Typy enkodérů

Enkodéry jsou „oči“ průmyslové automatizace a systémů přesného řízení pohybu, které dokážou mechanický pohyb přesně převést na elektrický signál. Podle specifických aplikačních požadavků a používaných technologií je lze klasifikovat ze tří hledisek: typ výstupního signálu, forma měření a princip detekce. Níže následuje odborná a podrobná analýza.

I. Podle typu výstupního signálu

1. Inkrementální enkodér (Incremental Encoder)

• Princip fungování: Optické nebo magnetické snímání generuje kvadraturní impulsy A/B, fáze Z poskytuje jednorázový impulz pro nastavení nulové polohy.
• Klíčové parametry:
  • Rozlišení: typicky 500–10 000 PPR; interpolací (4×, 16×) lze dosáhnout desetitisíců až milionů PPR.
  • Kvalita signálu: fázová chyba < 5°, jitter < ±1 LSB.
• Výstupní standardy: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), diferenciální RS‑422.
• Výhody & nevýhody:
  • Výhody: nízké náklady, rychlá odezva; vhodné pro řízení v uzavřené smyčce rychlosti či polohy.
  • Nevýhody: při výpadku napájení ztrácí pozici; vyžaduje externí čítač a proceduru návratu do nulové polohy.
• Typické použití: servopohony, měření otáček motorů, monitorování zdvihu vratných mechanismů.

2. Absolutní enkodér (Absolute Encoder)

• Princip fungování: Každá poloha má unikátní binární nebo Gray‑kód, umožňuje přímé čtení absolutní pozice bez homingu; vícevýkruté (multi‑turn) verze sledují počet otoček mechanicky nebo elektronicky.
• Klíčové parametry:
  • Jednootáčkové rozlišení: 8–20 bitů; víceotáčkové: 16–32 bitů.
  • Formáty kódu: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 aj.
• Rozhraní: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (synchronní), CANopen, Profinet (síťové).
• Výhody & nevýhody:
  • Výhody: zachovává pozici při výpadku napájení; ideální pro spolehlivé vícoosé systémy; podporuje online parametrizaci.
  • Nevýhody: vyšší cena; sériová rozhraní vyžadují kontroléry s dostatečnou propustností.
• Typické použití: klouby robotů, vícoosé CNC stroje, kritické bezpečnostní systémy.

3. Hybridní enkodér (Hybrid Encoder)

• Definice: Kombinuje inkrementální a absolutní výstup v jednom zařízení, nabízí zároveň vysokofrekvenční impulsy i absolutní hodnotu.
• Vlastnosti: Současné poskytování rychlých impulzů a absolutní pozice; často používáno v bezpečnostních systémech s redundancí (SIL).
• Typické použití: bezpečnostní systémy SIL, monitorování padákových mechanismů v kosmonautice, inteligentní AGV v logistice.

II. Podle formy měření

1. Rotační enkodér (Rotary Encoder)

• Konstrukce: plný, dutý či polodutý hřídel, montáž na přírubu nebo panel.
• Mechanické parametry: průměr hřídele φ3–φ20 mm; radiální zatížení 10–50 N; axiální zatížení 5–20 N; životnost ložisek L₁₀ ≥ 10⁷ h.
• Instalační doporučení: souosost < 0,05 mm; vyhnout se bočnímu zatížení a nadměrným vibracím.
• Příklady použití: zpětná vazba servomotoru, řízení otočných stolů, polohování ventilů.

2. Lineární enkodér (Linear Encoder)

• Typy: optická lišta, magnetická lišta, kapacitní lišta; mezera 0,1–1 mm mezi hlavou a lištou.
• Přesnost: rozlišení 0,01–1 µm; lineární chyba < ±1 µm/m.
• Provozní podmínky: optický typ vyžaduje čisté prostředí; magnetický funguje i v prašném a olejném prostředí.
• Příklady použití: CNC suporty, ramena CMM, expozice polovodičových vrstev.

3. Enkodér s tažným lankem (Draw‑Wire Encoder)

• Konstrukce: buben se zesíleným ocelovým lankem a pružinou, měřicí rozsah až několik metrů.
• Přesnost: rozlišení 0,1 mm; opakovatelnost < ±0,5 mm.
• Aplikační scénáře: měření výšky zdvihacích plošin, detekce pozice rolet, průzkum tunelů.
• Instalační tipy: lanko držet vertikálně napnuté; vyhnout se úhlovému tahu a ohybům.

III. Podle principu detekce

1. Optický enkodér (Optical Encoder)

• Metoda detekce: světelný zdroj → kódový kotouč → fotodetektor; impulsy vznikají změnami propustnosti či odrazu.
• Výhoda rozlišení: až miliony PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
• Nevýhody: citlivý na prach, olej a teplotní výkyvy.
• Normy: vyhovuje ISO 23125 pro optické enkodéry.

2. Magnetický enkodér (Magnetic Encoder)

• Metoda detekce: Hallovy sondy nebo magnetorezistivní senzory snímají změny magnetického pole.
• Spolehlivost: odolný vůči znečištění, vibracím a teplotnímu driftu; přesnost obvykle 0,1–0,5°.
• Příklady použití: polohování kabiny výtahu, sledování úhlů v těžké technice.
• Normy: vyhovuje DIN 32701 pro magnetické enkodéry.

3. Kapacitní enkodér (Capacitive Encoder)

• Metoda detekce: měření změn kapacity mezi deskami s AC buzením.
• Vlastnosti: nízká spotřeba, kompaktní konstrukce, odolný vůči vibracím; přesnost ±1 µm.
• Nevýhody: citlivý na kovové prostředí a elektrostatický náboj.
• Příklady použití: mikroroboti, lékařské robotické ramena, mikro/nano platformy.

4. Induktivní enkodér (Inductive Encoder)

• Metoda detekce: měření vzdálenosti změnou induktivního vazebního účinku mezi cívkou a kovovým cílem.
• Výhody: odolný vůči vysokým teplotám, tlaku a silným elektromagnetickým rušením.
• Přesnost: typicky ±10 µm; vhodný pro těžký průmysl a železniční dopravu.
• Normy: podle IEC 62130 pro induktivní snímače polohy.

IV. Doporučení pro výběr

1. Stanovte požadavky: typ pohybu (otáčivý/lineární), typ signálu (inkrementální/absolutní).
2. Vyvážení přesnosti a rychlosti: vysoké rozlišení vyžaduje dostatečnou šířku pásma řídicí jednotky a možnosti interpolace.
3. Přizpůsobení prostředí: optické enkodéry do čistých prostor; magnetické a induktivní do náročných podmínek.
4. Mechanická spolehlivost: zvažte zatížení ložisek, životnost a přesnost montáže.
5. Komunikační kompatibilita: ověřte podporu protokolů a rozhraní pro integraci a diagnostiku.

Tímto třírozměrným přístupem a srovnáním parametrů rychle najdete nejvhodnější enkodér, optimalizujete výkon zařízení a snížíte náklady na vývoj i údržbu.