Encoderin termit
Tämä sivu kokoaa järjestelmällisesti ja selittää yksityiskohtaisesti yleisiä, tärkeitä teknisiä termejä kooderien (encoder) alalta. Se kattaa sähköiset parametrit, signaalilähdöt, mekaanisen rakenteen, viestintäprotokollat, ympäristöön sopeutumisen, tarkkuuskalibroinnin, toiminnallisen turvallisuuden, kuormitusrajat ja monia muita osa-alueita. Se sopii pitkäaikaiseksi viiteaineistoksi insinööreille, järjestelmäintegraattoreille, T&K-henkilöstölle, teknisille hankkijoille sekä käyttäjille, jotka haluavat syvällistä tietoa koodereista.
Kooderin ulostulo- ja signaalitermit
| Termi | Englanninkielinen lyhenne | Määritelmä |
|---|---|---|
| Resoluutio | Resolution | Se, kuinka monta signaalia kooderi generoi yhtä liikeyksikköä kohden. Käytetään mittaustarkkuuden arviointiin. Voi esiintyä muodoissa PPR, CPR, bittiä, LPI, CPI jne. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Pulssien lukumäärä per kierros, tyypillinen inkrementaalisille pyöriville koodereille; ilmaisee, kuinka monta pulssia syntyy yhdellä täydellä kierroksella |
| CPR | Counts Per Revolution | Kooderoinnit (count) per kierros; usein sisältää taajuuden moninkertaistuksen. Esimerkiksi 4-kertaisessa lukutavassa CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | ”Pisteiden” lukumäärä tuumalla; yleinen korkean resoluution optisissa skannauksissa ja lineaarimittauksissa |
| CPI | Counts Per Inch | Kooderin lukumäärä tuumalla (1 tuuma); käytetään lineaarikooderin resoluution arviointiin |
| LPI | Lines Per Inch | Optisella kooderiristikolla (grating) oleva viivojen määrä tuumalla; käytetään myös lineaarikoodereissa tai skannereissa resoluution ilmaisemiseen |
| A/B-vaihe | A/B Channels | Kaksi neliöaaltolähtöä inkrementaalikooderissa, 90° vaihe-erolla (kvadratuuri), joita käytetään suunnan tunnistamiseen ja pulssilaskentaan |
| Z-vaihe | Zero Pulse / Index | Referenssipulssi, joka ilmenee vain kerran kierrosta kohti inkrementaalikooderissa; käytetään nollapisteen palautukseen |
| N-kanava | N Channel | Joissakin valmistajissa toinen nimitys Z-vaiheelle |
| U/V/W | – | Servomoottorin kommutaatiosignaalikanavat, käytetään moottorin sähköiseen kommutaatioon tai vaiheentunnistukseen |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Vakio 5 V digitaalilogiikkataso, sopii lyhyen matkan nopeaan pulssilähtöön |
| HTL | High Threshold Logic | 10–30 V:n logiikkataso, jolla on hyvä häiriönsieto; sopii teollisuusympäristöön |
| Open Collector | OC | Avoin kollektorilähtö, tarvitsee ulkoisen pull-up-vastuksen; joustava jännitetason mukautus |
| Push-Pull | – | Push-pull-lähtö, pystyy ohjaamaan kuormaa molempiin suuntiin ilman pull-up-vastusta; yleinen teollisuuskoodereissa |
| Line Driver | LD / RS422 | Differentiaalilähdön standardi, parantaa häiriönsietokykyä ja mahdollistaa nopeat siirtonopeudet pitkillä etäisyyksillä |
| Jännitelähtö | Voltage Output | Analogiatyyppinen ulostulo (esim. 0–5 V, 0–10 V), sopii yksinkertaiseen analogiasteen lukemiseen |
| Virtalähtö | Current Output | Tyypillinen analogialähtö 4–20 mA, kestää hyvin häiriöitä, sopii pitkien matkojen siirtoon |
| PWM | Pulse Width Modulation | Käyttää pulssinleveyttä tiedon (esim. sijainti- tai kulmatiedon) välittämiseen; joissain räätälöidyissä tai erikoissovelluksissa |
| 1Vpp/11µApp | – | Sini-/kosinimuotoinen analogialähtö, joka löytyy usein optisissa tai magneettiristikkokoodereissa; käytetään erittäin tarkan interpoloinnin mahdollistamiseksi |
Kooderin tyypit, toimintaperiaate ja tunnistusmenetelmät
| Termi | Määritelmä |
|---|---|
| Inkrementaalikooderi | Tuottaa jatkuvia pulsseja, jotka ilmaisevat sijainnin muuttumista; absoluuttiseen sijaintiin tarvitaan pulssien summaus ohjaimessa tai laskurissa |
| Absoluuttikooderi | Jokaisella sijainnilla on yksilöllinen koodi; pysyy muistissa, vaikka virta katkaistaisiin; soveltuu luotettavuutta tai monimutkaista usean akselin sovellusta vaativiin tarkoituksiin |
| Yksikierroskooderi (singleturn) | Mittaa vain yhden kierroksen sisäistä sijaintia, eikä tallenna kierrosmäärää |
| Monikierroskooderi (multiturn) | Sisäänrakennettu hammaspyörästö tai magneettinen/induktiivinen rakenne kierroslukumäärän tallentamiseen; on olemassa mekaanisia ja elektronisia malleja |
| Optinen kooderi | Hyödyntää valonlähdettä, optista ristikkoa ja valoilmaisinta kontaktittomaan mittaukseen; tarjoaa korkean resoluution ja hyvän tarkkuuden |
| Magneettinen kooderi | Hall- tai magneettivastusefektin avulla havaitsee magneettikentän muutoksen; vähemmän herkkä pölylle/öljylle, sopii vaativiin olosuhteisiin |
| Kapasitiivinen kooderi | Perustuu kondensaattorilevyjen välisen sähkökentän muutokseen; kompakti rakenne, sopii rajalliseen tilaan tai kevytrakenteisiin järjestelmiin |
| Induktiivinen kooderi | Mittaa kulman tai siirtymän sähkömagneettisen induktion avulla; kestää hyvin sähkömagneettista häiriötä ja tärinää |
| Kit-kooderi | Myös Kit Encoder, koteloton moduulirakenne, soveltuu upotettavaksi moottoreihin tai robotin niveliin tms. |
| Vetolangallinen kooderi (pull-wire) | Käyttää teräsvaijeria ja kelaa mitatakseen pitkiä lineaarisia siirtymiä, esim. hisseissä, ovijärjestelmissä, nostureissa jne. |
| Pyörivä kooderi | Mittaa akselin kiertokulmaa ja -nopeutta; laajasti käytetty moottoreissa, pyörityspöydissä ja servokäytöissä |
| Lineaarikooderi | Mittaa suoraviivaista liikettä, yleinen CNC-laitteissa, 3D-koordinaattimittauskoneissa, puolijohdeteollisuuden laitteissa |
| Monikanavainen kooderi | Tarjoaa useita signaaleja samanaikaisesti (esim. A/B/Z + UVW + sarjaliitäntä), täyttäen sekä moottorin kommutaatio-, sijainti- että verkkokommunikoinnin tarpeet |
| Ohjelmoitava kooderi | Lähtömuoto, resoluutio, suunta jne. ovat säädettävissä ohjelmiston tai dedikoidun laitteen avulla |
| Koodausmuoto | Kooderin (absoluuttisen) koodausmenetelmä, esim. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code jne. |
Viestintäprotokollat ja teollisuusliitännät
| Protokolla/Liitännät | Määritelmä |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: synkroninen sarjaliitäntä absoluuttikooderin datan siirtoon; yksinkertainen rakenne ja hyvä häiriönsieto |
| BiSS-C | Avoin, nopea synkroninen sarjaprotokolla, tukee full-duplexia ja ketjutettua (daisy-chain) topologiaa useille akseleille; yleinen huippuluokan absoluuttikoodereissa |
| EnDat | Heidenhainin kehittämä kaksisuuntainen sarjaliitäntä, jolla on tarkistustoimintoja ja korkean resoluution palautetietoja |
| CANopen | Avoin protokolla, joka perustuu CAN-väylään, käyttää ns. objektihakemistoa (object dictionary), tuki monisolmuiselle verkolle; laajasti käytetty Euroopan teollisuusautomaation parissa |
| Profibus-DP | Fieldbus-standardi, korkea baudinopeus ja syklinen tietojenvaihto; käytetään usein suurissa prosessinohjauksissa ja diskreetissä valmistuksessa |
| DeviceNet | CAN-väyläprotokolla Allen-Bradleylta, keskittyy yksinkertaisiin laitteiden ja ohjaimien liitäntöihin |
| EtherCAT | Beckhoffin kehittämä reaaliaikainen teollisuus-Ethernet-protokolla, tukee hajautettuja kelloja ja moniakselista synkronointia; sopii nopeaan ja tarkkaan ohjaukseen |
| PROFINET | Siemensin ajama teollinen Ethernet-standardi, yhdistää IT-teknologiat ja reaaliaikaisen viestinnän; sopii tehtaiden ja prosessien automaatioon |
| IO-Link | Anturi-toimilaite-pisteliitäntäprotokolla, tarjoaa älykkään diagnostiikan ja etäparametrien konfiguroinnin |
| Ethernet/IP | Rockwellin tukema CIP (Common Industrial Protocol) -perheen jäsen, sopii hajautetuille käyttömoottoreille, kenttälaitteille ja SCADA-järjestelmille |
| Modbus RTU/TCP | Avoin master-slave-tyyppinen viestintäprotokolla; soveltuu laajennettaville etä-I/O-järjestelmille ja hajautetuille arkkitehtuureille |
| UART | Yleinen asynkroninen sarjaliitäntä (esim. RS232/RS485), usein yksinkertaisissa tai edullisissa kooderimoduuleissa |
| SPI/I²C | Puolijohdetason sarjaliitännät, sopivat pienikokoisille tai vähävirtaisille kooderisuunnitelmille |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, valokuituun tai Ethernetiin pohjautuva reaaliaikainen liikkeenohjausprotokolla; käytössä mm. CNC-koneissa ja korkean tarkkuuden servojärjestelmissä |
Asennusrakenne ja mekaaniset liitännät
| Termi | Määritelmä |
|---|---|
| Täysi akseli (solid shaft) | Kooderin keskiakseli on täyssylinteri, momentin siirtoon tarvitaan ulkoinen kytkin tai kiinnityslaite |
| Ontto akseli (hollow shaft) | Kooderin akseli on ontto, voidaan laittaa suoraan moottorin akselille, vähentäen kytkennän tarvetta |
| Puoli-ontto akseli | Ontto akseli, jonka toinen pääty on suljettu; yhdistää tilansäästön ja helpon asennettavuuden |
| Laippakiinnitys (Flange Mount) | Kooderin kiinnitys laipalla etupuolelta tai ns. synchro-laipalla; yleinen DIN-standardeissa (pyöreä tai neliömäinen laipparatkaisu) |
| Synchro-laippa (Synchro Flange) | Vakiorakenteinen pyöreä laippa-asennus, kiinnitetty puristimella tai ruuveilla |
| Servo-puristuslaippa (servo clamp flange) | Laippa, jossa puristusura tai kohdistusreiät, nopeaan kohdistamiseen ja kiinnitykseen servomoottoriin tai mekaaniseen järjestelmään |
| Asennusreikien jaotusetäisyys (pitch) | Kooderin rungon ruuvinreikien välinen etäisyys; on vastattava koneen asennuspintaa |
| Asennussyvyys | Kuinka syvälle kooderin akseli tai ontto holkki asetetaan; liian vähäinen asennus voi aiheuttaa väljyyttä, liian syvä voi vahingoittaa laitetta |
| Kytkin (coupling) | Yhdistää täyden akselin kooderin moottorin/mekaniikan akseliin; yleisiä tyyppejä: joustava kytkin, paljekytkin (bellow), jäykkä kytkin jne. |
| Radiaalinen/aksiaalinen kuorma | Maksimivoima radiaali- tai aksiaalisuunnassa, jonka kooderin laakeri kestää; ylittyessään lyhentää elinikää ja heikentää tarkkuutta |
Ympäristöön sopeutuminen ja luotettavuus
| Termi | Määritelmä |
|---|---|
| IP-luokka (IP Rating) | IEC 60529:n mukainen suojaluokka pölyä ja vettä vastaan (esim. IP65, IP67, IP68); suurempi numero merkitsee parempaa suojaa |
| Käyttölämpötila | Lämpötila-alue, jolla kooderi toimii nimellisellä tarkkuudella, esim. -20°C … +85°C |
| Varastointilämpötila | Kooderin sallittu lämpötila-alue silloin, kun laite ei ole kytkettynä sähköverkkoon |
| Tärinänkestävyys | Kooderin laakereiden ja sisäisen rakenteen kyky kestää mekaanisia värähtelyjä, yleensä ilmoitetaan g-yksikköinä |
| Iskunkestävyys | Lyhytaikaisen suuren kiihtyvyyden / iskun sietokyky, g-yksikköisinä |
| EMC (Electromagnetic Compatibility) | Sähkömagneettinen yhteensopivuus; sisältää sieto sähkömagneettisille häiriöille sekä omien haitallisten häiriölähetysten rajoittamisen |
| ESD | Elektrostaattisen purkauksen (Electrostatic Discharge) kestävyys, mittaa kooderin herkkyyttä staattisen sähkön impulsseille |
| SIL-taso (Safety Integrity Level) | Esim. SIL2 tai SIL3; käytetään turvallisuuskriittisissä sovelluksissa (hissit, robotit, junan ohjausjärjestelmät jne.) |
| MTBF (Mean Time Between Failures) | Keskimääräinen vikojen välinen aika, heijastaa laitteen yleistä luotettavuutta |
| RoHS / REACH | Ympäristön ja turvallisuuden mukainen materiaalirajoitus / kemikaalien rekisteröintiasetus; koskee kooderin materiaalien yhteensopivuutta |
Tarkkuus, virheet ja järjestelmän kalibrointi
| Termi | Määritelmä |
|---|---|
| Järjestelmän tarkkuus | Suurin ero enkoderin ulostuloarvon ja todellisen sijainnin välillä, mukaan lukien enkoderin virhe, asennusvirhe sekä ohjaimen virhe |
| Erottelukyky (resolvability) | Pienin havaitettava sijainnin muutos, jonka kooderi voi tunnistaa; mitä suurempi, sitä pienempää liikettä voidaan mitata |
| Toistettavuus | Määrä, jolla saadaan johdonmukaiset tulokset palattaessa samaan pisteeseen useasti; vaikuttaa eniten mekaaninen välys ja signaalin kohina |
| Lineaarivirhe | Epälineaarinen poikkeama kooderin antaman lähdön ja todellisen liikkeen välillä; yleensä korjataan kalibroinnilla tai ohjelmallisella kompensaatiolla |
| Nollapistevirhe (zero offset) | Z-vaiheen tai referenssisignaalin ja mekaanisen nollakohdan välinen siirtymä; voidaan korjata mekaanisesti tai ohjelmallisesti |
| Koodausvirhe | Pienet poikkeamat, jotka johtuvat koodilevyn valmistuksesta, napojen epätasaisesta jakautumisesta, asennusvirheistä jne. |
| Kalibrointikerroin | Parametri, jota käytetään järjestelmän kalibrointiin tai lineaariseen kompensaatioon, edistää kokonaistarkkuuden parantamista |
| PID-palaute | Servojärjestelmässä kooderi toimii anturina suljetussa ohjauspiirissä; P-, I- ja D-säätöjen avulla liikettä voidaan seurata tarkasti annetun tavoitteen mukaisesti |
| Hystereesi | Sijainnin palausvirhe suunnan vaihtuessa, osin välyksen tai kitkan aiheuttama; voi esiintyä joissain inkrementaalisissa koodereissa tai voimansiirtojärjestelmissä |
Muut yleiset termit ja täydentävät selitykset
| Termi | Määritelmä |
|---|---|
| Gray-koodi (Gray Code) | Koodausmenetelmä, jossa vierekkäiset koodisanat eroavat toisistaan vain yhdessä bitissä; vähentää vaihtotilanteen häiriöitä; absoluuttikoodereissa yleinen |
| Binäärikoodi (Binary Code) | Absoluuttikooderin ulostulo on suoraan binäärisessä muodossa, jota ohjauslukulaite voi helposti tulkita |
| BCD-koodi (Binary-Coded Decimal) | Joka 4 bittiä vastaa yhtä desimaalinumeroa; löytyy joistain vanhemmista absoluuttikoodereista tai mittauslaitteista |
| Excess Code | Eräänlainen offset-koodausmenetelmä, joka tasaa siirtymiä paremmin; joskus vanhemmissa tai räätälöidyissä absoluuttikoodereissa |
| Monikierroshammasratassarja | Mekaanisissa monikierros (multiturn) absoluuttikoodereissa sisäiset hammaspyörät laskevat kierrosten määrän |
| Elektroninen multiturn | Kierrosmäärä tallennetaan sisäisellä piirillä tai magneettimuistilla, ei tarvita mekaanisia ratassysteemejä; yleinen harjattomissa servomoottoreissa (BLDC), joihin on integroitu kooderi |
| UVW-kanavat | Eräänlaiset inkrementaaliset kommutaatiokanavat kolmivaiheisen moottorin käämien synkronointiin; tavallinen servomoottoreissa ja BLDC-ajureissa |
| S/N-suhde (Signal to Noise Ratio) | Signaalin ja kohinan voimakkuuden vertailu, jolla arvioidaan kooderin lähdön selkeyttä ja vakautta |
| Maksimikierrosnopeus | Korkein pyörimisnopeus, jolla kooderi yhä toimii turvallisesti säilyttäen tarkkuutensa; sen ylitys voi aiheuttaa signaalin häiriöitä tai nopeampaa laakerien kulumista |
| Maksimi lineaarinen nopeus | Korkein liikkumisnopeus, jonka lineaarikooderi voi lukea virheettömästi; ylityksessä inkrementaalisignaalin tai datan kaistanleveys ei ehkä riitä |
| Redundantti kooderi | Kooderi, jossa on kaksi anturia tai kaksoislähtö; käytetty turvallisuuskriittisissä sovelluksissa (esim. SIL3). Jos pääkooderi vikaantuu, varakooderi ottaa sen roolin |
Viitesäännöt ja laajennukset
- IEC 60050-351: Teollisten mittaus- ja ohjaustermien sanasto
- ISO 13849: Koneiden turvallisuuden toiminnallinen standardi (käytössä usein turvallisuuskoodereiden osalta)
- IEC 60529: Koteloiden suojausluokitusten (IP-luokat) määrittely
- IEC 61800-5-2: Muuttuvanopeuksisten käyttöjen turvallisuusvaatimukset; yleinen servon ja turvallisuustoimintojen enkodereissa
- CiA 406: CANopen-kooderilaitteiden erittely
- IEC 61158: Teollisten fieldbus-protokollien perhe
- EnDat, BiSS, SERCOS: Tärkeimmät sarjallisen kommunikaation protokollat koodereille
Huom: Määritelmät voivat hieman vaihdella eri valmistajilla tai teollisuusstandardeissa. Yksittäisen tuotteen kohdalla on suositeltavaa tarkistaa ko. tuotteen dokumentaatio. Tätä sivua päivitetään jatkuvasti uusien teknologioiden ja nousevien sovellusalueiden kattamiseksi. Tervetuloa jakamaan lisäyksiä ja korjauksia Encoder.wiki -sivustolla!