Roterende encoder
Roterende encoders zijn sensoren die mechanische rotatie omzetten in digitale of analoge signalen en worden veel gebruikt in industriële automatisering, robotica, CNC‑machines, medische apparatuur en transportsystemen. Door hoekverplaatsing, snelheid en draairichting te detecteren leveren zij nauwkeurige feedback aan regelsystemen. Dit artikel behandelt uitvoerig de definitie, werkingsprincipes, classificaties, technische parameters, vergelijkend onderzoek, toepassingsscenario’s, normatieve voorschriften en selectieadvies voor roterende encoders.
Wat is een roterende encoder?
Een roterende encoder is een motorfeedback‑ of positiemelder die de hoekverplaatsing, snelheid en draairichting van een as meet. Hij zet rotatie om in elektrische signalen die door een controller worden gedecodeerd om de actuele positie en bewegingsstatus te bepalen. Roterende encoders worden hoofdzakelijk onderverdeeld in incrementele encoders, die pulssignalen leveren, en absolute encoders, die een unieke positiestatus geven.
Werkingsprincipes
Optische detectie
- Een lichtbron belicht een rasterschijf met transparante en ondoorzichtige secties.
- Tijdens de rotatie genereert een fotodetector pulssignalen.
Magnetische detectie
- Magneto‑resistieve, Hall‑ of GMR‑sensoren detecteren poolwisselingen op een magnetische schijf.
Inductieve/Capacitieve detectie
- Variaties in inductie of capaciteit meten de hoekverplaatsing; geschikt voor zware omgevingen (vervuiling, vibratie).
Signaallogica
- Incrementele encoders leveren A‑ en B‑fasen (quadratuur) plus een Z‑fase (nulreferentiepuls).
- Absolute encoders geven een meerbits binaire of Gray‑code uitgang.
Types
✓ Op basis van uitgangssignaal
- Incrementeel – pulssignalen voor snelheids‑ en richtingsbepaling.
- Absoluut – unieke positiestatus, enkel‑ of multiturn.
✓ Op basis van mechanische uitvoering
- Massieve as
- Holle as
- Blind holle as
✓ Op basis van detectietechniek
- Optische encoders
- Magnetische encoders
- Inductieve encoders
- Capacitieve encoders
✓ Op basis van protocol/uitgang
- TTL/HTL/RS422
- Sin/Cos
- SSI, BiSS‑C, EnDat
- Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen
Technische specificaties
| Parameter | Bereik / Details |
|---|---|
| Resolutie | 1 – 4 194 304 PPR of 8 – 24 bits |
| Maximale snelheid | 3000 – 12 000 RPM, speciale modellen tot 20 000 RPM |
| Beschermingsgraad | IP50 – IP68 |
| Bedrijfstemperatuur | –40 °C tot +105 °C |
| Elektrische waarden | 5 V of 10‑30 V, uitgangsstroom < 100 mA |
| Vibratie/Schokbestendigheid | IEC 60068‑2: 10‑20 g (vibratie), 50‑200 g (schok) |
| Uitgangssignalen | TTL, HTL, RS422, SSI, BiSS‑C, Profinet, EtherCAT |
Voordelen en beperkingen
Voordelen
- Hoge resolutie en herhaalbaarheid.
- Snelle respons voor dynamische regelingen.
- Veelzijdige interfaces en protocollen.
- Uitstekende EMI‑bestendigheid in complexe industriële omgevingen.
Beperkingen
- Optische types gevoelig voor vervuiling.
- Hoge resolutie kan kostbaar zijn.
- Bepaalde technologieën degraderen bij extreme temperatuur/vibratie.
Vergelijking met andere hoeksensoren
| Type | Nauwkeurigheid | Kosten | Interferentiebestendigheid | Toepassingsflexibiliteit |
|---|---|---|---|---|
| Potentiometer | Laag | Laag | Zwak | Eenvoudige systemen |
| Resolver | Gemiddeld | Gemiddeld | Hoog | Hoge vibratie, hoge temperatuur |
| Roterende encoder | Hoog (tot 24 bits) | Middel/H | Hoog | Diverse industriële systemen |
Toepassingsgebieden
- Industriële automatisering: motorfeedback, robotarmen.
- CNC‑machines: feedback van spil‑ en voerassen.
- Robotica: gewrichts‑ en padbesturing.
- Medische apparatuur: rotatiedetectie in MRI en CT‑scanners.
- Liften en transport: cabinepositionering, deurcontrole.
- Wind‑ en zonne‑energie: bladhoek en zonvolgsystemen.
Industriestandaarden
- IEC 61800‑5‑2:2016 – Functionele veiligheid van aandrijfsystemen.
- ISO 13849‑1:2015 – Veiligheid van machinebesturing.
- IEC 60529:2020 – IP‑beschermingscodes.
- IEC 60068‑2 – Vibratie‑ en schoktesten.
- ISO 9001:2015 – Kwaliteitsmanagementsystemen.
Veelvoorkomende problemen en troubleshooting
| Probleem | Mogelijke oorzaak | Oplossing |
|---|---|---|
| Geen uitgangssignaal | Geen voeding, bekabelingsfout, sensorschade | Voeding controleren, bekabeling nakijken, componenten vervangen |
| Signaalfluctuatie of verlies | Interferentie, verouderde kabels, losse montage | Aarding controleren, kabels vervangen, bevestiging aandraaien |
| Foutieve of variërende uitgang | Optische vervuiling, magnetische interferentie, elektronicaslijtage | Optiek reinigen, interferentiebronnen verwijderen, componenten vervangen |
| Vertraagde uitgang of stapverlies | Onjuiste protocolinstelling of incompatibiliteit | Protocol verifiëren, bekabeling inspecteren, controller instellen |
Selectiegids
- Toepassingseisen – positie, snelheid, richting.
- Type codificador – incrementeel of absoluut (single/multi‑turn).
- Detectietechniek – optisch, magnetisch, inductief, capacitief.
- Resolutie & signaal – afstemmen op precisie‑ en interface‑eisen.
- Omgevingsbestendigheid – juiste IP‑graad, vibratie‑/schokbestendigheid.
- Mechanische interface – asdiameter, montagemethode, belastbaarheid.
- Communicatiecompatibiliteit – passend bij PLC’s of motion controllers.
- Normconformiteit – voorkeur voor producten met IEC‑, ISO‑, UL‑certificering.
Referenties
- IEC 61800‑5‑2:2016
- ISO 13849‑1:2015
- IEC 60529:2020
- IEC 60068‑2‑serie
- ISO 9001:2015
Door een grondig begrip van de opbouw, werkingsprincipes, prestatieparameters en toepassingen van roterende encoders kunnen ingenieurs en systeemintegrators de juiste selectie en integratie bereiken, wat leidt tot optimale regelprestaties en systeembetrouwbaarheid.