Enkooderityypit

Enkooderit ovat teollisen automaation ja tarkkuusliikkeen ohjausjärjestelmien “silmät”, jotka muuntavat mekaanisen liikkeen tarkasti sähköisiksi signaaleiksi. Sovellustarpeiden ja teknisen toteutuksen mukaan ne voidaan luokitella kolmeen ulottuvuuteen: lähtösignaalin tyyppi, mittausmuoto ja tunnistusperiaate. Alla on ammattilaisille suunnattu, yksityiskohtainen analyysi.

I. Luokittelu lähtösignaalin tyypin mukaan

1. Inkrementaalinen enkooderi (Incremental Encoder)

• Toimintaperiaate: Optisen tai magneettisen anturin avulla luodaan A/B‑faasipulsseja, ja Z‑faasi tuottaa yhden kertaluonteisen nollapulssin.
• Keskeiset parametrit:
  • Resoluutio: Tyypillisesti 500–10 000 PPR; interpoloinnilla (4×, 16×) voidaan saavuttaa kymmeniä tuhansia tai miljoonia PPR.
  • Signaalin laatu: Faasivirhe < 5°, jitter < ±1 LSB.
• Ulostulostandardit: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 differenssiveto.
• Edut ja haitat:
  • Edut: Edullinen, nopea vaste, sopii suljetun silmukan (nopeus/paikka) säätöön.
  • Haitat: Virrankatko menettää paikatiedon; vaatii ulkoisen laskurin ja nollausprosessin.
• Tyypilliset sovellukset: Servohajottimet, moottorin nopeusmittaus, toistuvan liikkeen kulun valvonta.

2. Absoluuttinen enkooderi (Absolute Encoder)

• Toimintaperiaate: Jokaisella asennolla on ainutlaatuinen binääri- tai Gray‑koodi; ilman nollausajoa luetaan absoluuttinen asento. Monikierrosversiot käyttävät vaihteistoa tai elektronista laskentaa.
• Keskeiset parametrit:
  • Yksikierroksen resoluutio: 8–20 bit; monikierrosalue: 16–32 bit.
  • Koodimuodot: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 jne.
• Rajapinnat: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (synkroni), CANopen, Profinet (verkko).
• Edut ja haitat:
  • Edut: Säilyttää asennon virrankatkon jälkeen, sopii korkean luotettavuuden moniakselisiin järjestelmiin; online‑parametrointi tuettu.
  • Haitat: Kalliimpi; sarjaprotokollat vaativat leveäkaistaisen ohjaimen.
• Tyypilliset sovellukset: Robottinivelet, moniakseliset CNC‑koneet, turvallisuus­kriittiset järjestelmät.

3. Hybridienkooderi (Hybrid Encoder)

• Määritelmä: Yhdistää inkrementaalisen ja absoluuttisen signaalin samaan laitteeseen, tarjoten sekä korkean pulssitaajuuden että absoluuttisen paikkatiedon.
• Ominaisuudet: Tarjoaa samanaikaisesti nopeushabituksen ja absoluuttisen asennon, yleinen turvallisuus­redundanssijärjestelmissä.
• Tyypilliset sovellukset: SIL‑tason turvallisuus­järjestelmät, avaruusteollisuuden varjojärjestelmän valvonta, älykkäät AGV‑logistiikkajärjestelmät.

II. Luokittelu mittausmuodon mukaan

1. Pyörivä enkooderi (Rotary Encoder)

• Rakenne: Kiinteä, ontto tai puoliontto akseli, asennus laipalla tai paneelilla.
• Mekaaniset ominaisuudet: Akselin halkaisija φ3–φ20 mm; säteittäinen kuorma 10–50 N; aksiaalikuorma 5–20 N; laakerin L₁₀‑ikä ≥ 10⁷ h.
• Asennusohjeet: Keskitysvirhe < 0,05 mm; vältä sivukuormitusta ja voimakkaita tärähdyksiä.
• Esimerkkisovellukset: Servomoottorin palaute, pyöriviin pöytiin perustuva ohjaus, venttiilin sijoittaminen.

2. Lineaarinen enkooderi (Linear Encoder)

• Tyypit: Optinen viivain, magneettinen viivain, kapasitanssiviivain; anturin ja viivaimen välinen rako 0,1–1 mm.
• Tarkkuus: Resoluutio 0,01–1 µm; lineaarisuusvirhe < ±1 µm/m.
• Ympäristö­kestävyys: Optinen vaatii puhtaan tilan; magneettinen toimii öljyisissä ja pölyisissä ympäristöissä.
• Esimerkkisovellukset: CNC‑koneen liukupöytä, koordinaattimittakone (CMM), puolijohdelithografia.

3. Vaijerivetoinen enkooderi (Draw‑Wire Encoder)

• Rakenne: Teräslankarulla ja jousitetty kiristysmekanismi, mittausalue useita metrejä.
• Tarkkuus: Resoluutio 0,1 mm; toistettavuus < ±0,5 mm.
• Käyttötilanteet: Nostopöydän korkeuden mittaus, rullaverhon asennon tunnistus, tunnelin kartoitus.
• Asennussuositus: Varmista vaijerin pystykireys, vältä vinokuormitusta ja taivutuksia.

III. Luokittelu tunnistusperiaatteen mukaan

1. Optinen enkooderi (Optical Encoder)

• Tunnistusmenetelmä: Valolähde → koodilevy → valodetektori; läpäisy-/heijastusmuutokset synnyttävät pulssit.
• Resoluutioetu: Jopa miljoonia PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
• Haitat: Herkkä pölylle, öljylle ja lämpötilavaihteluille.
• Normit: ISO 23125 optisille enkoodereille.

2. Magneettinen enkooderi (Magnetic Encoder)

• Tunnistusmenetelmä: Hall‑anturi tai magneettinen vastusmittari havaitsee kentänmuutokset.
• Luotettavuus: Kestää likaa, tärinää ja lämpödriftin; tyypillinen tarkkuus 0,1–0,5°.
• Esimerkkisovellukset: Hissikopin paikoitus, raskaan kaluston kulma‑valvonta.
• Normit: DIN 32701 magneettisille enkoodereille.

3. Kapasitanssi‑enkooderi (Capacitive Encoder)

• Tunnistusmenetelmä: Kapasitanssin muutos levyjen välillä mitataan AC‑virityksellä.
• Ominaisuudet: Pieni virrankulutus, kompakti, tärinänkestävä; tarkkuus ±1 µm.
• Haitat: Herkkä metallialueille ja staattiselle sähkölle.
• Esimerkkisovellukset: Mikrorobotit, lääketieteelliset robotti­kädet, mikro-/nanoplatformit.

4. Induktiivinen enkooderi (Inductive Encoder)

• Tunnistusmenetelmä: Kela ja metallikohteen välinen induktiokytkentä mittaa etäisyyden.
• Edut: Kestää korkean lämpötilan, paineen ja voimakkaat sähkömagneettiset häiriöt.
• Tarkkuus: Tyypillisesti ±10 µm; soveltuu raskaille teollisuudenaloille ja raideliikenteelle.
• Normit: IEC 62130 induktiivisille asemaantureille.

IV. Valintasuositukset

1. Määrittele tarpeet: Liiketyyppi (pyörivä/lineaarinen), signaalityyppi (inkrementaalinen/absoluuttinen).
2. Yhteensopivuus tarkkuuden ja nopeuden välillä: Korkea resoluutio vaatii riittävän ohjaimen kaistanleveyden ja interpolointikyvyn.
3. Ympäristön vaatimukset: Optiset enkooderit puhtaisiin tiloihin; magneettiset/induktiiviset karkaisemiin olosuhteisiin.
4. Mekaaninen luotettavuus: Huomioi laakerikuormat, elinkaari ja tarkka asennus.
5. Liitettävyys: Varmista, että valittu protokolla ja rajapinta tukevat järjestelmän integrointia ja diagnostiikkaa.

Kolmiulotteisen luokittelun ja suorituskykyvertailun avulla löydät nopeasti parhaan enkooderityypin, optimoit laitteiston suorituskyvyn ja vähennät kehitys‑ ja ylläpitokustannuksia.