📘 Εγκυκλοπαίδεια Κωδικοποιητή

Οπτικοί κωδικοποιητές

Οι οπτικοί κωδικοποιητές βασίζονται σε κάνναβο (grating) και φωτοηλεκτρική ανίχνευση για να μετατρέπουν τη στροφική ή γραμμική μετατόπιση σε ηλεκτρικό σήμα. Αποτελούν το κύριο μέσο ανάδρασης θέσης σε CNC εργαλειομηχανές, πλατφόρμες ημιαγωγών, ακριβή μετρολογία, ρομποτική και προηγμένο αυτοματισμό. Χάρη στην υψηλή διακριτική ικανότητα, το χαμηλό σφάλμα υποδιαίρεσης και την εξαιρετική επαναληψιμότητα, χρησιμοποιούνται ευρέως σε νανο– έως μικρομετρική τοποθέτηση.

Τι είναι ένας οπτικός κωδικοποιητής (What is an Optical Encoder)

Ο οπτικός κωδικοποιητής είναι αισθητήρας που αντλεί πληροφορία θέσης μέσω της αλυσίδας πηγή φωτός — οπτικός κάνναβος — φωτοηλεκτρική ανίχνευση. Ο πυρήνας του αποτελείται από κλίμακα/δίσκο με περιοδική δομή (Scale/Disk) και κεφαλή ανάγνωσης (Readhead): η κεφαλή, σε καθορισμένο οπτικό διάκενο, «διαβάζει» τις ταινίες ή τα σήματα συμβολής που προκύπτουν από τη δίοδο/ανάκλαση στον κάνναβο· στη συνέχεια, το αναλογικό εμπρόσθιο στάδιο και τα κυκλώματα παρεμβολής/αποκωδικοποίησης επεξεργάζονται τα σήματα και αποδίδουν αυξητικά κανάλια A/B (με προαιρετικό Z), ημίτονο/συνημίτονο 1 Vpp, ή απόλυτα σειριακά δεδομένα θέσης (SSI/BiSS/EnDat κ.λπ.).
Κατά τον τύπο κίνησης διακρίνονται σε περιστροφικούς οπτικούς κωδικοποιητές (δίσκος) και γραμμικούς οπτικούς κωδικοποιητές (κλίμακα). Σε σύγκριση με την έμμεση εκτίμηση μέσω κοχλία/οδοντωτού κανόνα, ο γραμμικός οπτικός κωδικοποιητής επιτρέπει άμεση μέτρηση, περιορίζοντας αισθητά τα σφάλματα από backlash, βήμα/βηματικό σφάλμα και θερμική διαστολή· ο περιστροφικός παρέχει υψηλής ανάλυσης ανάδραση γωνίας και ταχύτητας για κινητήρες και περιστροφικά τραπέζια.

Αρχή λειτουργίας (Working Principle)

1) Εικόνιση/λωρίδες Moiré (Imaging/Moiré)

2) Παρεμβολικοί/φασικοί κάνναβοι (Interferential/Phase Grating)

3) Διέλευση έναντι ανάκλασης

4) Λογική αυξητικής και απόλυτης εξόδου

Προσεγγιστική γραμμική ανάλυση: Δx ≈ p / (N × M)
όπου p = βήμα κάνναβου, N = αναλογικός συντελεστής παρεμβολής (π.χ. 100×), M = ψηφιακός συντελεστής πολλαπλασιασμού ακμών (τυπικά 4×).

Ισοδύναμη γωνιακή ανάλυση περιστροφικού κωδικοποιητή: θ_res = 360° / (γραμμές × 4)

Ταξινομία (Taxonomy)

Βασικά μέρη και αλυσίδα σήματος (Signal Chain)

Έξοδοι & διεπαφές (Outputs & Interfaces)

Πρότυπο εξόδου Τυπικό σήμα Περιγραφή
Αυξητικά τετραγωνικά A/B (+Z), TTL/HTL/RS422 PLC high-speed count, βρόχοι ταχύτητας/θέσης· για μεγάλες αποστάσεις προτιμάται διαφορική μετάδοση
Ημίτονο/Συνημίτονο 1 Vpp, 11 µApp Υπερυψηλή ανάλυση παρεμβολής· το SDE και το jitter εξαρτώνται από την ποιότητα της αλυσίδας
Απόλυτο σειριακό SSI, BiSS-C, EnDat 2.2 Μονο/πολυπεριστροφική απόλυτη τιμή, διαγνωστικά/θερμοκρασία/συναγερμοί
Βιομηχανικό fieldbus EtherCAT, PROFINET, CANopen Συγχρονισμός πολλαπλών αξόνων, διανεμημένα ρολόγια, online παραμετροποίηση

Εκτίμηση εύρους ζώνης (γραμμικό): f_max ≈ (v / p) × edges
όπου v = γραμμική ταχύτητα, edges = αποτελεσματικές ακμές ανά περίοδο (π.χ. 4×).

Δείκτες επίδοσης (Key Specifications)

Δείκτης Τυπικό εύρος/σχόλιο
Ανάλυση Γραμμική: 1 µm → 1 nm· Περιστροφική: ≤ 24-bit ισοδύναμο
Γραμμική ακρίβεια Υψηλού επιπέδου: ±1–±3 µm/m· Τυπική: ±3–±10 µm/m
Επαναληψιμότητα ≤ ±0.1–±0.3 µm (γραμμική)· γωνιακή έως υπο-δευτερόλεπτα τόξου
SDE (σφάλμα υποδιαίρεσης) Σε καλή αλυσίδα 1 Vpp: ±20–±80 nm
Jitter Δεκάδες νανόμετρα· επηρεάζεται από AFE και θόρυβο φάσης ρολογιού
Σφάλμα φάσης/κύκλου Φάση A/B: 90° ±(1–5)°· Duty: 50% ±(2–10)%
Ικανότητα ταχύτητας Γραμμική > 1 m/s· Περιστροφική έως 12 000+ RPM (ανά διεπαφή)
Βαθμός περιβάλλοντος IP40 (open) έως IP67 (sealed), IEC 60068-2 κραδασμοί/κρούσεις

Εγκατάσταση & πηγές σφαλμάτων (Installation & Error Sources)

Βαθμονόμηση & αντιστάθμιση (Calibration & Compensation)

Σύγκριση με άλλες αρχές (Comparisons)

Τεχνολογία Ανάλυση/Ακρίβεια Αντοχή σε ρύπους/περιβάλλον Τυπική διαδρομή Κύριο μειονέκτημα
Οπτικός κωδικοποιητής ★★★★★ ★★★ Μεσαία/Μεγάλη Ευαισθησία σε ρύπους/συμπύκνωση, αυστηρές απαιτήσεις εγκατάστασης
Μαγνητικός κωδικοποιητής ★★☆ ★★★★ Μεγάλη Υποδεέστερη γραμμικότητα και SDE
Επαγωγικός/χωρητικός ★★★ ★★★★ Μεσαία Ευαισθησία σε μεταλλική γειτνίαση/eddy currents ή υγρασία
Resolver/ποτενσιόμετρο ★★ ★★★★★/★ Μεσαία/Μικρή Χαμηλή ανάλυση ή μη διαισθητικές διεπαφές

Εφαρμογές (Applications)

CNC (γραμμικοί & περιστροφικοί άξονες), CMM και μετρολογικές πλατφόρμες, ευθυγράμμιση/έκθεση/επιθεώρηση ημιαγωγών, precision motion stages, αρθρώσεις ρομπότ & παρακολούθηση backlash μειωτήρων, ιατρική απεικόνιση/ακτινοθεραπεία, συγχρονισμός εκτύπωσης–συσκευασίας, SMT τοποθέτηση/επιθεώρηση και high-speed material handling.

Συντήρηση & αντιμετώπιση προβλημάτων (Maintenance & Troubleshooting)

Οδηγός επιλογής (Selection Guide)

  1. Στόχος ακρίβειας/επαναληψιμότητας (µm/m ή δευτερόλεπτα τόξου) και δυναμική ταχύτητα
  2. Αρχή υλοποίησης (διέλευσης/ανάκλασης, εικόνισης/παρέμβασης) και βήμα κάνναβου p
  3. Διεπαφές εξόδου (A/B/Z, 1 Vpp, SSI/BiSS/EnDat, fieldbus) και εύρος ζώνης ελεγκτή
  4. Περίβλημα & περιβάλλον (open/sealed, βαθμός IP, ψυκτικό/σκόνη)
  5. Μηχανικός & θερμικός σχεδιασμός (διάκενο/ανοχές στάσης, CTE, πλωτή στήριξη)
  6. Αντιστάθμιση & διαγνωστικά (χαρτογράφηση σφαλμάτων, καταχωρητές θερμοκρασίας/κατάστασης, online συναγερμοί)
  7. Κύκλος ζωής (συντηρησιμότητα καλωδίου/κεφαλής, διαθεσιμότητα ανταλλακτικών, ικανότητα διακρίβωσης)

Πρότυπα & παραπομπές (Standards & References)

Σύνοψη: Η ολοκληρωμένη κατανόηση των αρχών, προδιαγραφών, διεπαφών και τεχνικών εγκατάστασης/αντιστάθμισης των οπτικών κωδικοποιητών επιτρέπει υψηλή ακρίβεια, στιβαρότητα και πλούσιες διαγνωστικές δυνατότητες για μακροχρόνια, σταθερή λειτουργία ακόμη και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

← Γραμμικοί κωδικοποιητές Μαγνητικοί κωδικοποιητές →

Document
Contents

Dark
Mode