Terminologia Enkoderów
Ta strona systematycznie gromadzi i szczegółowo wyjaśnia powszechnie używane i istotne terminy techniczne z zakresu enkoderów, obejmując parametry elektryczne, sygnały wyjściowe, strukturę mechaniczną, protokoły komunikacyjne, dostosowanie do warunków środowiskowych, kalibrację precyzji, bezpieczeństwo funkcjonalne, ograniczenia obciążenia i wiele innych aspektów. Jest przeznaczona dla inżynierów, integratorów systemów, personelu R&D, kupujących technicznych oraz osób chcących pogłębić wiedzę o enkoderach.
Terminy dotyczące sygnałów i wyjścia enkodera
| Termin | Angielski skrót | Definicja |
|---|---|---|
| Rozdzielczość | Resolution | Liczba sygnałów wytwarzanych przez enkoder na jednostkę ruchu, używana do określenia dokładności pomiaru. Może być wyrażana w PPR, CPR, bit, LPI, CPI itp. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Liczba impulsów na jeden obrót, często spotykana w obrotowych enkoderach inkrementalnych; wskazuje liczbę impulsów w pełnym obrocie |
| CPR | Counts Per Revolution | Liczba zliczeń na obrót, często obejmująca mnożniki. Przykładowo, przy czterokrotnym próbkowaniu: CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Liczba „punktów” na cal, często używana w wysokorozdzielczym skanowaniu optycznym i pomiarach liniowych |
| CPI | Counts Per Inch | Liczba zliczeń na cal (1 cal), stosowana do oceny rozdzielczości enkoderów liniowych |
| LPI | Lines Per Inch | Liczba linii na cal na siatce optycznej; również wykorzystywana do opisu rozdzielczości w enkoderach czy skanerach liniowych |
| Fazy A/B | A/B Channels | Dwa prostokątne sygnały kwadraturowe w enkoderze inkrementalnym, przesunięte w fazie o 90°, umożliwiają rozróżnienie kierunku i zliczanie |
| Faza Z | Zero Pulse / Index | Sygnał odniesienia w enkoderze inkrementalnym, pojawiający się tylko raz na obrót i służący do powrotu do pozycji zerowej (indeksowej) |
| Kanał N | N Channel | Inne oznaczenie fazy Z w niektórych markach |
| U/V/W | – | Kanały sygnału do komutacji serwomotorów, wykorzystywane w elektronicznej komutacji lub detekcji fazy silnika |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Standardowy poziom logiki cyfrowej 5 V, odpowiedni do przesyłu impulsów z dużą prędkością na krótkich dystansach |
| HTL | High Threshold Logic | Poziom logiki 10–30 V, odporna na zakłócenia, odpowiednia dla środowisk przemysłowych |
| Open Collector | OC | Wyjście w układzie otwartego kolektora, wymaga zewnętrznego rezystora podciągającego, pozwala elastycznie dostosować poziom napięcia |
| Push-Pull | – | Wyjście push-pull, może wysterować obciążenie w obu kierunkach bez potrzeby rezystora podciągającego; często występuje w enkoderach przemysłowych |
| Line Driver | LD / RS422 | Standard wyjścia różnicowego zwiększający odporność na zakłócenia, umożliwiający przesył z dużą prędkością na duże odległości |
| Wyjście napięciowe | Voltage Output | Analogowa forma wyjścia (np. 0–5 V, 0–10 V), odpowiednia do prostego odczytu wartości analogowych |
| Wyjście prądowe | Current Output | Najczęściej 4–20 mA jako wyjście analogowe, charakteryzujące się dużą odpornością na zakłócenia, odpowiednie do długich dystansów |
| PWM | Pulse Width Modulation | Wykorzystanie modulacji szerokości impulsu w celu przekazywania informacji o pozycji lub kącie, stosowane w aplikacjach specjalnych czy o niestandardowych wymaganiach |
| 1Vpp/11µApp | – | Sygnały analogowe sinus/cosinus, często spotykane w enkoderach z siatką optyczną czy magnetyczną, używane do precyzyjnego podziału (interpolacji) |
Rodzaje enkoderów, zasada działania i sposoby detekcji
| Termin | Definicja |
|---|---|
| Enkoder inkrementalny | Generuje ciągłe impulsy wskazujące przyrost pozycji; do uzyskania pozycji absolutnej niezbędne jest sumowanie impulsów przez sterownik lub licznik |
| Enkoder absolutny | Każda pozycja ma unikalny kod; enkoder pamięta pozycję nawet po wyłączeniu zasilania; odpowiedni do zastosowań wieloosiowych i wymagających wysokiej niezawodności |
| Enkoder jednobieżny (singleturn) | Mierzy pozycję w obrębie jednego obrotu, nie zlicza liczby obrotów |
| Enkoder wieloobrotowy (multiturn) | Posiada wbudowane koła zębate, elementy magnetyczne lub indukcyjne zliczające liczbę obrotów; występuje w wersjach mechanicznych i elektronicznych |
| Enkoder optyczny | Pomiar bezkontaktowy przy użyciu źródła światła, siatki (grating) i czujnika optycznego; charakteryzuje się wysoką rozdzielczością oraz dużą dokładnością |
| Enkoder magnetyczny | Wykorzystuje efekt Halla lub magnetorezystancję do wykrywania zmian pola magnetycznego; niska wrażliwość na pył, smar itp., odpowiedni dla trudnych warunków |
| Enkoder pojemnościowy | Oparty na zmianach pola elektrycznego między płytkami kondensatora; kompaktowa konstrukcja, odpowiedni do lekkich systemów o ograniczonej przestrzeni |
| Enkoder indukcyjny | Pomiar kąta lub przemieszczenia za pomocą indukcji elektromagnetycznej, duża odporność na zakłócenia EM i wibracje |
| Zestaw enkodera (Kit Encoder) | Zwanego też enkoderem “kit”; projekt bez obudowy zewnętrznej, nadający się do wbudowania w silniki lub przeguby robotów itp. |
| Enkoder linkowy (z linką stalową) | Pomiar długich przemieszczeń liniowych za pomocą liny stalowej i bębna (np. w windach, drzwiach, dźwigach) |
| Enkoder obrotowy (rotary) | Mierzy kąt i prędkość obrotu wału; szeroko stosowany w silnikach, stołach obrotowych, napędach serwo |
| Enkoder liniowy (linear) | Mierzy przesuw liniowy; spotykany w maszynach CNC, maszynach pomiarowych 3D, urządzeniach półprzewodnikowych itp. |
| Enkoder wielokanałowy | Jednoczesne wyjście wielu sygnałów (np. A/B/Z + UVW + interfejs szeregowy), spełnia wymagania komutacji silnika, detekcji położenia oraz komunikacji sieciowej |
| Enkoder programowalny | Parametry (tryb wyjścia, rozdzielczość, kierunek) mogą być konfigurowane przez oprogramowanie lub dedykowane urządzenia |
| Format kodowania | Sposób kodowania enkodera absolutnego, np. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code itp. |
Protokoły komunikacyjne i interfejsy przemysłowe
| Protokół/Interfejs | Definicja |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface – interfejs szeregowy synchroniczny do transmisji danych enkoderów absolutnych; prosta konstrukcja, duża odporność na zakłócenia |
| BiSS-C | Otwarty, wysokoszybki protokół synchroniczny, wspierający full-duplex i topologię łańcuchową (daisy-chain) dla wieloosi; często używany w enkoderach absolutnych wysokiej klasy |
| EnDat | Dwukierunkowy interfejs szeregowy firmy Heidenhain, posiada funkcje weryfikacji oraz wyjściem o wysokiej rozdzielczości |
| CANopen | Otwarty protokół bazujący na magistrali CAN, korzystający z koncepcji słownika obiektów (object dictionary), sieć wielowęzłowa; szeroko stosowany w automatyce przemysłowej w Europie |
| Profibus-DP | Standardowa magistrala polowa (fieldbus), o wysokiej szybkości transmisji, z cykliczną wymianą danych; często używana w dużych systemach sterowania procesem i produkcji dyskretnej |
| DeviceNet | Protokół CAN firmy Allen-Bradley, skupiony na prostej integracji urządzeń z kontrolerami |
| EtherCAT | Protokół Ethernet czasu rzeczywistego firmy Beckhoff, obsługa zegarów rozproszonych i synchronizacji wieloosi; odpowiedni do szybkiej i precyzyjnej kontroli |
| PROFINET | Standard przemysłowy Ethernet firmy Siemens, łączący technologie IT z komunikacją czasu rzeczywistego; odpowiedni do automatyzacji fabryk i procesów |
| IO-Link | Protokół komunikacji punkt-punkt (sensor-aktuator), zapewniający diagnostykę inteligentną i zdalną konfigurację parametrów |
| Ethernet/IP | Członek rodziny CIP (Common Industrial Protocol) promowany przez Rockwell, używany w napędach rozproszonych, urządzeniach polowych i SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Otwarty protokół typu master-slave, odpowiedni do zdalnych systemów I/O i rozszerzalnych systemów rozproszonych |
| UART | Uniwersalny asynchroniczny interfejs szeregowy (np. RS232/RS485), często spotykany w prostych lub tanich modułach enkoderów |
| SPI/I²C | Szeregowy interfejs półprzewodnikowy, odpowiedni dla miniaturowych enkoderów lub projektów o niskim poborze mocy |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System – protokół sterowania ruchem w czasie rzeczywistym, bazujący na światłowodzie lub Ethernet; używany w CNC i precyzyjnych systemach serwo |
Terminologia montażu i interfejsów mechanicznych
| Termin | Definicja |
|---|---|
| Wał pełny (solid shaft) | Oś enkodera stanowi lity walec; do przeniesienia momentu obrotowego potrzebne jest sprzęgło bądź zacisk zewnętrzny |
| Wał drążony (hollow shaft) | Enkoder posiada pusty wał, który można bezpośrednio nałożyć na oś silnika, zmniejszając zapotrzebowanie na sprzęgła |
| Wał półdrążony | Pusty wał zamknięty z jednej strony, łączący oszczędność miejsca i łatwość montażu |
| Montaż kołnierzowy | Przymocowanie enkodera do urządzenia przez kołnierz przedni lub kołnierz synchroniczny (DIN); występują np. kołnierze okrągłe lub kwadratowe |
| Kołnierz synchroniczny (Synchro Flange) | Standardowy okrągły kołnierz montażowy, mocowany zaciskiem bądź śrubami |
| Kołnierz zaciskowy serwo | Kołnierz z rowkiem zaciskowym bądź otworami pozycjonującymi, umożliwiający szybkie wyrównanie i mocowanie na silnikach serwo bądź w układach mechanicznych |
| Rozstaw otworów montażowych | Odległość między otworami w obudowie enkodera; musi pasować do płaszczyzny montażowej maszyny |
| Głębokość montażu | Głębokość, na jaką wprowadza się wał lub drążenie enkodera; zbyt płytko powoduje luzy, zbyt głęboko może uszkodzić urządzenie |
| Sprzęgło | Łącznik wału enkodera z wałem silnika/maszyny; często używane sprzęgła elastyczne, mieszkowe (bellow) lub sztywne (rigid) itp. |
| Obciążenie promieniowe/osiowe | Maksymalne obciążenie promieniowe lub osiowe, jakie łożysko enkodera jest w stanie wytrzymać; przekroczenie pogarsza trwałość i dokładność enkodera |
Terminologia środowiskowa i niezawodności
| Termin | Definicja |
|---|---|
| Stopień IP | Klasa ochrony przed kurzem i wodą zdefiniowana w normie IEC 60529, np. IP65, IP67, IP68; im wyższa liczba, tym lepsza ochrona |
| Temperatura pracy | Zakres temperatur, w jakich enkoder pracuje zgodnie z nominalną dokładnością, np. -20°C do +85°C |
| Temperatura składowania | Dopuszczalny zakres temperatur, gdy urządzenie jest wyłączone (bez zasilania) |
| Odporność na wibracje | Zdolność łożysk i struktury wewnętrznej enkodera do wytrzymania wibracji mechanicznych, zwykle podawana w jednostce g |
| Odporność na udar | Krótkotrwałe wysokie przyspieszenie/udar, jakie można tolerować, wyrażone w g |
| EMC (Electromagnetic Compatibility) | Kompatybilność elektromagnetyczna, obejmuje odporność na zakłócenia EM oraz niegenerowanie nadmiernych zaburzeń |
| ESD | Odporność na wyładowania elektrostatyczne (Electrostatic Discharge), wskazuje wrażliwość enkodera na impulsy ładunków statycznych |
| Poziom SIL (Safety Integrity Level) | Np. SIL2 lub SIL3, używany w zastosowaniach krytycznych dla bezpieczeństwa (windy, roboty, sterowanie pociągami itp.) |
| MTBF | Średni czas między awariami (Mean Time Between Failures), odzwierciedla ogólną niezawodność urządzenia |
| RoHS / REACH | Dyrektywy ograniczające substancje niebezpieczne / Rozporządzenie o rejestracji substancji chemicznych; dotyczą zgodności materiałów enkodera z wymogami bezpieczeństwa i ekologii |
Dokładność, błędy i kalibracja systemowa
| Termin | Definicja |
|---|---|
| Dokładność systemu | Maksymalne odchylenie między sygnałem wyjściowym enkodera a rzeczywistą pozycją, wliczając błędy enkodera, montażu i sterownika itp. |
| Zdolność rozdzielcza (ang. resolvability) | Najmniejsza wykrywalna zmiana pozycji, im większa, tym drobniejszy ruch można wykryć |
| Powtarzalność | Miara spójności wyników przy wielokrotnym powrocie do tej samej pozycji; zależy głównie od luzów mechanicznych i zakłóceń sygnału |
| Błąd liniowości | Nieliniowe odchylenie między wyjściem enkodera a rzeczywistym przemieszczeniem, zwykle kompensowane kalibracją lub oprogramowaniem |
| Błąd zera (offset) | Przesunięcie między sygnałem fazy Z lub punktu zerowego a faktycznym mechanicznym punktem zerowym; korygowalne przez dopasowanie mechaniczne lub programowe |
| Błąd kodowania | Drobne błędy wynikające z wytwarzania tarczy enkodera, nierównej dystrybucji biegunów magnetycznych, nieprawidłowego montażu itp. |
| Współczynnik kalibracji | Parametr używany w kalibracji systemu lub kompensacji liniowej, pomagający poprawić ogólną dokładność |
| Sprzężenie zwrotne PID (PID Feedback) | W układzie serwo enkoder pełni rolę czujnika w zamkniętej pętli sterowania; system wykorzystuje regulatory P, I, D, aby precyzyjnie podążać za zadaną ścieżką |
| Histereza | Błąd powrotu w pozycję przy zmianie kierunku ruchu, spowodowany np. luzem mechanicznym; występuje w niektórych enkoderach inkrementalnych lub układach napędowych |
Inne powszechnie używane terminy i uwagi uzupełniające
| Termin | Definicja |
|---|---|
| Kod Gray (Gray Code) | Metoda kodowania, w której dwa kolejne słowa kodu różnią się tylko jednym bitem; zmniejsza ryzyko zakłóceń przy przełączaniu; często stosowana w enkoderach absolutnych |
| Kod binarny (Binary Code) | Enkoder absolutny generujący wynik bezpośrednio w formacie binarnym, co ułatwia interpretację przez sterownik |
| Kod BCD (Binary-Coded Decimal) | Każde 4 bity reprezentują jedną cyfrę dziesiętną; spotykany w starszych modelach enkoderów absolutnych lub urządzeniach pomiarowych |
| Excess Code | Rodzaj kodu przesuniętego, który wygładza przejścia kodu; używany w niektórych starszych enkoderach absolutnych lub systemach niestandardowych |
| Zespół kół zębatych (multiturn gear) | Mechaniczny enkoder absolutny wieloobrotowy z wewnętrznymi kołami zębatymi rejestrującymi liczbę obrotów |
| Wieloobrotowy elektronicznie (electronic multiturn) | Zliczanie liczby obrotów za pomocą układu wewnętrznego lub pamięci magnetycznej, bez mechanicznego układu zębatego; spotykany w enkoderach bezszczotkowych serwomotorów (BLDC) |
| Kanały UVW | Sygnały inkrementalne komutacji do synchronizowania uzwojeń trójfazowych silnika; powszechne w napędach serwo i BLDC |
| Stosunek S/N (Signal to Noise Ratio) | Porównanie poziomu sygnału do szumu, służy do oceny wyrazistości (czystości) i stabilności sygnału wyjściowego enkodera |
| Maksymalna prędkość obrotowa | Najwyższa prędkość obrotowa, przy której enkoder może bezpiecznie pracować i utrzymać dokładność; jej przekroczenie może powodować zniekształcenia sygnału lub szybsze zużycie łożysk |
| Maksymalna prędkość liniowa | Najwyższa prędkość, jaką może zmierzyć enkoder liniowy bez błędów; jej przekroczenie może powodować niewystarczające pasmo dla sygnałów inkrementalnych lub danych |
| Enkoder redundantny | Z podwójnym czujnikiem lub dwoma wyjściami, dla aplikacji krytycznych w zakresie bezpieczeństwa (np. SIL3). W razie awarii głównego enkodera, enkoder zapasowy przejmuje zadanie |
Standardy referencyjne i rozszerzenia
- IEC 60050-351: Terminologia przemysłowych pomiarów i sterowania
- ISO 13849: Normy bezpieczeństwa funkcjonalnego maszyn (często cytowane dla enkoderów bezpieczeństwa)
- IEC 60529: Definicja klas ochrony obudowy (poziomy IP)
- IEC 61800-5-2: Wymagania bezpieczeństwa dla systemów napędowych o regulowanej prędkości, często spotykane w serwo i enkoderach bezpieczeństwa funkcjonalnego
- CiA 406: Specyfikacja urządzeń enkodera CANopen
- IEC 61158: Rodzina protokołów magistrali polowej (fieldbus) przemysłowej
- EnDat, BiSS, SERCOS: Główne protokoły szeregowe komunikacji enkoderów
Uwaga: Definicje mogą się nieco różnić w zależności od marki czy standardów branżowych. W celu uzyskania dokładniejszych informacji zaleca się zapoznanie z dokumentacją konkretnego produktu. Ta strona będzie stale aktualizowana, aby obejmować nowsze technologie i pojawiające się zastosowania. Zapraszamy do dyskusji oraz dodawania swoich uzupełnień i poprawek na Encoder.wiki!