Ορολογία Κωδικοποιητών
Αυτή η σελίδα συλλέγει συστηματικά και εξηγεί με λεπτομέρεια κοινούς και σημαντικούς τεχνικούς όρους από τον χώρο των encoder. Καλύπτει ηλεκτρικές παραμέτρους, σήματα εξόδου, μηχανική δομή, πρωτόκολλα επικοινωνίας, προσαρμογή σε περιβάλλον, βαθμονόμηση ακρίβειας, λειτουργική ασφάλεια, όρια φορτίου και πολλά άλλα. Απευθύνεται σε μηχανικούς, ολοκληρωτές συστημάτων, ερευνητές και αναπτυξιακό προσωπικό, τεχνικούς αγοραστές, καθώς και σε άτομα που επιθυμούν να αποκτήσουν σε βάθος γνώση για τους encoder.
Όροι σχετικά με την έξοδο του encoder και τα σήματα
| Όρος | Αγγλική συντομογραφία | Ορισμός |
|---|---|---|
| Ανάλυση | Resolution | Ο αριθμός των σημάτων που παράγονται από τον encoder ανά μονάδα κίνησης, χρησιμοποιείται για να αποτιμηθεί η ακρίβεια της μέτρησης. Μπορεί να εκφραστεί με PPR, CPR, bit, LPI, CPI κτλ. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Παλμοί ανά περιστροφή, συνηθισμένο σε αυξητικούς (incremental) περιστροφικούς encoder. Δείχνει πόσους παλμούς παράγει ο encoder σε μία πλήρη περιστροφή. |
| CPR | Counts Per Revolution | Αριθμός καταμετρήσεων (count) ανά περιστροφή, συχνά με συμπερίληψη πολλαπλασιασμού συχνότητας. Για παράδειγμα, σε τετραπλή καταμέτρηση (×4), CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Ο αριθμός «κουκκίδων» (dots) ανά ίντσα· χρησιμοποιείται σε οπτικές σαρώσεις υψηλής ανάλυσης και σε γραμμικές μετρήσεις |
| CPI | Counts Per Inch | Καταμετρήσεις (counts) ανά ίντσα, χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ανάλυσης σε γραμμικούς encoder |
| LPI | Lines Per Inch | Ο αριθμός γραμμών ανά ίντσα σε ένα οπτικό πλέγμα (grating). Χρησιμοποιείται επίσης στους γραμμικούς encoder ή σε σαρωτές για περιγραφή της ανάλυσης |
| Φάσεις A/B | A/B Channels | Δύο ορθογωνικοί παλμοί με μετατόπιση φάσης 90° σε έναν αυξητικό (incremental) encoder. Χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό κατεύθυνσης και την καταμέτρηση |
| Φάση Z | Zero Pulse / Index | Ένας παλμός αναφοράς που παράγεται μία φορά ανά περιστροφή σε έναν αυξητικό encoder. Χρησιμοποιείται για επιστροφή στο σημείο μηδενικής αναφοράς (index) |
| Κανάλι N | N Channel | Εναλλακτική ονομασία της φάσης Z σε ορισμένες εταιρείες |
| U/V/W | – | Κανάλια σήματος για την ηλεκτρονική μεταγωγή (commutation) ενός σερβοκινητήρα ή ανίχνευση φάσης |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Πρότυπη λογική στάθμη 5 V, κατάλληλη για μετάδοση παλμών σε υψηλή ταχύτητα, σε κοντινές αποστάσεις |
| HTL | High Threshold Logic | Λογική στάθμη 10–30 V, με υψηλή αντοχή σε θόρυβο· κατάλληλη για βιομηχανικά περιβάλλοντα |
| Open Collector | OC | Έξοδος ανοιχτού συλλέκτη, απαιτεί εξωτερική αντίσταση pull-up, επιτρέπει ευελιξία στην τάση λειτουργίας |
| Push-Pull | – | Έξοδος push-pull, μπορεί να φορτίσει διπλά την έξοδο χωρίς εξωτερική αντίσταση pull-up, συνηθισμένο σε βιομηχανικούς encoder |
| Line Driver | LD / RS422 | Διαφορικό πρότυπο εξόδου, αυξάνει την αντοχή σε θόρυβο, επιτρέπει υψηλή ταχύτητα σε μεγάλη απόσταση |
| Έξοδος Τάσης | Voltage Output | Αναλογική έξοδος (π.χ. 0–5 V, 0–10 V κλπ.), κατάλληλη για απλή ανάγνωση αναλογικών τιμών |
| Έξοδος Ρεύματος | Current Output | Συνήθως 4–20 mA ως αναλογική έξοδος, με υψηλή αντοχή σε παρεμβολές και κατάλληλη για μεγάλες αποστάσεις |
| PWM | Pulse Width Modulation | Χρησιμοποιείται η μεταβολή του πλάτους του παλμού για τη μεταβίβαση πληροφορίας θέσης ή γωνίας· χρησιμοποιείται σε ορισμένες ειδικές ή προσαρμοσμένες εφαρμογές |
| 1Vpp/11µApp | – | Αναλογική έξοδος ημιτονοειδούς/συνημιτονοειδούς σήματος, συχνή σε οπτικούς ή μαγνητικούς encoder για ακριβέστερη διαίρεση (interpolation) |
Τύποι encoder, αρχή λειτουργίας και μέθοδοι ανίχνευσης
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Αυξητικός encoder | Παράγει συνεχείς παλμούς που δείχνουν αύξηση θέσης· για την απόλυτη θέση απαιτείται άθροιση παλμών σε ελεγκτή ή μετρητή |
| Απόλυτος encoder | Κάθε θέση έχει μοναδικό κωδικό· η θέση διατηρείται ακόμη και χωρίς τροφοδοσία. Ιδανικό για εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας ή πολυαξονικές, πολύπλοκες διατάξεις |
| Μονοκύκλος encoder (singleturn) | Μετρά τη θέση εντός μίας μόνο περιστροφής, δεν καταγράφει τον αριθμό περιστροφών |
| Πολύστροφος encoder (multiturn) | Ενσωματωμένο σύστημα γραναζιών ή μαγνητική/επαγωγική διάταξη για καταγραφή περιστροφών· υπάρχουν μηχανικές και ηλεκτρονικές εκδόσεις |
| Οπτικός encoder | Χρησιμοποιεί πηγή φωτός, κώδικα (grating) και φωτοδέκτη για ανέπαφη μέτρηση· προσφέρει υψηλή ανάλυση και ακρίβεια |
| Μαγνητικός encoder | Αξιοποιεί το φαινόμενο Hall ή μαγνητοαντίσταση για να ανιχνεύσει αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο· λιγότερο ευαίσθητος σε σκόνη/λάδι, κατάλληλος για δύσκολα περιβάλλοντα |
| Χωρητικός encoder | Μετρά μεταβολές στο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ πλακών πυκνωτή· συμπαγής σχεδίαση, κατάλληλος για ελαφρά συστήματα ή περιορισμένο χώρο |
| Επαγωγικός encoder | Μετρά γωνία ή μετατόπιση μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής· ανθεκτικός σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και ισχυρούς κραδασμούς |
| Kit encoder | Επίσης αποκαλείται Kit Encoder, χωρίς εξωτερικό περίβλημα· κατάλληλος για ενσωμάτωση σε κινητήρες ή αρθρώσεις ρομπότ κτλ. |
| Μετρητής συρματόσχοινου (pull-wire) | Χρησιμοποιεί χαλύβδινο σύρμα και τύμπανο για τη μέτρηση μεγάλων γραμμικών μετατοπίσεων, π.χ. σε ανελκυστήρες, συστήματα θυρών, γερανούς κ.ά. |
| Περιστροφικός encoder | Μετρά τη γωνία και την ταχύτητα περιστροφής άξονα· ευρέως χρησιμοποιείται σε κινητήρες, περιστρεφόμενες πλατφόρμες, σερβοκινητήρια συστήματα |
| Γραμμικός encoder | Μετρά μετάδοση κίνησης σε ευθεία· συνηθισμένος σε CNC, τρισδιάστατες μηχανές μέτρησης (CMM), εξοπλισμό ημιαγωγών |
| Πολυκαναλικός encoder | Παρέχει πολλαπλά σήματα (π.χ. A/B/Z + UVW + σειριακή διεπαφή) ταυτόχρονα· καλύπτει ανάγκες για μεταγωγή κινητήρα (commutation), ανίχνευση θέσης και δικτυακή επικοινωνία |
| Προγραμματιζόμενος encoder | Χαρακτηριστικά εξόδου (τύπος σήματος, ανάλυση, κατεύθυνση κτλ.) μπορούν να ρυθμιστούν μέσω λογισμικού ή ειδικής συσκευής |
| Μορφή κωδικοποίησης | Ο τρόπος κωδικοποίησης ενός απόλυτου encoder, π.χ. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code κ.ά. |
Πρωτόκολλα επικοινωνίας και βιομηχανικές διεπαφές
| Πρωτόκολλο/Διεπαφή | Ορισμός |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: συγχρονισμένη σειριακή επικοινωνία για δεδομένα απόλυτων encoder· απλή δομή, ανθεκτική σε παρεμβολές |
| BiSS-C | Ανοιχτό, υψηλής ταχύτητας συγχρονισμένο σειριακό πρωτόκολλο, full-duplex και δυνατότητα daisy-chain για πολλαπλούς άξονες· κοινό σε υψηλής ποιότητας απόλυτους encoder |
| EnDat | Δικρόδρομη σειριακή διεπαφή της Heidenhain, με δυνατότητες ελέγχου και υψηλής ανάλυσης ανάδραση |
| CANopen | Ανοιχτό πρωτόκολλο βασισμένο σε CAN, χρησιμοποιεί object dictionary, υποστηρίζει δίκτυα πολλαπλών κόμβων· ευρέως διαδεδομένο στην ευρωπαϊκή βιομηχανική αυτοματοποίηση |
| Profibus-DP | Πρότυπο fieldbus, υψηλό baud rate, υποστηρίζει κυκλική ανταλλαγή δεδομένων· χρησιμοποιείται σε μεγάλα συστήματα διεργασίας και διακριτής παραγωγής |
| DeviceNet | Πρωτόκολλο CAN από την Allen-Bradley, εστιάζει σε απλή διασύνδεση συσκευών και ελεγκτών |
| EtherCAT | Πρωτόκολλο πραγματικού χρόνου βασισμένο σε Ethernet της Beckhoff, υποστηρίζει συγχρονισμένους χρονισμούς και πολυαξονική συνεργασία· κατάλληλο για ταχεία και ακριβή έλεγχο |
| PROFINET | Βιομηχανικό Ethernet προωθούμενο από τη Siemens, ενσωματώνει τεχνολογίες IT και επικοινωνία σε πραγματικό χρόνο· κατάλληλο για εργοστασιακό και διεργασιακό αυτοματισμό |
| IO-Link | Πρωτόκολλο σημείο-προς-σημείο για αισθητήρες-ενεργοποιητές· παρέχει έξυπνη διαγνωστική και απομακρυσμένη ρύθμιση παραμέτρων |
| Ethernet/IP | Ανήκει στην οικογένεια CIP (Common Industrial Protocol), προωθούμενο από τη Rockwell· κατάλληλο για κατανεμημένες μονάδες οδήγησης, πεδία συσκευών, SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Ανοιχτό πρωτόκολλο master-slave, κατάλληλο για επεκτάσιμα απομακρυσμένα I/O και κατανεμημένα συστήματα |
| UART | Σειριακή διεπαφή ασύγχρονης επικοινωνίας (π.χ. RS232/RS485), συχνή σε απλούς ή χαμηλού κόστους encoder |
| SPI/I²C | Σειριακές διεπαφές σε επίπεδο ημιαγωγών· κατάλληλες για μικρού μεγέθους ή χαμηλής κατανάλωσης σχεδίαση encoder |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, μέσω οπτικών ινών ή Ethernet για έλεγχο κίνησης σε πραγματικό χρόνο· χρησιμοποιείται σε CNC και συστήματα σερβο υψηλής ακρίβειας |
Όροι σχετικά με τη μηχανική εγκατάσταση και διεπαφές
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Συμπαγής άξονας | Ο κεντρικός άξονας του encoder είναι ένα συμπαγές κυλινδρικό τεμάχιο· για τη μετάδοση ροπής χρειάζεται εξωτερικός σύνδεσμος (coupling) ή σύσφιξη |
| Κοίλος άξονας (hollow shaft) | Ο encoder έχει κοίλο άξονα, μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στον άξονα του κινητήρα, μειώνοντας την ανάγκη πρόσθετης ζεύξης |
| Ημικοίλος άξονας | Κοίλος άξονας κλειστός στη μία άκρη, προσφέρει οικονομία χώρου και εύκολη εγκατάσταση |
| Σύνδεση με φλάντζα (Flange Mount) | Η στερέωση του encoder στη συσκευή γίνεται μέσω φλάντζας (εμπρόσθιας ή τύπου synchro)· σύνηθες στα DIN πρότυπα (στρογγυλή ή τετράγωνη φλάντζα) |
| Synchro Flange | Τυπική στρογγυλή φλάντζα εγκατάστασης, σταθεροποιούμενη με σύσφιξη ή βίδες |
| Φλάντζα σύσφιξης σερβοκινητήρα | Διαθέτει αυλάκι ή οπές ευθυγράμμισης, επιτρέπει γρήγορη στοίχιση και στερέωση σε σερβοκινητήρα ή σε μηχανικό σύστημα |
| Απόσταση οπών στερέωσης | Απόσταση μεταξύ των οπών βιδών στο περίβλημα του encoder· πρέπει να ταιριάζει με την επιφάνεια στερέωσης της μηχανής |
| Βάθος εγκατάστασης | Πόσο βαθιά εισάγεται ο άξονας ή η κοίλη φωλιά του encoder· αν είναι πολύ μικρό, υπάρχει χαλαρότητα, αν είναι πολύ μεγάλο, μπορεί να προκαλεί ζημιά |
| Συμπλέκτης (coupling) | Συνδέει τον συμπαγή άξονα του encoder με τον άξονα του κινητήρα/μηχανισμού· κοινοί τύποι: εύκαμπτος, με φυσερό (bellow), άκαμπτος κλπ. |
| Ακτινικό/αξονικό φορτίο | Το μέγιστο ακτινικό ή αξονικό φορτίο που αντέχει το έδρανο του encoder· υπέρβαση μειώνει τη διάρκεια ζωής και την ακρίβεια |
Προσαρμογή στο περιβάλλον και αξιοπιστία
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Βαθμός IP (IP Rating) | Καθορισμένος από την IEC 60529 για αντοχή σε σκόνη και νερό (π.χ. IP65, IP67, IP68)· όσο μεγαλύτερος ο αριθμός, τόσο καλύτερη η προστασία |
| Θερμοκρασία λειτουργίας | Το εύρος θερμοκρασίας στο οποίο ο encoder λειτουργεί σύμφωνα με την ονομαστική ακρίβεια, π.χ. από -20°C μέχρι +85°C |
| Θερμοκρασία αποθήκευσης | Το επιτρεπτό θερμοκρασιακό εύρος, όταν η συσκευή είναι εκτός λειτουργίας (χωρίς τροφοδοσία) |
| Αντοχή σε δονήσεις | Πόσο ισχυρές μηχανικές δονήσεις μπορούν να ανεχθούν τα έδρανα και η εσωτερική δομή του encoder, συνήθως εκφράζεται σε g |
| Αντοχή σε κρούση (shock) | Μέγιστη βραχυπρόθεσμη μεγάλη επιτάχυνση / κρούση που είναι ανεκτή, σε μονάδες g |
| EMC (Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα) | Περιλαμβάνει την αντοχή σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και τον έλεγχο των εκπομπών θορύβου της ίδιας της συσκευής |
| ESD | Αντοχή σε εκκένωση στατικού ηλεκτρισμού (Electrostatic Discharge), αξιολογεί την ευαισθησία του encoder σε ηλεκτροστατικά πλήγματα |
| SIL επίπεδο | Safety Integrity Level, π.χ. SIL2 ή SIL3· για εφαρμογές κρίσιμες για την ασφάλεια (ανελκυστήρες, ρομπότ, συστήματα ελέγχου σιδηροδρόμων κτλ.) |
| MTBF | Mean Time Between Failures, μέσος χρόνος μεταξύ αστοχιών, αποτελεί δείκτη αξιοπιστίας της συσκευής |
| RoHS / REACH | Οδηγία περιορισμού επικίνδυνων ουσιών / κανονισμός καταχώρησης χημικών· αφορά την περιβαλλοντική και ασφαλιστική συμμόρφωση των υλικών του encoder |
Όροι για ακρίβεια, σφάλματα και βαθμονόμηση συστημάτων
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Ακρίβεια συστήματος | Η μέγιστη απόκλιση μεταξύ της πραγματικής θέσης και της εξόδου του encoder· περιλαμβάνει σφάλματα encoder, σφάλματα συναρμολόγησης και σφάλματα στον ελεγκτή |
| Διακριτική ικανότητα (resolvability) | Η ελάχιστη αλλαγή θέσης που μπορεί να ανιχνεύσει ο encoder· όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο πιο μικρή κίνηση μπορεί να καταγραφεί |
| Επαναληψιμότητα | Ο βαθμός συνέπειας των αποτελεσμάτων όταν επιστρέφουμε πολλές φορές στην ίδια θέση· κυρίως επηρεάζεται από μηχανικό τζόγο και θόρυβο σήματος |
| Γραμμικό σφάλμα | Μη-γραμμική απόκλιση μεταξύ της εξόδου του encoder και της πραγματικής μετατόπισης· συνήθως μειώνεται με βαθμονόμηση ή λογισμική αντιστάθμιση |
| Σφάλμα μηδενικής θέσης (zero offset) | Η μετατόπιση μεταξύ του παλμού Z ή του σημάδιου μηδενικής αναφοράς και της πραγματικής μηχανικής θέσης μηδενός· διορθώνεται μηχανικά ή μέσω λογισμικού |
| Σφάλμα κωδικοποίησης (encoding error) | Μικρές αποκλίσεις λόγω κατασκευής του δίσκου, μη ομοιόμορφης κατανομής μαγνητικών πόλων, κακής συναρμολόγησης κ.ά. |
| Συντελεστής βαθμονόμησης | Παράμετρος που χρησιμοποιείται για τη βαθμονόμηση συστήματος ή τη γραμμική αντιστάθμιση, βοηθά στη βελτίωση της συνολικής ακρίβειας |
| PID ανάδραση (PID Feedback) | Σε ένα σερβοσύστημα ο encoder λειτουργεί ως αισθητήρας σε κλειστό βρόχο ελέγχου· μέσω των ρυθμίσεων (P, I, D) το σύστημα ακολουθεί πιστά τον επιθυμητό στόχο κίνησης |
| Υστέρηση (Hysteresis) | Σφάλμα επιστροφής θέσης όταν αλλάζει η κατεύθυνση κίνησης, οφείλεται μερικώς σε τζόγο ή τριβή· μπορεί να εμφανιστεί σε ορισμένους αυξητικούς encoder ή συστήματα μετάδοσης |
Άλλοι συνηθισμένοι όροι και συμπληρωματικές διευκρινίσεις
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Κώδικας Gray (Gray Code) | Τρόπος κωδικοποίησης όπου δύο διαδοχικές τιμές κώδικα διαφέρουν μόνο σε ένα bit· μειώνει το τρεμόπαιγμα στις μεταβάσεις· κοινός σε απόλυτους encoder |
| Δυαδική κωδικοποίηση (Binary Code) | Απόλυτος encoder που παράγει άμεσα δυαδική έξοδο για εύκολη ερμηνεία από τον ελεγκτή |
| Κώδικας BCD (Binary-Coded Decimal) | Κάθε 4 bit αναπαριστούν ένα δεκαδικό ψηφίο· εμφανίζεται σε παλαιότερους απόλυτους encoder ή όργανα μέτρησης |
| Excess Code | Μία μορφή κώδικα με μετάθεση (offset) που επιτρέπει πιο ομαλές μεταβάσεις· συναντάται σε ορισμένους παλαιότερους ή προσαρμοσμένους απόλυτους encoder |
| Πολύστροφα γρανάζια | Σε μηχανικούς πολύστροφους (multiturn) απόλυτους encoder, τα εσωτερικά γρανάζια καταγράφουν τον αριθμό των περιστροφών |
| Ηλεκτρονικός multiturn | Χωρίς μηχανικά γρανάζια, ο αριθμός περιστροφών αποθηκεύεται σε εσωτερικό κύκλωμα ή μαγνητική μνήμη· κοινό σε BLDC σερβοκινητήρες με ενσωματωμένο encoder |
| Κανάλια UVW | Αυξητικά σήματα μεταγωγής (commutation) για τον συγχρονισμό των τριφασικών τυλιγμάτων ενός κινητήρα· συναντώνται σε σερβοκινητήρες και BLDC |
| Λόγος S/N (Signal to Noise Ratio) | Αναλογία ισχύος σήματος προς θόρυβο· χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της καθαρότητας και σταθερότητας της εξόδου του encoder |
| Μέγιστη ταχύτητα περιστροφής | Η υψηλότερη ταχύτητα κατά την οποία ο encoder μπορεί να λειτουργήσει με ασφάλεια και διατηρώντας την ακρίβειά του· υπέρβαση μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση σήματος ή φθορά των εδράνων |
| Μέγιστη γραμμική ταχύτητα | Η υψηλότερη επιτρεπτή ταχύτητα κινήσεως που ένας γραμμικός encoder μπορεί να μετρήσει χωρίς σφάλματα· υπέρβαση μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκές εύρος ζώνης για αυξητικά σήματα ή δεδομένα |
| Πλεονάζων encoder (Redundant encoder) | Encoder με διπλό αισθητήρα ή διπλή έξοδο, κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ασφάλειας (π.χ. SIL3). Αν ο κύριος encoder πάθει βλάβη, αναλαμβάνει ο εφεδρικός |
Πρότυπα αναφοράς και επεκτάσεις
- IEC 60050-351: Ορολογία βιομηχανικής μέτρησης και ελέγχου
- ISO 13849: Πρότυπο λειτουργικής ασφάλειας για μηχανήματα (συχνά χρησιμοποιείται σε κωδικοποιητές ασφαλείας)
- IEC 60529: Προσδιορισμός βαθμών προστασίας περιβλημάτων (IP επίπεδα)
- IEC 61800-5-2: Απαιτήσεις ασφάλειας για συστήματα κίνησης με μεταβλητή ταχύτητα, κοινά σε σερβοκινητήρες και encoder λειτουργικής ασφάλειας
- CiA 406: Προδιαγραφή συσκευών encoder για CANopen
- IEC 61158: Σειρά πρωτοκόλλων βιομηχανικών fieldbus
- EnDat, BiSS, SERCOS: Κύρια σειριακά πρωτόκολλα επικοινωνίας για encoder
Σημείωση: Οι ορισμοί ενδέχεται να διαφέρουν ελαφρώς ανάλογα με τον κατασκευαστή ή το βιομηχανικό πρότυπο. Για ακριβείς λεπτομέρειες, συνιστάται η αναφορά στο εγχειρίδιο του εκάστοτε προϊόντος. Αυτή η σελίδα θα ενημερώνεται συνεχώς για να καλύπτει νέες τεχνολογίες και εφαρμογές. Μπορείτε να συνεισφέρετε πρόσθετες πληροφορίες και διορθώσεις στο Encoder.wiki!