位置,而且这类设备通常运行时间长,机械行程也比小型装配机更大。并不是所有仓储设备都会使用拉线编码器,但在适合的长行程位移检测位置,这种产品有较清楚的应用理由。
例如设备改造时,原有机械结构已经固定,重新增加位置测量装置并不像新机设计那么自由。安装一整套长距离测量结构可能牵涉大量机械加工,而在固定端找到一个安装位置,再把拉线连接到移动机构,往往更容易控制改造范围。对于一些已经运行多年的升降或搬运设备,终端用户希望增加位置显示、改善控制方式或者补充位移反馈,拉线编码器就可能被重新拿出来评估。
这种老设备改造需求和新设备配套有一个明显区别。新设备可以根据编码器设计机械接口,旧设备则要求编码器尽量适应现有机械。原来的平台能不能安装连接件,拉线经过的位置是否会碰到护栏,最大行程有没有足够余量,检修时是否方便接近编码器主体,这些问题都要在现场看过以后才能确定。很多工业备件的实际采购就是这样,并不是先决定用什么产品,再要求设备去适应,而是先看机器已经长成什么样,再找能够放进去的方案。
维修人员更容易从机械端发现位置偏差
长行程设备运行几年以后,机械传动状态可能发生变化。链条张紧程度、钢丝绳状态、同步机构以及机械连接都会随着维护和使用发生调整。设备一旦出现停靠位置偏差,维修人员通常要同时检查驱动、传动和检测几个方向。如果位置反馈直接来自实际移动部件,现场判断会多一项比较直观的数据来源。
当然,拉线编码器本身也需要维护。拉线是否顺畅,固定端有没有松动,运动过程中是否发生擦碰,都是现场巡检可以看到的问题。它并不是装上以后永远不用检查的部件,尤其在粉尘、机械振动或者运动频繁的设备上,实际安装状态会直接影响使用。工业现场对这类产品的关注往往很朴素:机器每天来回跑很多次,拉线能不能一直按照原来的路径运动,维修时能不能方便更换,这些问题比纸面上的功能描述更重要。
拉线编码器在工业设备中的需求也基本来自这些具体场景。它不是为了把传统编码器换一种外形,也不会适合所有位置检测任务。短行程、高精度直线测量有其他成熟方案,固定点到位检测也没有必要使用连续位移装置。真正到了数米级行程、升降平台、伸缩机械和大型搬运机构上,安装空间与实际机械位移同时成为问题,拉线式测量才显得顺手。
从设备厂的角度看,它解决的是长行程机械怎样取得连续位置反馈;从终端工厂的角度看,它又是一种比较容易理解和检查的现场检测部件。随着自动仓储、升降搬运和大型自动化机构不断增加,拉线编码器并不会成为一个特别抢眼的产品,却会继续出现在那些“机器走得很远,又必须知道它走到哪里”的设备上。












