Terminologie enkodérů
Tato stránka systematicky shromažďuje a podrobně vysvětluje běžné a důležité technické pojmy z oblasti enkodérů. Zahrnuje elektrické parametry, výstup signálu, mechanickou konstrukci, komunikační protokoly, přizpůsobení prostředí, kalibraci přesnosti, funkční bezpečnost, omezení zatížení a mnoho dalších aspektů. Je vhodná jako dlouhodobý odkaz pro inženýry, systémové integrátory, pracovníky výzkumu a vývoje, technické nákupčí a uživatele, kteří chtějí získat hlubší znalosti o enkodérech.
Terminologie výstupu a signálu enkodéru
| Pojem | Zkratka v angličtině | Definice |
|---|---|---|
| Rozlišení | Resolution | Počet signálů generovaných enkodérem na jednotku pohybu, určující přesnost měření. Lze vyjádřit např. pomocí PPR, CPR, bitů, LPI, CPI atd. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Počet impulsů na jednu otáčku, běžné u rotačních inkrementálních enkodérů; určuje, kolik impulsů je generováno v jednom úplném otočení |
| CPR | Counts Per Revolution | Počet záznamů (count) na jednu otáčku, často včetně násobení. Například při čtyřnásobném čtení (x4) platí CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | „Body“ na palec, často používané při vysoce rozlišeném optickém skenování a lineárním měření |
| CPI | Counts Per Inch | Počet záznamů na jeden palec (1 inch), používaný pro hodnocení rozlišení lineárních enkodérů |
| LPI | Lines Per Inch | Počet čar na palec na optické mřížce; také se používá k popisu rozlišení lineárních enkodérů nebo skenerů |
| Fáze A/B | A/B Channels | Dva signály obdélníkového (kvadraturního) průběhu, posunuté o 90° fáze u inkrementálního enkodéru, k rozlišení směru a provádění čítání |
| Fáze Z | Zero Pulse / Index | Referenční impuls, který se objeví jednou za otáčku u inkrementálního enkodéru, sloužící pro návrat do nulové (indikační) pozice |
| Kanál N | N Channel | U některých značek jiné označení pro fázi Z |
| U/V/W | – | Signálové kanály komutace pro servomotor, používané při elektronické komutaci nebo detekci fáze motoru |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Standardní digitální logická úroveň 5 V, vhodná pro vysokorychlostní přenos impulzů na krátké vzdálenosti |
| HTL | High Threshold Logic | Logická úroveň 10–30 V, s vysokou odolností vůči rušení, vhodná pro průmyslové prostředí |
| Open Collector | OC | Výstup s otevřeným kolektorem, vyžaduje externí pull-up rezistor; umožňuje flexibilní přizpůsobení úrovně napětí |
| Push-Pull | – | Výstup push-pull, dokáže řídit zátěž v obou směrech a nevyžaduje pull-up rezistor; běžný u průmyslových enkodérů |
| Line Driver | LD / RS422 | Diferenciální výstupní standard, zvyšující odolnost proti rušení a umožňující vysokorychlostní přenos na velké vzdálenosti |
| Napěťový výstup | Voltage Output | Analogová forma výstupu (např. 0–5 V, 0–10 V atd.), vhodná pro jednoduché čtení analogových veličin |
| Proudový výstup | Current Output | Běžné je analogové 4–20 mA, s vysokou odolností proti rušení a vhodné pro dlouhé přenosy |
| PWM | Pulse Width Modulation | Využívá modulaci šířky pulzu pro přenos informací o poloze či úhlu, používá se v některých speciálních aplikacích či vlastních řešeních |
| 1Vpp/11µApp | – | Analogové sinus/kosinus signály, běžné u enkodérů s optickou nebo magnetickou mřížkou, využívané pro přesné dělení (interpolaci) |
Druhy enkodérů, princip fungování a metody snímání
| Pojem | Definice |
|---|---|
| Inkrementální enkodér | Produkuje souvislé pulzy, které popisují přírůstek polohy; k získání absolutní polohy se musí pulzy sčítat v řídicím systému nebo čítači |
| Absolutní enkodér | Každé poloze odpovídá jedinečný kód, poloha je zachována i při výpadku napájení; vhodné pro aplikace s vysokými nároky na spolehlivost nebo pro víceosé systémy |
| Jednootáčkový enkodér (singleturn) | Měří polohu v rámci jediné otáčky, nepočítá počet otáček |
| Víceotáčkový enkodér (multiturn) | Obsahuje integrovaný převod, magnetickou či indukční strukturu k záznamu počtu otáček; vyskytují se mechanické i elektronické verze |
| Optický enkodér | Snímání bez kontaktu za využití světelného zdroje, optické mřížky a fotodetektoru; disponuje vysokým rozlišením a přesností |
| Magnetický enkodér | Využívá Hallův jev nebo magnetorezistivní efekty k detekci změn magnetického pole; méně náchylný k prachu či oleji, vhodný do náročných prostředí |
| Kapacitní enkodér | Vychází ze změn elektrického pole mezi deskami kondenzátoru; kompaktní konstrukce, vhodná pro lehké systémy či omezený prostor |
| Indukční enkodér | Měří úhel nebo posun pomocí elektromagnetické indukce; vysoká odolnost vůči elektromagnetickému rušení a vibracím |
| Kit enkodér | Tzv. Kit Encoder, bez vlastní vnější skříně, určený k vestavbě do motorů nebo kloubů robotů apod. |
| Tažný enkodér | Pomocí ocelového lanka a cívky měří dlouhé lineární posuny (např. ve výtazích, dveřích, jeřábech) |
| Rotační enkodér | Měří úhel a rychlost otáčení hřídele; hojně využíván v motoru, otočných stolech, servo pohonech |
| Lineární enkodér | Měří přímočarý pohyb, běžný ve strojích CNC, 3D souřadnicových měřicích strojích, zařízeních pro polovodičový průmysl |
| Vícekanálový enkodér | Simultánně poskytuje různé signály (např. A/B/Z + UVW + sériové rozhraní), splňuje požadavky na komutaci motoru, detekci polohy a síťovou komunikaci |
| Programovatelný enkodér | Parametry (způsob výstupu, rozlišení, směr aj.) lze konfigurovat softwarem či speciálním zařízením |
| Formát kódování | Způsob kódování výstupu absolutního enkodéru, např. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code atd. |
Komunikační protokoly a průmyslová rozhraní
| Protokol/Rozhraní | Definice |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: synchronní sériová komunikace pro přenos dat z absolutních enkodérů; jednoduchá struktura, vysoká odolnost proti rušení |
| BiSS-C | Otevřený, vysokorychlostní synchronní protokol podporující full-duplex a vícenásobné řetězení (daisy-chain) pro více os; běžný u vysoce kvalitních absolutních enkodérů |
| EnDat | Dvoucestné sériové rozhraní společnosti Heidenhain s verifikací a vysokým rozlišením zpětné vazby |
| CANopen | Otevřený protokol na bázi sběrnice CAN, využívá tzv. objektový slovník, podporuje síť s mnoha uzly; široce uplatněný v evropské průmyslové automatizaci |
| Profibus-DP | Standard polní sběrnice, vysoká rychlost přenosu, cyklická výměna dat; často využívána v rozsáhlých systémech pro řízení procesů a v diskrétní výrobě |
| DeviceNet | Protokol sběrnice CAN od firmy Allen-Bradley, zaměřený na jednoduché propojení zařízení a řídicích jednotek |
| EtherCAT | Protokol reálného času pro průmyslový Ethernet od Beckhoffu, podporuje distribuované hodiny a synchronizaci více os; vhodný pro vysokorychlostní a vysoce přesné řízení |
| PROFINET | Průmyslový ethernetový standard společnosti Siemens, spojuje IT technologie s komunikací v reálném čase; vhodný pro automatizaci továren a procesů |
| IO-Link | Protokol komunikace bod-bod pro senzory a aktuátory, podporuje inteligentní diagnostiku a vzdálenou konfiguraci parametrů |
| Ethernet/IP | Člen rodiny CIP (Common Industrial Protocol) prosazovaný firmou Rockwell, vhodný pro distribuované pohony, polní zařízení a systémy SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Otevřený protokol typu master-slave, vhodný pro vzdálené I/O a distribuované systémy s možností rozšíření |
| UART | Univerzální asynchronní sériové rozhraní (např. RS232/RS485), běžně používané u jednoduchých nebo levných enkodérových modulů |
| SPI/I²C | Sériová rozhraní na úrovni polovodičových čipů, vhodná pro miniaturizované či úsporné konstrukce enkodérů |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, protokol pro řízení pohybu v reálném čase pomocí optických vláken nebo Ethernetu; používá se v CNC a vysoce přesných servo systémech |
Pojmy pro montáž a mechanická rozhraní
| Pojem | Definice |
|---|---|
| Plný hřídel | Centrální hřídel enkodéru je pevný válec; k přenosu točivého momentu je nutné externí spojení (spojka) nebo svorka |
| Dutý hřídel | Enkodér má dutý hřídel, lze jej nasadit přímo na hřídel motoru, čímž se snižuje potřeba dalšího spojovacího prvku |
| Polodutý hřídel | Dutý hřídel uzavřený na jedné straně, spojující úsporu místa a snadnou montáž |
| Montáž přes přírubu | Připevnění enkodéru k zařízení pomocí čelní příruby nebo příruby synchro, běžné u normy DIN (např. kruhové či čtvercové přírubové rozhraní) |
| Synchro příruba | Standardní kruhová příruba pro montáž (Synchro Flange), upevněná sevřením nebo šrouby |
| Servo upínací příruba | Příruba s upínací drážkou nebo otvory pro ustavení, umožňuje rychlé vystředění a zafixování na servomotor či mechanický systém |
| Rozteč montážních otvorů | Vzdálenost mezi otvory pro šrouby v těle enkodéru, musí odpovídat montážní ploše zařízení |
| Montážní hloubka | Hloubka zasunutí hřídele či pouzdra enkodéru; příliš malá způsobuje vůli, příliš velká může enkodér poškodit |
| Spojka | Spojuje plný hřídel enkodéru s hřídelem motoru/mechaniky; běžné jsou pružné spojky, měchové (bellow) či pevné (rigid) atd. |
| Radiální/axiální zatížení | Maximální radiální nebo axiální síla, kterou ložisko enkodéru snese; překročení limitu ovlivňuje životnost a přesnost |
Odolnost vůči prostředí a spolehlivost
| Pojem | Definice |
|---|---|
| Stupeň IP (IP Rating) | Definovaný v normě IEC 60529, např. IP65, IP67, IP68; čím vyšší číslo, tím lepší ochrana před prachem a vodou |
| Pracovní teplota | Rozsah teplot, ve kterých enkodér pracuje dle nominální přesnosti, např. -20°C až +85°C |
| Skladovací teplota | Přípustné rozmezí teplot při vypnutém (beznapěťovém) stavu |
| Odolnost proti vibracím (vibrations) | Schopnost ložiska a vnitřní konstrukce enkodéru odolávat mechanickým vibracím, obvykle se udává v g |
| Odolnost proti nárazu (shock) | Krátkodobá vysoká akcelerace/nárazy, které zařízení snese, vyjádřené v g |
| EMC (Electromagnetic Compatibility) | Elektromagnetická kompatibilita, zahrnuje odolnost proti elektromagnetickému rušení a omezení vlastních emisí rušení |
| ESD (Electrostatic Discharge) | Odolnost vůči elektrostatickým výbojům, ukazuje citlivost enkodéru na statické impulsy |
| Stupeň SIL (Safety Integrity Level) | Např. SIL2 nebo SIL3, používaný v aplikacích kritických pro bezpečnost (výtahy, roboty, vlakové řízení atd.) |
| MTBF (Mean Time Between Failures) | Průměrná doba mezi poruchami, ukazuje na spolehlivost zařízení |
| RoHS / REACH | Směrnice omezující nebezpečné látky / Registrace chemických látek, týkající se ekologické a bezpečnostní shody materiálů enkodéru |
Přesnost, chyby a terminologie kalibrace systému
| Pojem | Definice |
|---|---|
| Přesnost systému | Největší odchylka mezi výstupní hodnotou enkodéru a skutečnou polohou, včetně chyby enkodéru, montáže i řídicí jednotky |
| Rozlišovací schopnost (resolvability) | Nejmenší rozpoznatelná změna polohy, čím vyšší hodnota, tím jemnější pohyby lze zachytit |
| Opakovatelnost | Míra konzistence výsledků při opakovaném navrácení do stejné polohy; zejména ovlivněna mechanickými vůlemi a šumem signálu |
| Lineární chyba | Nelineární odchylka mezi výstupem enkodéru a skutečnou hodnotou posuvu; obvykle ji snižujeme kalibrací nebo softwarovou kompenzací |
| Chyba nulové polohy (zero offset) | Rozdíl mezi Z fází nebo referenčním signálem a skutečnou mechanickou nulou; lze opravit mechanickým seřízením nebo softwarovým posunem |
| Chyba kódování | Drobné odchylky způsobené výrobou kotouče, nerovnoměrným rozložením magnetických pólů, nesprávnou montáží apod. |
| Kalibrační koeficient | Parametr pro kalibraci systému či lineární kompenzaci, pomáhá zlepšit celkovou přesnost |
| Zpětná vazba PID (PID Feedback) | V servosystému působí enkodér jako snímač v uzavřené smyčce; nastavení proporční složky (P), integrační (I) a derivační (D) umožňuje věrně sledovat cílový pohyb |
| Hysterze | Chyba při návratu do polohy po změně směru pohybu, vzniká např. vůlí či třením. Vyskytuje se u některých inkrementálních enkodérů nebo v převodových systémech |
Další běžně používané termíny a doplňující informace
| Pojem | Definice |
|---|---|
| Grayův kód (Gray Code) | Způsob kódování, u něhož se sousední kódy liší pouze v jednom bitu; omezuje chvění (jitters) při přechodu; často používaný u absolutních enkodérů |
| Binární kód (Binary Code) | Absolutní enkodér poskytuje výstup v binárním formátu, snadno interpretovatelný řídicí jednotkou |
| BCD kód (Binary-Coded Decimal) | Každé 4 bity vyjadřují jednu dekadickou cifru; používaný u některých starších absolutních enkodérů nebo měřicích přístrojů |
| Excess Code | Druh posunutého kódu, který umožňuje plynulejší přechody; vyskytuje se v některých starších či specifických absolutních enkodérech |
| Víceotáčková převodovka | U mechanických víceotáčkových (multiturn) enkodérů dochází k zaznamenání počtu otáček díky vnitřním ozubeným kolům |
| Elektronický multiturn | Uchovává počet otáček pomocí vnitřního obvodu či magnetické paměti, bez mechanické převodovky; běžné v bezkartáčových servomotorech (BLDC) s integrovaným enkodérem |
| UVW kanál | Artimální komutační signál pro synchronizaci třífázových vinutí motoru; běžné u servomotorů a pohonů BLDC |
| S/N poměr (Signal to Noise Ratio) | Poměr mezi signálem a šumem, hodnocení čistoty a stability výstupu enkodéru |
| Maximální otáčky | Nejvyšší rychlost otáčení, při níž enkodér bezpečně funguje a zachovává přesnost; při překročení mohou vzniknout deformace signálu či vyšší opotřebení ložisek |
| Maximální lineární rychlost | Nejvyšší lineární rychlost, kterou lze bezpečně měřit lineárním enkodérem; překročení může vést k nedostatečnému pásmu pro inkrementální signál nebo data |
| Redundantní enkodér | Dvojitý snímač či dvojí výstup, pro bezpečnostně kritické aplikace (např. SIL3). Pokud selže hlavní enkodér, přebírá funkci záložní enkodér |
Referenční normy a rozšíření
- IEC 60050-351: Terminologie průmyslových měření a řízení
- ISO 13849: Norma pro bezpečnost funkcí strojních (často citovaná pro bezpečnostní enkodéry)
- IEC 60529: Definice stupňů krytí (IP třídy)
- IEC 61800-5-2: Požadavky na bezpečnost pro pohonné systémy s regulovatelnou rychlostí, často platné pro servo a funkčně bezpečné enkodéry
- CiA 406: Specifikace zařízení enkodéru pro CANopen
- IEC 61158: Rodina průmyslových protokolů polní sběrnice (fieldbus)
- EnDat, BiSS, SERCOS: Hlavní protokoly sériové komunikace pro enkodéry
Poznámka: Definice se mohou mírně lišit v závislosti na značce či oborovém standardu. V případě konkrétního produktu se doporučuje ověřit v příslušné dokumentaci. Tato stránka bude průběžně aktualizována, aby zahrnula novější technologie a vznikající oblasti použití. Vítáme vaše příspěvky a úpravy na Encoder.wiki!