انواع انکودر
انکودرها «چشمان» سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و کنترل حرکت دقیق هستند و می‌توانند حرکت مکانیکی را به‌طور دقیق به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کنند. بسته به نیاز کاربرد و فناوری مورد استفاده، می‌توان انواع آن‌ها را از سه دیدگاه نوع سیگنال خروجی، شکل اندازه‌گیری و اصل اندازه‌گیری دسته‌بندی کرد. در ادامه تفصیلی حرفه‌ای و جامع ارائه شده است.
یک. دسته‌بندی بر اساس نوع سیگنال خروجی
1. انکودر افزایشی (Incremental Encoder)
- اصل کار: با استفاده از حسگرهای نوری یا مغناطیسی پالس‌های A/B با فاز عمود بر هم تولید می‌کند و با پالس Z بازگشت به نقطه صفر را اعلام می‌کند.
- شاخص‌های کلیدی:
- رزولوشن: معمولاً ۵۰۰ تا ۱۰٬۰۰۰ PPR؛ با استفاده از تفکیک (4×، 16×) می‌توان تا ده‌ها هزار یا میلیون PPR ارتقا داد.
- کیفیت سیگنال: خطای فاز < ۵°، نوسان (جیت) < ±۱ LSB.
- استاندارد خروجی: TTL (۰–۵V)، HTL (۱۰–۳۰V)، درایو تفاضلی RS‑422.
- مزایا و معایب:
- مزایا: هزینه پایین، پاسخ‌دهی سریع و مناسب برای کنترل سرعت/موقعیت حلقه بسته.
- معایب: در قطع برق موقعیت از دست می‌رود و نیاز به شمارنده خارجی و فرآیند بازگشت به صفر دارد.
- کاربردهای نمونه: درایو سروو، اندازه‌گیری سرعت موتور، کنترل کورس در مکانیزم رفت‌وبرگشت.
2. انکودر مطلق (Absolute Encoder)
- اصل کار: هر موقعیت متناظر با یک کد یکتا (باینری یا Gray) است و بدون نیاز به بازگشت به صفر می‌توان موقعیت مطلق را خواند؛ نسخه‌های چنددور با چرخ‌دنده یا مدارات شمارش دور ارائه می‌شوند.
- شاخص‌های کلیدی:
- رزولوشن تک‌دور: ۸–۲۰ بیت؛ محدوده چنددور: ۱۶–۳۲ بیت.
- فرمت کدگذاری: Gray، Binary، BCD، Excess‑3 و غیره.
- پروتکل‌های ارتباطی: SSI، BiSS‑C، EnDat 2.2 (همزمان)، CANopen، Profinet (شبکه‌ای).
- مزایا و معایب:
- مزایا: حفظ موقعیت پس از قطعی برق، مناسب سیستم‌های چندمحور با نیاز به اطمینان بالا؛ پیکربندی آنلاین پارامترها.
- معایب: هزینه بالاتر؛ پروتکل‌های سریال نیاز به کنترلرهای پهنای‌باند بالا دارند.
- کاربردهای نمونه: مفاصل ربات، مراکز فرز CNC چندمحوره، سیستم‌های ایمنی حیاتی.
3. انکودر ترکیبی (Hybrid Encoder)
- تعریف: ترکیب سیگنال‌های افزایشی و مطلق در یک دستگاه برای همزمان ارائه فیدبک سرعت/موقعیت و موقعیت مطلق.
- ویژگی‌ها: ارائه پالس‌های با نرخ بالا و همچنین مقدار موقعیت مطلق، معمولاً در سیستم‌های افزونگی ایمنی کاربرد دارد.
- کاربردهای نمونه: سیستم‌های ایمنی SIL، نظارت چتر هوافضا، AGVهای هوشمند در لجستیک.
دو. دسته‌بندی بر اساس شکل اندازه‌گیری
1. انکودر دورانی (Rotary Encoder)
- ساختار: شفت توپر/توخالی/نیمه‌توخالی، نصب به‌صورت فِلَنج یا پنل.
- مشخصات مکانیکی: قطر شفت φ3–φ20 میلی‌متر، بار شعاعی ۱۰–۵۰ نیوتن، بار محوری ۵–۲۰ نیوتن؛ عمر یاتاقان L₁₀ ≥ 10⁷ ساعت.
- نکات نصب: توازی و هم‌محوری < 0.05 میلی‌متر، جلوگیری از بار وارده به شفت و ارتعاشات بالا.
- نمونه کاربرد: فیدبک سروو موتورها، کنترل تراورس، موقعیت‌دهی شیرها.
2. انکودر خطی (Linear Encoder)
- انواع: ریل نوری، ریل مغناطیسی، ریل خازنی؛ فاصله نوک حسگر تا ریل باید ۰.۱–۱ میلی‌متر باشد.
- دقت: رزولوشن ۰.۰۱–۱ میکرون، خطای خطی < ±۱ µm/m.
- سازگاری محیطی: نوع نوری در محیط بدون گردوغبار؛ نوع مغناطیسی در روغن و گردوغبار نیز عملکرد دارد.
- نمونه کاربرد: اسلاید CNC، بازوی اندازه‌گیری CMM، دستگاه‌های لیتوگرافی نیمه‌هادی.
3. انکودر کابل‌کش (Draw‑Wire Encoder)
- ساختار: قرقره با سیم فولادی و مکانیزم فنر برای حفظ تنش، کورس اندازه‌گیری تا چندین متر.
- دقت: رزولوشن ۰.۱ میلی‌متر؛ تکرارشوندگی < ±۰.۵ میلی‌متر.
- سناریوهای مناسب: اندازه‌گیری ارتفاع سکوی بالابر، تشخیص موقعیت درپوش کرکره، نقشه‌برداری تونل.
- نکات نصب: سیم باید عمود و بدون زاویه کشیده شود تا از انحراف و شکستگی جلوگیری شود.
سه. دسته‌بندی بر اساس اصل اندازه‌گیری
1. انکودر نوری (Optical Encoder)
- روش تشخیص: منبع نور → دیسک شطرنجی → حسگر نوری، تغییرات عبور/بازتاب نور تولید پالس می‌کند.
- مزیت رزولوشن: تا میلیون‌ها PPR؛ نوسان < ±۰.۱ arcsec.
- معایب: حساس به گردوغبار، روغن و تغییرات دما.
- استانداردها: مطابق ISO 23125 برای انکودرهای نوری.
2. انکودر مغناطیسی (Magnetic Encoder)
- روش تشخیص: استفاده از حسگر هال یا مقاومت مغناطیسی برای اندازه‌گیری میدان مغناطیسی.
- قابلیت اطمینان: مقاوم در برابر آلودگی، ارتعاش و تغییرات دما؛ دقت معمول ۰.۱–۰.۵ درجه.
- نمونه کاربرد: موقعیت‌دهی کابین آسانسور، نظارت زاویه‌ای ماشین‌آلات سنگین.
- استانداردها: مطابق DIN 32701 برای انکودرهای مغناطیسی.
3. انکودر خازنی (Capacitive Encoder)
- روش تشخیص: تغییر ظرفیت بین صفحات خازن با جابجایی، بر اساس تحریک AC اندازه‌گیری می‌شود.
- ویژگی‌ها: مصرف پایین، ابعاد کوچک، مقاوم در برابر ارتعاش؛ دقت تا ±۱ میکرون.
- معایب: حساس به محیط فلزی و الکتریسیته ساکن.
- نمونه کاربرد: ربات‌های میکرو، بازوهای پزشکی، پلتفرم‌های میکرو/نانو.
4. انکودر القایی (Inductive Encoder)
- روش تشخیص: برهم‌کنش القایی بین سیم‌پیچ و جسم فلزی هدف برای اندازه‌گیری فاصله.
- مزایا: مقاوم در برابر دما و فشار بالا و تداخل الکترومغناطیسی قوی.
- دقت: معمولاً ±۱۰ میکرون؛ مناسب صنایع سنگین و حمل‌ونقل ریلی.
- استانداردها: راهنمای IEC 62130 برای سنسورهای موقعیت القایی.
چهار. نکات راهنمای انتخاب
- نیاز را مشخص کنید: نوع حرکت (دورانی/خطی)، نوع سیگنال (افزایشی/مطلق).
- تناسب دقت و سرعت: رزولوشن بالا نیازمند پهنای‌باند کنترلر و قابلیت تفکیک مناسب است.
- سازگاری محیطی: انکودر نوری برای اتاق تمیز، مغناطیسی/القا برای محیط‌های آلوده.
- قابلیت اطمینان مکانیکی: توجه به بار یاتاقان، عمر مفید و تراز صحیح نصب.
- سازگاری ارتباطی: اطمینان از پشتیبانی پروتکل و رابط مورد استفاده برای یکپارچه‌سازی و تشخیص خطا.
با استفاده از این سه بُعد دسته‌بندی و مقایسه عملکرد، می‌توانید سریع‌تر مناسب‌ترین نوع انکودر را انتخاب کرده و کارایی تجهیزات را بهینه نموده و هزینه‌های توسعه و نگه‌داری را کاهش دهید.