Mikä on enkooderi?
Enkooderi (Encoder) on anturilaite, joka muuntaa fyysisen liikkeen (kuten pyörimiskulman, lineaarisen siirtymän tai nopeuden) sähköiseksi signaaliksi, jota digitaaliset ohjausjärjestelmät (esim. PLC:t, taajuusmuuttajat, teollisuustietokoneet) voivat valvoa, palauttaa ja ohjata reaaliajassa. Teollisuusautomaation, robotiikan, CNC-laitteiden, lääketieteellisten järjestelmien ja ilmailun tarkkuusliikkeen ohjaussovelluksissa enkooderi on keskeinen komponentti suljetun säätöpiirin ja tarkan paikannuksen toteuttamisessa.
Enkooderien luokittelu (Comprehensive Classification of Encoders)
Enkooderit voidaan luokitella useiden teknisten ominaisuuksien perusteella, kuten mittausmuoto, lähtösignaalityyppi, tunnistusperiaate ja viestintäliittymä.
1. Mittausmuodon mukaan
| Tyyppi | Kuvaus |
|---|---|
| Pyörivä enkooderi (Rotary Encoder) | Havaitsee pyörimisliikkeen (kulmasiirtymä), esim. moottoriakseli |
| Lineaarienkooderi (Linear Encoder) | Mittaa lineaarista liikettä, käytetään työstökoneissa ja asemointialustoissa |
| Vaijeri-enkooderi (Draw Wire Encoder) | Pitkien matkojen mittaus vaijerin vedolla |
| Moduulienkooderi (Encoder Kit) | Modulaarinen rakenne ilman koteloa, soveltuu pienten moottorien integrointiin |
2. Lähtösignaalin mukaan
| Tyyppi | Kuvaus |
|---|---|
| Inkrementaali enkooderi (Incremental Encoder) | Tuottaa suhteellisia A/B/Z-pulssisignaaleja, ohjain laskee jatkuvasti |
| Absoluuttinen enkooderi (Absolute Encoder) | Antaa absoluuttisen sijaintiarvon, voi olla yksikierroksinen tai monikierroksinen |
| Analoginen enkooderi (Analog Encoder) | Tuottaa jatkuvia jännite- tai virtasignaaleja (esim. 0–10V, 4–20mA) |
3. Tunnistusperiaatteen mukaan
| Periaate | Ominaisuudet ja käyttöalueet |
|---|---|
| Optinen (Optical) | Korkea tarkkuus ja resoluutio, puhtaat ympäristöt |
| Magneettinen (Magnetic) | Pölyn- ja öljynkestävä, teollisuusympäristöt |
| Kapasitiivinen (Capacitive) | Kompakti, tärinänkestävä ja energiatehokas |
| Induktiivinen (Inductive) | Erinomainen häiriönsietokyky, raskaat sovellukset |
4. Viestintäliittymän mukaan
| Liittymä | Kuvaus |
|---|---|
| A/B/Z-pulssit | Vakiosignaali inkrementaalilähtöön |
| Analoginen ulostulo | Yhteensopiva perinteisten PLC-järjestelmien kanssa |
| Sarjaliittymä (SSI/BiSS) | Korkea tarkkuus ja reaaliaikaisuus |
| Teollisuusväylä (CANopen/Profibus) | Tukee monipisteviestintää |
| Teollisuus-Ethernet (EtherCAT/Profinet) | Nopea ja luotettava automatisointiverkkoihin |
Miten enkooderit toimivat (How Encoders Work)
Enkooderi koostuu seuraavista pääosista:
- Liikkuva osa: esim. pyörivä akseli, lineaarikisko tai vaijeri
- Koodilevy tai magneettinauha: toistuva rakenne paikannukseen
- Tunnistinosa: optinen, magneettinen, kapasitiivinen tai induktiivinen tunnistin
- Signaalinkäsittely: muuntaa havaitut arvot sähköiseksi signaaliksi
- Lähtöliitäntä: liittää ohjausjärjestelmään tiedonsiirtoa varten
Kun mitattava kohde liikkuu, enkooderin tunnistinjärjestelmä havaitsee sijainnin muutoksen ja muuntaa sen sähköiseksi signaaliksi. Tapahtuma voi perustua valon, magneettikentän, sähkövarauksen tai induktion muutoksiin.
Enkooderin keskeiset ominaisuudet (Key Performance Metrics)
| Parametri | Kuvaus |
|---|---|
| Resoluutio | Signaalien määrä per yksikköliike (PPR tai bittimäärä) |
| Tarkkuus | Suurin ero todellisen ja mitatun arvon välillä |
| Toistettavuus | Mittaustuloksen pysyvyys toistettaessa samaa pistettä |
| Maksimitaajuus | Suurin signaalitaajuus, jonka enkooderi pystyy käsittelemään |
| Lähtölogiikka | TTL, HTL, RS422 jne. |
| Suojausluokka (IP) | IP65/IP67 – pöly- ja vesitiiveys |
Enkooderin tyypilliset käyttökohteet (Common Applications)
- Teollisuusautomaatio: kuljetinhihnojen paikannus, servosäätö, sähkötoimilaitteet
- CNC-koneet: X/Y/Z-akselien sijaintivalvonta, työkalun vaihto
- Robotiikka: nivelkulman tunnistus, alustojen enkooderipalautus
- Lääketieteelliset laitteet: MRI- ja CT-skannerien ohjaus
- Uusiutuva energia: tuuliturbiinien suuntauksen ohjaus, aurinkoseuranta
- Ilmailu ja puolustus: ohjusohjaimet, asennonseuranta
Enkooderin rakenne ja signaalikaaviot
Kuva 1: Yleinen pyörivä enkooderi
Kuva 2: Enkooderin rakenne, sisältää koodilevyn, tunnistimen ja käsittelypiirin
Keskeiset standardit (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: Teollisen mittaustekniikan sanasto
- ISO 13849: Koneiden turvallisuustoiminnot (sis. turvaenkooderit)
- IEC 60529: IP-suojausluokitus
- IEC 61800-5-2: Taajuusmuuttajien turvatoiminnot
- CiA 406: CANopen-enkooderien määritykset
- IEC 61158: Kenttäväyläprotokollat
Sanasto (Glossary)
| Termi | Merkitys |
|---|---|
| PPR | Pulssien määrä per kierros (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Laskentapisteet per kierros (Counts Per Revolution) |
| Z-kanava | Referenssipulssi per kierros inkrementaalienkoodereissa |
| TTL | 5V digitaalinen lähtöstandardi |
| HTL | 10–30V korkean häiriönsietokyvyn lähtötaso |
| RS422 | Differentiaalilähtö, tukee nopeaa tiedonsiirtoa |
| SSI | Synkroninen sarjaliitäntä, absoluuttienkoodereille |
| BiSS | Avoin, nopea sarjaprotokolla |
Yhteenveto:
Enkooderit toimivat siltana fyysisten järjestelmien ja digitaalisen ohjauksen välillä. Luokittelujen, rakenteiden, signaalien ja standardien ymmärtäminen auttaa tekemään oikeita valintoja teollisuusautomaatiossa ja tarkassa ohjauksessa.