Terminologia Encoderului
Această pagină colectează în mod sistematic și explică în detaliu termenii tehnici frecvent întâlniți și esențiali din domeniul encodoarelor (encoders). Sunt acoperite parametri electrici, semnale de ieșire, structură mecanică, protocoale de comunicație, adaptabilitate la mediu, calibrarea preciziei, siguranța funcțională, limite de sarcină și multe altele. Este destinată inginerilor, integratorilor de sistem, personalului de cercetare-dezvoltare, cumpărătorilor tehnici, precum și utilizatorilor care doresc o înțelegere aprofundată a encodoarelor.
Terminologie despre ieșirea encoderului și semnalele acestuia
| Termen | Prescurtare în engleză | Definiție |
|---|---|---|
| Rezoluție | Resolution | Numărul de semnale generate de encoder pentru o unitate de mișcare, utilizat la măsurarea preciziei. Poate fi exprimat în PPR, CPR, biți, LPI, CPI etc. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Pulsuri pe revoluție, întâlnit frecvent la encodoarele rotative incrementale; indică numărul de impulsuri pe o rotație completă |
| CPR | Counts Per Revolution | Număr de impulsuri pe revoluție, incluzând adeseori factorul de multiplicare. De exemplu, cu multiplicare x4: CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Numărul de „puncte” per inch, folosit de obicei în scanările optice de înaltă rezoluție și în măsurări liniare |
| CPI | Counts Per Inch | Numărul de impulsuri per inch (1 inch), folosit pentru a evalua rezoluția encodoarelor liniare |
| LPI | Lines Per Inch | Numărul de linii per inch pe o grilă optică; este utilizat și pentru a descrie rezoluția la encodoarele sau scanerele liniare |
| Faze A/B | A/B Channels | Două semnale dreptunghiulare în cvadratură la un encoder incremental, cu un decalaj de fază de 90°, folosite pentru a distinge direcția și a număra |
| Faza Z | Zero Pulse / Index | Impuls de referință o dată per rotație la un encoder incremental, folosit pentru revenirea la punctul zero |
| Canal N | N Channel | O altă denumire pentru faza Z la anumite mărci |
| U/V/W | – | Canale de comutație ale servomotorului, utilizate la comutația electronică ori la detecția fazei motorului |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Nivel standard de logică digitală de 5 V, potrivit pentru transmiterea impulsurilor la viteză mare pe distanțe scurte |
| HTL | High Threshold Logic | Logică la nivel de 10–30 V, cu mare imunitate la zgomot, potrivită mediilor industriale |
| Open Collector | OC | Ieșire cu colector deschis, necesită rezistență pull-up externă, oferă flexibilitate la nivelul de tensiune |
| Push-Pull | – | Ieșire push-pull, poate antrena sarcina în ambele sensuri și nu necesită rezistență pull-up; comun la encodoarele industriale |
| Line Driver | LD / RS422 | Standard de ieșire diferențială, crește rezistența la zgomot și permite transmisie la viteză mare pe distanțe mari |
| Ieșire de tensiune | Voltage Output | Formă de ieșire analogică (de ex. 0–5 V, 0–10 V etc.), potrivită pentru citirea simplă a valorilor analogice |
| Ieșire de curent | Current Output | Ieșire analogică frecventă de tip 4–20 mA, cu mare imunitate la zgomot, potrivită transmisiei la distanțe mari |
| PWM | Pulse Width Modulation | Utilizează lățimea impulsului pentru transmiterea informațiilor despre poziție sau unghi, folosit în anumite aplicații personalizate |
| 1Vpp/11µApp | – | Semnale analogice sin/cosin, frecvent întâlnite la encodoarele cu grilă optică sau magnetică, pentru diviziuni de înaltă precizie |
Tipuri de encodere, principii de funcționare și metode de detecție
| Termen | Definiție |
|---|---|
| Encoder incremental | Emite impulsuri succesive reprezentând o poziție incrementată; pentru poziția absolută, impulsurile trebuie sumate de un controler sau contor |
| Encoder absolut | Fiecare poziție corespunde unui cod unic; poziția este memorată chiar și fără alimentare; potrivit pentru aplicații complexe, multi-ax, cu înalt grad de fiabilitate |
| Encoder monociclu (singleturn) | Măsoară doar poziția într-o singură rotație, fără a memora numărul de rotații |
| Encoder multiciclu (multiturn) | Conține roți dințate, structuri magnetice sau inductive pentru a înregistra numărul de rotații; există versiuni mecanice și electronice |
| Encoder optic | Utilizează o sursă de lumină, o grilă și un fotodetector pentru măsurarea fără contact; oferă rezoluție ridicată și precizie bună |
| Encoder magnetic | Folosește efectul Hall sau magnetorezistența pentru a detecta schimbări ale câmpului magnetic; mai puțin sensibil la praf/ulei, adecvat mediilor dure |
| Encoder capacitiv | Bazează detecția pe variația câmpului electric dintre plăcile condensatorului; construcție compactă, adecvat pentru sisteme ușoare și spații restrânse |
| Encoder inductiv | Măsoară unghiul sau deplasarea prin inducție electromagnetică; rezistă la interferențe electromagnetice și vibrații mari |
| Encoder kit | Numit și Kit Encoder, un modul fără carcasă exterioară, adecvat pentru integrarea în motoare sau articulații de roboți etc. |
| Encoder cu cablu (pull-wire) | Folosește un cablu de oțel și un tambur pentru măsurarea deplasărilor liniare pe distanțe mari (ascensoare, uși, macarale etc.) |
| Encoder rotativ | Măsoară unghiul de rotație și viteza axului; utilizat pe scară largă la motoare, platforme rotative, servodrivere |
| Encoder liniar | Măsoară mișcarea de translație; întâlnit la mașini CNC, mașini de măsurare 3D, echipamente din semiconductor |
| Encoder multicanal | Poate livra mai multe semnale simultan (ex. A/B/Z + UVW + interfață serială), satisfăcând cerințele de comutație motor, detectare poziție, comunicare în rețea |
| Encoder programabil | Parametri precum modul de ieșire, rezoluția, direcția pot fi configurați prin software sau dispozitive dedicate |
| Format codare | Tipul de cod la un encoder absolut, de ex. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code etc. |
Protocoale de comunicație și interfețe industriale
| Protocol/Interfață | Definiție |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: Interfață serială sincronă pentru transfer de date ale encoderelor absolute; structură simplă, rezistență mare la zgomot |
| BiSS-C | Protocol serial sincron deschis cu viteză mare, cu comunicare full-duplex și topologie tip lanț (daisy-chain) pentru mai multe axe; frecvent la encodere absolute de nivel înalt |
| EnDat | Interfață serială bidirecțională de la Heidenhain, cu verificări și feedback cu rezoluție înaltă |
| CANopen | Protocol deschis bazat pe magistrala CAN, folosind un dicționar de obiecte, rețea multi-nod, larg folosit în automatizările industriale europene |
| Profibus-DP | Standard de magistrală de câmp (fieldbus), rată mare de transfer, schimb de date ciclic; întâlnit în mari sisteme de control de proces și producție discretă |
| DeviceNet | Protocol de magistrală CAN propus de Allen-Bradley, orientat spre interconectare simplă între dispozitive și controlere |
| EtherCAT | Protocol Industrial Ethernet în timp real de la Beckhoff, suportă ceasuri distribuite și sincronizare multi-ax, ideal pentru control de mare viteză și precizie |
| PROFINET | Standard Industrial Ethernet promovat de Siemens, îmbinând tehnologii IT și comunicare în timp real; potrivit pentru automatizarea în fabrici și procese |
| IO-Link | Protocol de comunicare point-to-point (sensor-actuator), oferă diagnostic inteligent și configurare de parametri la distanță |
| Ethernet/IP | Din familia CIP (Common Industrial Protocol), promovat de Rockwell, adecvat pentru acționări distribuite, dispozitive de câmp și SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Protocol de comunicație master-slave deschis, potrivit pentru I/O la distanță și sisteme distribuite scalabile |
| UART | Interfață serială asincronă universală (ex. RS232/RS485), utilizată frecvent în encodere simple sau de cost redus |
| SPI/I²C | Interfețe seriale la nivel de cip (semiconductoare), potrivite pentru proiecte de encodere miniaturizate sau cu consum redus |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, protocol de control al mișcării în timp real pe fibră optică sau Ethernet; utilizat la CNC și servosisteme de înaltă precizie |
Terminologie pentru montare și interfețe mecanice
| Termen | Definiție |
|---|---|
| Ax plin | Axul central al encoderului este un cilindru masiv; pentru transmiterea cuplului e necesară o cuplă sau un dispozitiv de fixare extern |
| Ax gol | Encoderul are ax gol (hollow), care poate fi montat direct pe axul motorului, reducând nevoia de cuplaj suplimentar |
| Ax semi-gol | Ax gol închis la un capăt, oferind economie de spațiu și ușurință la montare |
| Montare cu flanșă | Fixarea encoderului pe dispozitiv printr-o flanșă frontală sau synchroflanșă; comună în standardul DIN (flanșe rotunde sau pătrate) |
| Synchro flanșă (Flanșă sincronă) | Flanșă de montare standard rotundă, prinsă cu clemă sau șuruburi |
| Flanșă de prindere servo | Flanșă cu șanț de prindere sau găuri de poziționare, pentru aliniere rapidă și fixare pe servomotor ori sisteme mecanice |
| Pasul găurilor de montare | Distanța între orificiile de șurub de pe corpul encoderului; trebuie să corespundă cu suprafața de montare a mașinii |
| Adâncimea de montare | Cât de adânc se inserează axul sau bucșa encoderului; dacă e prea mică, apar jocuri, dacă e prea mare, există risc de deteriorare |
| Cuplă | Leagă axul plin al encoderului cu axul motorului/mecanismului; tipic: cuplă flexibilă, cuplă cu burduf, cuplă rigidă etc. |
| Sarcină radială/axială | Limita maximă a forței radiale sau axiale suportate de rulmentul encoderului; depășirea acesteia afectează durata de viață și precizia |
Adaptabilitate la mediu și fiabilitate
| Termen | Definiție |
|---|---|
| Clasa IP | Grad de protecție contra prafului și apei după IEC 60529 (ex. IP65, IP67, IP68); un număr mai mare indică o protecție mai bună |
| Temperatură de lucru | Intervalul de temperatură în care encoderul funcționează la precizia nominală, de ex. -20°C până la +85°C |
| Temperatură de stocare | Intervalul de temperatură admis când dispozitivul nu e alimentat |
| Rezistență la vibrații (vibrations) | Cât de mult pot rulmenții și structura internă a encoderului să suporte vibrații mecanice, de obicei exprimat în g |
| Rezistență la șocuri (shock) | Limita de accelerație/impact brusc de scurtă durată, exprimată în g |
| EMC (Electromagnetic Compatibility) | Compatibilitate electromagnetică; include rezistența la interferențe electromagnetice și controlul emisiilor de zgomot deranjant propriu |
| ESD | Rezistența la descărcările electrostatice (Electrostatic Discharge), măsoară sensibilitatea encoderului la impulsurile de electricitate statică |
| Nivel SIL (Safety Integrity Level) | Poate fi SIL2 sau SIL3, utilizat în aplicații critice pentru siguranță (ascensoare, roboți, control de căi ferate etc.) |
| MTBF | Timp mediu între defectări (Mean Time Between Failures), reflectă fiabilitatea globală a dispozitivului |
| RoHS / REACH | Directive de restricționare a substanțelor periculoase / Reglementări privind înregistrarea substanțelor chimice; se referă la conformitatea materialelor encoderului cu siguranța și mediul |
Precizie, erori și terminologie de calibrare a sistemului
| Termen | Definiție |
|---|---|
| Precizia sistemului | Abaterea maximă între valoarea dată de encoder și poziția reală, incluzând erori ale encoderului, erori de montaj și erori ale controlerului etc. |
| Rezoluție detectabilă (resolvability) | Cea mai mică schimbare de poziție pe care encoderul o poate detecta; cu cât este mai ridicată, cu atât pot fi observate mișcări mai fine |
| Repetabilitate | Măsura consistenței rezultatelor la revenirea în aceeași poziție de mai multe ori; influențată mai ales de jocuri mecanice și fluctuații de semnal |
| Eroare de linearitate | Abaterea neliniară între ieșirea encoderului și valoarea reală a deplasării; în general, este corectată prin calibrare sau software |
| Eroare de poziție zero (zero offset) | Diferența dintre faza Z sau semnalul de origine și punctul zero mecanic efectiv; poate fi corectată mecanic ori software |
| Eroare de codare (encoding error) | Micile abateri cauzate de fabricația discului, distribuția inegală a polilor magnetici, montarea incorectă etc. |
| Coeficient de calibrare | Parametru utilizat la calibrarea sistemului sau la compensația liniară, ajută la creșterea preciziei globale |
| Feedback PID | Într-un sistem servo, encoderul funcționează ca senzor într-o buclă închisă; ajustările proporționale, integrale și derivate (PID) permit urmărirea precisă a mișcării dorite |
| Histerezis | Eroare la revenirea în poziție la schimbarea direcției de mișcare, determinată parțial de joc sau frecare. Apare la unii encodere incrementale ori sisteme de transmisie |
Alți termeni frecvenți și completări
| Termen | Definiție |
|---|---|
| Cod Gray (Gray Code) | Metodă de codare în care două cuvinte de cod alăturate diferă doar printr-un singur bit; reduce fluctuațiile la trecere; frecvent folosit la encodere absolute |
| Cod binar (Binary Code) | Encoderul absolut oferă valoare de ieșire direct în format binar, simplu de interpretat de către controler |
| Cod BCD (Binary-Coded Decimal) | Fiecare 4 biți reprezintă o cifră zecimală; utilizat la unele encodere absolute mai vechi sau instrumente de măsură |
| Excess Code | Un tip de cod cu offset, care face tranzițiile mai line; întâlnit la unele encodere absolute mai vechi sau personalizate |
| Angrenaj multiturn (multi-gear) | La encodere absolute mecanice de tip multiturn, roțile dințate interne înregistrează numărul de rotații |
| Multiturn electronic | Numărul de rotații este memorat într-un circuit intern sau o memorie magnetică, fără angrenaje mecanice; comun la motoarele servo fără perii (BLDC) cu encodere integrate |
| Canale UVW | Semnale incrementale de comutație pentru sincronizarea înfășurărilor trifazate de motor; comune la servomotoare și BLDC |
| Raport S/N (Signal to Noise Ratio) | Raportul dintre semnal și zgomot, pentru a evalua claritatea și stabilitatea semnalului encoderului |
| Viteză maximă (max speed) | Cea mai mare viteză de rotație la care encoderul funcționează fiabil și își menține precizia; depășirea poate cauza distorsiuni sau uzură accelerată a rulmenților |
| Viteză maximă liniară (max linear speed) | Cea mai mare viteză de deplasare la care encoderul liniar poate măsura fără erori; depășirea poate cauza limitări în lățimea de bandă pentru semnalul incremental sau date |
| Encoder redundant | Encoder cu senzor dublu sau dublă ieșire, destinat aplicațiilor critice de siguranță (ex. SIL3). Dacă encoderul principal cedează, encoderul de rezervă preia funcția |
Standardele de referință și extinderi
- IEC 60050-351: Terminologie pentru măsurare și control industrial
- ISO 13849: Standard de siguranță pentru funcții ale mașinilor (adesea citat la encoderele de siguranță)
- IEC 60529: Definirea gradelor de protecție a carcasei (clasificări IP)
- IEC 61800-5-2: Cerințe de siguranță pentru sisteme de acționare cu viteză variabilă, frecvent întâlnite în servo și encodere cu siguranță funcțională
- CiA 406: Specificația dispozitivelor encoder pentru CANopen
- IEC 61158: Familia de protocoale fieldbus industrial
- EnDat, BiSS, SERCOS: Principalele protocoale de comunicație serială pentru encodere
Notă: Definițiile pot varia ușor în funcție de marcă sau standardele din industrie. Pentru informații mai precise, se recomandă consultarea manualului produsului specific. Această pagină este actualizată constant pentru a include tehnologii noi și domenii aplicative în curs de apariție. Vă invităm să contribuiți cu completări și revizuiri pe Encoder.wiki!