Τύποι κωδικοποιητών

Οι encoder αποτελούν τα «μάτια» των βιομηχανικών συστημάτων αυτοματισμού και των συστημάτων ακριβείας ελέγχου κίνησης, μετατρέποντας με ακρίβεια την μηχανική κίνηση σε ηλεκτρικά σήματα. Ανάλογα με τις απαιτήσεις της εφαρμογής και την τεχνολογία, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις άξονες: τύπος εξόδου σήματος, μορφή μέτρησης και αρχή ανίχνευσης. Ακολουθεί επαγγελματική και λεπτομερής ανάλυση.

I. Κατά Τύπο Σήματος Εξόδου

1. Incremental Encoder (Ενισχυτικός/Αυξανόμενος Encoder)

• Αρχή λειτουργίας: Με αισθητήρα οπτικού ή μαγνητικού πεδίου παράγει παλμούς A/B σε τετραγωνική διαμόρφωση (quadrature), ενώ η φάση Z δίνει ένα μοναδικό παλμό home.
• Κύριοι δείκτες:
  • Ανάλυση (resolution): τυπικά 500–10 000 PPR· με παρεμβολή (4×, 16×) φτάνει σε δεκάδες χιλιάδες ή εκατομμύρια PPR.
  • Ποιότητα σήματος: σφάλμα φάσης < 5°, jitter < ±1 LSB.
• Προδιαγραφές εξόδου: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 διαφορικό.
• Πλεονεκτήματα & Περιορισμοί:
  • Πλεονεκτήματα: χαμηλό κόστος, γρήγορη απόκριση· ιδανικό για κλειστού βρόχου έλεγχο ταχύτητας/θέσης.
  • Περιορισμοί: απώλεια θέσης σε διακοπή ρεύματος· απαιτεί εξωτερικό μετρητή και διαδικασία homing.
• Τυπικές εφαρμογές: σερβοοδηγοί, μέτρηση στροφών κινητήρων, παρακολούθηση διαδρομής παλινδρομικών μηχανισμών.

2. Absolute Encoder (Απόλυτος Encoder)

• Αρχή λειτουργίας: Κάθε θέση αντιστοιχεί σε μοναδικό δυαδικό ή κώδικα Gray, επιτρέποντας άμεση ανάγνωση χωρίς homing· οι πολύστροφες εκδόσεις (multi‑turn) χρησιμοποιούν γρανάζια ή ηλεκτρονικούς μετρητές κύκλων.
• Κύριοι δείκτες:
  • Ανάλυση σε έναν κύκλο: 8–20 bit· πολυστροφική ανάλυση: 16–32 bit.
  • Μορφές κώδικα: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 κ.ά.
• Διεπαφές: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (συγχρονισμένο), CANopen, Profinet (Ethernet).
• Πλεονεκτήματα & Περιορισμοί:
  • Πλεονεκτήματα: διατηρεί θέση μετά από διακοπή ρεύματος· κατάλληλο για συστήματα πολλαπλών αξόνων με υψηλή αξιοπιστία· υποστηρίζει παράμετροποίηση online.
  • Περιορισμοί: υψηλότερο κόστος· οι σειριακές διεπαφές απαιτούν controllers με μεγάλο εύρος ζώνης.
• Τυπικές εφαρμογές: αρθρώσεις ρομποτικών βραχιόνων, CNC μηχανές πολλαπλών αξόνων, κρίσιμα συστήματα ασφαλείας.

3. Hybrid Encoder (Υβριδικός Encoder)

• Ορισμός: Συνδυάζει σε μία συσκευή σήματα incremental και absolute, προσφέροντας τόσο υψηλής ταχύτητας παλμούς όσο και απόλυτη θέση.
• Χαρακτηριστικά: Παράλληλη παροχή παλμών υψηλής συχνότητας και απόλυτης θέσης· χρησιμοποιείται σε συστήματα ασφάλειας με πλεονασμό (SIL).
• Τυπικές εφαρμογές: συστήματα ασφαλείας SIL, παρακολούθηση αεροδιαστημικών αλεξιπτώτων, έξυπνα AGV σε logistics.

II. Κατά Μορφή Μέτρησης

1. Rotary Encoder (Περιστροφικός Encoder)

• Δομή: άξονας συμπαγής/κοίλος/ημι‑κοίλος, εγκατάσταση με φλάντζα ή σε πάνελ.
• Μηχανικά χαρακτηριστικά: διάμετρος άξονα φ3–φ20 mm· ακτινικό φορτίο 10–50 N· αξονικό φορτίο 5–20 N· διάρκεια ζωής ρουλεμάν L₁₀ ≥ 10⁷ h.
• Σημεία εγκατάστασης: ευθυγράμμιση < 0,05 mm; αποφυγή πλευρικού φορτίου και ισχυρών κραδασμών.
• Παραδείγματα χρήσης: ανάδραση σερβοκινητήρα, έλεγχος περιστροφικών πλατφορμών, τοποθέτηση βανών.

2. Linear Encoder (Γραμμικός Encoder)

• Τύποι: οπτικός χάρακας, μαγνητικός χάρακας, χωρητικός χάρακας· κενό 0,1–1 mm μεταξύ κεφαλής και χάρακα.
• Ακρίβεια: ανάλυση 0,01–1 µm· γραμμικό σφάλμα < ±1 µm/m.
• Περιβαλλοντική αντοχή: οπτικός σε καθαρούς χώρους· μαγνητικός λειτουργεί σε σκονισμένο ή λιπαρό περιβάλλον.
• Παραδείγματα χρήσης: CNC τραπέζια, CMM βραχίονες μέτρησης, εξοπλισμός εκτύπωσης ημιαγωγών.

3. Draw‑Wire Encoder (Encoder με Τεντωμένο Σύρμα)

• Δομή: τύμπανο με ελατήριο και χάλκινο σύρμα, μετρήσεις έως μερικά μέτρα.
• Ακρίβεια: ανάλυση 0,1 mm· επαναληψιμότητα < ±0,5 mm.
• Σενάρια χρήσης: μέτρηση ύψους ανυψωτικών πλατφορμών, ανίχνευση θέσης ρολών, χαρτογράφηση σηράγγων.
• Συμβουλές εγκατάστασης: το σύρμα να είναι κατακόρυφα τεντωμένο· αποφυγή πλευρικών τάσεων και καμπυλών.

III. Κατά Αρχή Ανίχνευσης

1. Optical Encoder (Οπτικός Encoder)

• Μέθοδος ανίχνευσης: φωτεινή πηγή → δίσκος κωδικοποίησης → φωτοαισθητήρας· παλμοί από αλλαγές διάθλασης/ανάκλασης.
• Πλεονέκτημα ανάλυσης: έως εκατομμύρια PPR· jitter < ±0,1 arcsec.
• Μειονεκτήματα: ευαίσθητος σε σκόνη, λάδια, θερμοκρασιακές διακυμάνσεις.
• Πρότυπα: σύμφωνα με ISO 23125 για οπτικούς encoder.

2. Magnetic Encoder (Μαγνητικός Encoder)

• Μέθοδος ανίχνευσης: αισθητήρες Hall ή μαγνητοαντίστασης μετρούν μεταβολές μαγνητικού πεδίου.
• Αξιοπιστία: ανθεκτικός σε ρύπανση, κραδασμούς, θερμική παρέκκλιση· ακρίβεια 0,1–0,5°.
• Παραδείγματα χρήσης: θέση θαλάμου ανελκυστήρα, επιτήρηση γωνίας βαρέων μηχανημάτων.
• Πρότυπα: σύμφωνα με DIN 32701 για μαγνητικούς encoder.

3. Capacitive Encoder (Χωρητικός Encoder)

• Μέθοδος ανίχνευσης: μέτρηση μεταβολών χωρητικότητας μεταξύ πλακών με διέγερση AC.
• Χαρακτηριστικά: χαμηλή κατανάλωση, συμπαγής, ανθεκτικός σε κραδασμούς· ακρίβεια ±1 µm.
• Μειονεκτήματα: ευαίσθητος σε μεταλλικά περιβάλλοντα και στατικό ηλεκτρισμό.
• Παραδείγματα χρήσης: μικρορομπότ, ιατρικοί ρομποτικοί βραχίονες, μικρο/νανο πλατφόρμες.

4. Inductive Encoder (Επαγωγικός Encoder)

• Μέθοδος ανίχνευσης: μέτρηση απόστασης μέσω μεταβολών επαγωγικής σύζευξης μεταξύ πηνίου και μεταλλικού στόχου.
• Πλεονεκτήματα: ανθεκτικός σε υψηλές θερμοκρασίες, πιέσεις και ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
• Ακρίβεια: συνήθως ±10 µm· κατάλληλος για βαριά βιομηχανία και σιδηροδρομικές εφαρμογές.
• Πρότυπα: σύμφωνα με IEC 62130 για επαγωγικούς αισθητήρες θέσης.

IV. Συμβουλές Επιλογής

1. Καθορίστε τις απαιτήσεις: τύπος κίνησης (περιστροφική/γραμμική), τύπος σήματος (incremental/absolute).
2. Εξισορρόπηση ακρίβειας & ταχύτητας: η υψηλή ανάλυση απαιτεί κατάλληλο εύρος ζώνης ελεγκτή και δυνατότητες παρεμβολής.
3. Προσαρμογή στο περιβάλλον: οπτικά για καθαρούς χώρους· μαγνητικά/επαγωγικά για σκληρές συνθήκες.
4. Μηχανική αξιοπιστία: λάβετε υπόψη φορτία ρουλεμάν, διάρκεια ζωής και ευθυγράμμιση κατά την εγκατάσταση.
5. Συμβατότητα επικοινωνίας: βεβαιωθείτε για υποστήριξη πρωτοκόλλων και διεπαφών για ενσωμάτωση και διάγνωση.

Με αυτήν την τρισδιάστατη κατηγοριοποίηση και τη συγκριτική ανάλυση απόδοσης, μπορείτε να επιλέξετε γρήγορα τον πιο κατάλληλο encoder, να βελτιστοποιήσετε τις επιδόσεις του εξοπλισμού και να μειώσετε το κόστος ανάπτυξης και συντήρησης.