एनकोडर प्रमुख पैरामीटर का विस्तृत विवरण
एन्कोडर का सही मूल्यांकन और चयन करने के लिए इसके माप सटीकता, गति सीमा, पर्यावरण अनुकूलता, जीवनकाल इत्यादि पर प्रभाव डालने वाले प्रमुख पैरामीटरों को गहराई से समझना आवश्यक है। इस पृष्ठ में विभिन्न प्रकार के एन्कोडर के सामान्य विद्युत, यांत्रिक और पर्यावरणीय पैरामीटरों का और अधिक पेशेवर तथा विस्तार से विश्लेषण किया गया है।
1. विभेदन क्षमता (Resolution)
1.1 परिभाषा और निरूपण
- इन्क्रीमेंटल एन्कोडर: PPR (Pulses Per Revolution) या CPR (Counts Per Revolution) में निरूपित, आमतौर पर 1000, 2500, 5000 PPR इत्यादि; चौगुनी फ़्रीक्वेंसी पर वास्तविक गणना 4×PPR तक हो सकती है।
- एब्सोल्यूट एन्कोडर: एक चक्र विभेदन क्षमता बिट्स (bits) में, जैसे 13 बिट = 8192 डिस्क्रीट पॉइंट; या मल्टी-टर्न + सिंगल-टर्न बिट्स के रूप में (जैसे 25 बिट मल्टी-टर्न)।
- लीनियर एन्कोडर: LPI (Lines Per Inch), CPI (Counts Per Inch) या “µm/पुल्स” जैसे मानक।
1.2 विभेदन क्षमता और सिस्टम प्रदर्शन
- उच्च विभेदन क्षमता से सूक्ष्म आंदोलन कैप्चर कर अधिक सटीक स्थिति और गति नियंत्रण संभव।
- अत्यधिक विभेदन के लिए उच्च-प्रदर्शन कंट्रोलर और तेज़ प्रोसेसर आवश्यक, अन्यथा पल्स चूका या देरी हो सकती है।
- उच्च गति पर विभेदन बढ़ने से पल्स फ़्रीक्वेंसी बढ़ेगी, केबल और ड्राइवर्स की आवश्यक बैंडविड्थ सुनिश्चित करें।
1.3 पूरक विवरण
- कुछ एन्कोडर इंटरपोलेशन तकनीक समर्थन करते हैं, आंतरिक विभाजन से इलेक्ट्रॉनिक विभेदन क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि।
- मैकेनिकल विभेदन (कोड व्हील की असली रेखाएँ) और इलेक्ट्रॉनिक विभेदन (इंटरपोलेशन के बाद आउटपुट) में अंतर ध्यान दें।
2. सटीकता (Accuracy)
2.1 व्यापक और संकीर्ण सटीकता
- व्यापक सटीकता: एन्कोडर आउटपुट और वास्तविक स्थिति के बीच अधिकतम विचलन, कोड व्हील त्रुटि, असेंबली, बियरिंग गेटा आदि से प्रभावित।
- संकीर्ण सटीकता: कुछ निर्माता केवल कोड व्हील या सेंसर रीड त्रुटि देते हैं, असेंबली और बियरिंग त्रुटियाँ शामिल नहीं।
2.2 मापन इकाइयां
- रोटरी एन्कोडर: arcsec (आर्क सेकंड), arcmin (आर्क मिनट), डिग्री (°) या विभेदन प्रतिशत।
- लीनियर एन्कोडर: µm/m, ppm (पार्ट्स पर मिलियन) या अन्य मानक।
2.3 त्रुटि स्रोत
- कोड व्हील/ग्रेटिंग निर्माण त्रुटि: रेखा अंतराल असमान या एक्स सेंट्रिक।
- सेन्सर गैर-रेखीयता: फोटोइलेक्ट्रिक या मैग्नेटिक डिटेक्टर एज विकृति।
- यांत्रिक असेंबली त्रुटि: विकेंद्रीकरण, बियरिंग गेटा, फ्लैन्ज़ मिस-अलाइनमेंट।
- पर्यावरणीय प्रभाव: तापमान ड्रिफ्ट, कंपन, संदूषण।
2.4 सुधार और प्रतिपूर्ति
- उच्च-ग्रेड कोड व्हील या प्रिसिजन ऑप्टिकल/मैग्नेटिक घटक।
- लेजर इंटरफेरोमीटर से त्रुटि कैलिब्रेशन और समायोजन तालिका बनाना।
- बियरिंग कठोरता बढ़ाकर रेडियल/एक्सियल गेटा कम करना।
3. पुनरावृत्ति सटीकता (Repeatability)
3.1 अवधारणा
- एक ही स्थिति पर कई मापों की संगति की जांच, पूर्ण सटीकता विचलन से स्वतंत्र।
- भले ही व्यापक सटीकता मध्यम हो, उच्च पुनरावृत्ति सॉफ्टवेयर समायोजन द्वारा सटीक स्थिति प्राप्त कर सकती है।
3.2 प्रभाव तत्व
- मैकेनिकल बैकलैश: गियर, कपलिंग, बॉल स्क्रू में गैप या लचीलापन।
- सिग्नल जिटर: सेंसर थ्रेशोल्ड पर अस्थिरता।
- पर्यावरणीय हस्तक्षेप: तापमान उतार-चढ़ाव, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप, कंपन।
3.3 सुधार उपाय
- ट्रांसमिशन चेन अनुकूलन, उच्च गुणवत्ता वाली कपलिंग का उपयोग, अक्ष संरेखण सुनिश्चित।
- बहु-नमूना औसत या फ़िल्टरिंग।
- कंपन और हस्तक्षेप स्रोत कम करना।
4. अधिकतम गति और प्रतिक्रिया आवृत्ति (Max Speed & Frequency Response)
4.1 अधिकतम गति
- रोटरी एन्कोडर: RPM (revolutions per minute) में, उदाहरण: 6000 RPM।
- लीनियर एन्कोडर: m/s या mm/s में।
- अधिकतम गति पार करने पर सिग्नल चूकेगा या विकृत होगा, माप सटीकता घटेगी।
4.2 प्रतिक्रिया आवृत्ति
- गति बढ़ने पर भी पूर्ण waveform बनाए रखने और सटीक गणना क्षमता।
- इन्क्रीमेंटल पल्स आवृत्ति = RPM × PPR / 60।
- एब्सोल्यूट डेटा रिफ्रेश दर या सीरियल बैंडविड्थ पर निर्भर।
4.3 सावधानियाँ
- नियंत्रक के पास उच्च-गति काउंटिंग और सीरियल पार्सिंग क्षमता होनी चाहिए।
- केबल और रिसीवर सर्किट को आवश्यक बैंडविड्थ के अनुकूल रखें, ध्वनि और क्षय कम करें।
5. पावर सप्लाई वोल्टेज और खपत (Supply Voltage & Power Consumption)
5.1 वोल्टेज रेंज
- TTL एन्कोडर: 5 V DC। HTL: 10~30 V DC। कुछ उच्च-स्तरीय 4.5~30 V समर्थित।
- इंडस्ट्रियल ईथरनेट एन्कोडर: 24 V सिस्टम-संगत।
5.2 पावर खपत
- ऑप्टिकल में लाइट सोर्स शामिल, खपत अधिक।
- मैग्नेटिक/कैपेसिटिव कम खपत, ठंडे माहौल में प्रीहीटिंग आवश्यक।
- उच्च गति एवं विभेदन पर प्रोसेसर और ड्राइवर की खपत बढ़ेगी।
5.3 स्थिरता
- पावर रिफ्लेक्ट या शॉर्ट ड्रॉप्स से एन्कोडर रिसैट या पल्स ड्रॉप।
- मल्टी-एक्सिस सिस्टम में केबल ड्रॉप और पर्याप्त डायमीटर का ध्यान रखें।
6. आउटपुट प्रकार और सिग्नल स्तर (Output Types & Signal Levels)
6.1 इन्क्रीमेंटल आउटपुट
- A/B/Z स्क्वायर वेव: TTL, HTL, RS422।
- साइन वेव (1 Vpp): उच्च-प्रिसिजन ग्रेटिंग/मैग्नेटिक, विभेदन बढ़ाने के लिए इंटरपोलेशन।
6.2 एब्सोल्यूट आउटपुट
- पैरलल: Gray कोड, बाइनरी आदि मल्टी-बिट।
- सीरियल: SSI, BiSS, EnDat आदि, वायरिंग कम और शोर प्रतिरोधी।
- फ़ील्डबस/ईथरनेट: CANopen, Profibus, EtherCAT, Profinet।
6.3 एनालॉग आउटपुट
- वोल्टेज (0~5 V, 0~10 V) या करंट (4~20 mA)। पारंपरिक एनालॉग नियंत्रण के लिए उपयुक्त।
- पावर राइपल एवं केबल इम्पीडेंस से प्रभावित।
7. सुरक्षा रेटिंग (IP Rating)
7.1 IP मानक
- IP65: धूलरोधी, कम दबाव स्प्रे प्रतिरोधी।
- IP67: अल्पकालिक डुबकी संभव।
- IP68: दीर्घकालिक जल-डुबकी।
7.2 चयन रणनीति
- बाहरी, खाद्य प्रसंस्करण, उच्च नमी/धूल वातावरण में उच्च IP एन्कोडर।
- उच्च IP लागत बढ़ा सकता है, हीट डिसिपेशन एवं बियरिंग रेसिस्टेंस पर विचार।
8. बियरिंग लोड और यांत्रिक जीवन (Bearing Load & Mechanical Life)
8.1 बियरिंग प्रकार और लोड
- प्रिसिजन बॉल या एंगल-कॉन्टैक्ट बियरिंग।
- रेडियल लोड: अक्षिक केंद्र के लंबवत बल। एक्सियल लोड: अक्ष के साथ दिशा में बल।
8.2 जीवनकाल एवं रख-रखाव
- उच्च गति, भारी लोड या चरम तापमान पर जीवनकाल कम।
- सिरेमिक बियरिंग या विशेष ग्रिस से टिकाऊपन बढ़ता है।
8.3 स्थापना ध्यान
- फ्लेक्सिबल कपलिंग या बाहरी समर्थन से रेडियल लोड विभाजित करें।
- संरेखण सुनिश्चित करें, अतिरिक्त टॉर्क/वाइब्रेशन से बचें।
9. पर्यावरणीय पैरामीटर (Environment Parameters)
9.1 तापमान रेंज
- कार्यशील: –20 °C से +85 °C, सुनिश्चित सटीकता।
- भंडारण: व्यापक, पर अत्यधिक गर्म/ठंड से लेंस और ग्रिस खराब हो सकते हैं।
9.2 आर्द्रता, ओस और क्षरण
- उच्च आर्द्र या ओस में सीलिंग और रस्ट-प्रूफ़िंग बढ़ाएं।
- अम्ल, क्षार, सॉल्ट स्प्रे वातावरण में स्टेनलेस स्टील या कोटेड हाउसिंग।
9.3 कंपन और झटका प्रतिरोध
- g या m/s² में दर, उच्च कंपन युक्त मशीन टूल या वाहन टेस्ट बेंच के लिए उच्च स्पेक।
- शॉक पैड या माउंटिंग से झटका कम करें।
9.4 EMC/ESD सुरक्षा
- शील्डेड केबल और उचित ग्राउंडिंग EMI से बचाते हैं।
- ग्राउंडिंग रिंग, TVS डায়ोड इत्यादि ESD सुरक्षा बढ़ाते हैं।
10. फंक्शनल सुरक्षा और रेडंडेंसी (Functional Safety & Redundancy)
10.1 सुरक्षा अखंडता स्तर (SIL / PL)
- SIL: IEC 61508/62061। PL: ISO 13849।
- AGV, लिफ्ट, कोलैब रोबोट आदि में SIL2/3 प्रमाणित एन्कोडर अनुशंसित।
10.2 रेडंडेंसी डिज़ाइन
- डुअल रीड हेड/डुअल चैनल: डेटा क्रॉस-चेक और फॉल्ट स्विचओवर।
- सेंसर फेल पर डाउनटाइम जोखिम कम।
10.3 इन-बिल्ट सेल्फ-चेक
- लाइट सोर्स डिम, मैग्नेटिक एनॉमली, ओवरहीट अलर्ट।
- "सेफ्टी स्टॉप" या "डिक्शन मोड" लॉजिक।
11. रैखिकता त्रुटि एवं कैलिब्रेशन (Linearity & Calibration)
11.1 त्रुटि स्रोत
- ग्रेटिंग/मैग्नेटिक पैटर्न की असमानता।
- रीड हेड और स्केल के बीच गैप या एंगल विस्थापन।
11.2 कैलिब्रेशन एवं समायोजन
- उच्च-प्रिसिजन एप्लिकेशंस में लेजर इंटरफेरोमीटर द्वारा त्रुटि वक्र और समायोजन तालिका।
- कुछ एन्कोडर अंतरिम मेमोरी में समायोजन तालिका स्टोर करते हैं।
11.3 आंशिक समायोजन और सिस्टम इंटीग्रेशन
- वर्किंग रेंज केंद्रित कैलिब्रेशन से उच्च सटीकता।
- पुनरावृत्ति सटीकता के साथ अत्यधिक पोजिशनिंग हासिल।
12. समग्र चयन और इंटीग्रेशन गाइड
12.1 एप्लिकेशन आवश्यकताएँ
- मूवमेंट टाइप: रोटरी/लीनियर, गति रेंज, एक्सेलेरेशन प्रोफाइल।
- सिस्टम सटीकता: विभेदन, सहीपन, पुनरावृत्ति मानदंड।
- पर्यावरणीय बंधन: IP रेटिंग, तापमान, धूल/नमी, कंपन।
12.2 यांत्रिक और विद्युत इंटरफेस
- शाफ्ट डायामीटर, फ्लैन्ज़ प्रकार, बियरिंग लोड की संगति जाँचें।
- पावर वोल्टेज, सिग्नल लेवल, कम्युनिकेशन प्रोटोकॉल कंट्रोलर से मेल खाते हों।
- केबल लंबाई, वोल्टेज ड्रॉप, सिग्नल डिग्रेडेशन के लिए शील्ड/ट्विस्टेड-पेयर।
12.3 इंस्टालेशन, कमिशनिंग और मेंटेनेंस
- संरेखण सुनिश्चित करें, अत्यधिक रेडियल/एक्सियल लोड से बचें।
- फ्लेक्सिबल कपलिंग की सिफारिश, मामूली एक्सेंट्रिसिटी समायोजित हो सकती है।
- आवास सील, डस्ट रिंग, कनेक्टर और केबल फिक्सिंग का नियमित निरीक्षण।
13. निष्कर्ष
इन पैरामीटरों को समझकर एन्कोडर चयन, इंटीग्रेशन और मेंटेनेंस में बेहतर निर्णय लिया जा सकता है और औद्योगिक स्वचालन प्रणाली की दक्षता व सुरक्षा सुनिश्चित होती है।
मुख्य संकेतक हैं:
- विभेदन, सटीकता, पुनरावृत्ति: नियंत्रण की सूक्ष्मता और स्थिति शुद्धता
- अधिकतम गति, प्रतिक्रिया आवृत्ति: उच्च गति पर पल्स चूके बिना संचालन
- सुरक्षा रेटिंग, बियरिंग लोड: कठिन वातावरण और भारी लोड में दीर्घायु
- विद्युत संगतता, संचार इंटरफेस: ड्राइवर, PLC, नेटवर्क से कुशल जुड़ाव
- सुरक्षा अखंडता, रेडंडेंसी: सुरक्षा-आवश्यक अनुप्रयोगों में विश्वसनीयता
इन मानकों और परीक्षण मापदंडों को जानकर आप सर्वोत्तम एन्कोडर का चयन कर सकते हैं और औद्योगिक स्वचालन सिस्टम में उच्च दक्षता तथा सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं।