Terminológia enkóderov
Táto stránka systematicky zhromažďuje a podrobne vysvetľuje bežné a dôležité technické pojmy v oblasti enkodérov. Zahŕňa elektrické parametre, výstupné signály, mechanickú konštrukciu, komunikačné protokoly, odolnosť voči prostrediu, kalibráciu presnosti, funkčnú bezpečnosť, limity zaťaženia a mnoho ďalších aspektov. Je vhodná ako dlhodobý referenčný materiál pre inžinierov, integrátorov systémov, pracovníkov výskumu a vývoja, technických nákupcov a pre každého, kto chce do hĺbky porozumieť enkodérom.
Terminológia výstupu a signálov enkodéra
| Pojem | Anglická skratka | Definícia |
|---|---|---|
| Rozlíšenie | Resolution | Počet signálov, ktoré enkodér generuje na jednotku pohybu, používa sa na stanovenie presnosti merania. Môže sa vyjadrovať ako PPR, CPR, bit, LPI, CPI atď. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Počet impulzov na jednu otáčku, často uvádzaný pri inkrementálnych rotačných enkodéroch; určuje, koľko impulzov vznikne za jeden celý otočný cyklus |
| CPR | Counts Per Revolution | Počet záznamov (count) na jednu otáčku, často vrátane násobenia. Napríklad pri štvoritom čítaní (x4) platí CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Počet „bodov” na jeden palec, bežne používané v optických skenoch s vysokým rozlíšením a pri lineárnych meraniach |
| CPI | Counts Per Inch | Počet záznamov na jeden palec (1 inch), používa sa na hodnotenie rozlíšenia lineárnych enkodérov |
| LPI | Lines Per Inch | Počet čiar na jeden palec na optickej mriežke; taktiež používané na popis rozlíšenia pri lineárnych enkodéroch či skeneroch |
| Fáza A/B | A/B Channels | Dva štvorcové signály vo fáze kvadratúry pri inkrementálnych enkodéroch, s fázovým posunom 90°, používané na určenie smeru a na čítanie impulzov |
| Fáza Z | Zero Pulse / Index | Referenčný impulz, objavujúci sa raz za otáčku pri inkrementálnych enkodéroch, umožňuje návrat na nulovú (indexovú) pozíciu |
| Kanál N | N Channel | V niektorých značkách iný názov pre fázu Z |
| U/V/W | – | Signálové kanály komutácie servomotora, používané pri elektronickej komutácii alebo detekcii fázy motora |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Štandardná úroveň digitálnej logiky 5 V, vhodná na krátku vzdialenosť s vysokou rýchlosťou impulzov |
| HTL | High Threshold Logic | 10–30 V logická úroveň, s vysokou odolnosťou voči rušeniu, vhodná do priemyselného prostredia |
| Open Collector | OC | Výstup s otvoreným kolektorom, vyžaduje externý pull-up rezistor, flexibilný pri napäťových úrovniach |
| Push-Pull | – | Push-pull výstup, dokáže zaťažovať v oboch smeroch a nevyžaduje pull-up rezistor; bežný v priemyselných enkodéroch |
| Line Driver | LD / RS422 | Diferenciálna výstupná norma, zvyšuje odolnosť voči rušeniu a umožňuje vysokorýchlostný prenos na dlhé vzdialenosti |
| Výstup napätia | Voltage Output | Analógový výstup (napr. 0–5 V, 0–10 V a pod.), vhodný na jednoduché čítanie analógových veličín |
| Výstup prúdu | Current Output | Bežný analógový výstup 4–20 mA, s vysokou odolnosťou voči rušeniu, vhodný na prenos na väčšie vzdialenosti |
| PWM | Pulse Width Modulation | Pomocou šírky impulzu (PWM) prenáša informácie o polohe alebo uhle; využíva sa v niektorých špecifických alebo na mieru šitých aplikáciách |
| 1Vpp/11µApp | – | Analógové sínusové/kosínusové signály, časté pri enkodéroch s optickou alebo magnetickou mriežkou, využívajú sa na vysokopresné delenie (interpoláciu) |
Typy enkodérov, princíp fungovania a metódy snímania
| Pojem | Definícia |
|---|---|
| Inkrementálny enkodér | Vytvára nepretržité impulzy predstavujúce prírastok polohy; na zistenie absolútnej polohy sa impulzy sčítavajú vo vodiacom alebo čítacom zariadení |
| Absolútny enkodér | Každej polohe zodpovedá jedinečný kód; polohu si pamätá aj po vypnutí napájania; vhodné pre vysoko spoľahlivé alebo multi-osové a zložité aplikácie |
| Jednootáčkový enkodér (singleturn) | Meria polohu v rozsahu jednej otáčky a neukladá počet otáčok |
| Viacotáčkový enkodér (multiturn) | Vstavaný prevod, magnetická alebo indukčná štruktúra na záznam počtu otáčok; existujú mechanické aj elektronické varianty |
| Optický enkodér | Využíva svetelný zdroj, optickú mriežku a fotodetektor na bezkontaktné meranie; má vysoké rozlíšenie a dobrú presnosť |
| Magnetický enkodér | Prostredníctvom Hallovho javu alebo magnetickej rezistencie detekuje zmeny magnetického poľa; je menej citlivý na prach/olej, vhodný do drsného prostredia |
| Kapacitný enkodér | Meria zmenu elektrického poľa medzi platňami kondenzátora; kompaktné vyhotovenie, vhodné do ľahkých systémov a pri obmedzenom priestore |
| Indukčný enkodér | Meria uhol alebo posun pomocou elektromagnetickej indukcie; vysoko odolný voči elektromagnetickým rušeniam a vibráciám |
| Kit enkodér | Tiež nazývaný Kit Encoder, dizajn bez vonkajšieho krytu, vhodný na zabudovanie do motorov či kĺbov robotov atď. |
| Lanový enkodér (pull-wire) | Pomocou oceľového lanka a bubna meria dlhé lineárne posuny (výtahy, dverové systémy, žeriavy atď.) |
| Rotačný enkodér | Meria uhol a rýchlosť otáčania hriadeľa; často používaný v motoroch, otočných stoloch, servo pohonoch |
| Lineárny enkodér | Meria translačný (posuvný) pohyb, bežne sa využíva v CNC, 3D meracích strojoch, zariadeniach pre polovodičový priemysel |
| Viackanálový enkodér | Súčasne poskytuje rôzne signály (napr. A/B/Z + UVW + sériové rozhranie), uspokojuje potreby motorovej komutácie, detekcie polohy a sieťovej komunikácie |
| Programovateľný enkodér | Parametre (typ výstupu, rozlíšenie, smer) je možné konfigurovať softvérovo alebo špecifickým zariadením |
| Kódovací formát | Spôsob kódovania pri absolútnom enkodéri, napr. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code atď. |
Komunikačné protokoly a priemyselné rozhrania
| Protokol/Interfejs | Definícia |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface – synchronná sériová komunikácia pre údaje z absolútnych enkodérov; jednoduchá architektúra, vysoká odolnosť voči rušeniu |
| BiSS-C | Otvorený vysokorýchlostný synchronný protokol, podporuje full-duplex komunikáciu a reťazovú topológiu (daisy-chain) pre viac osí; bežný pri vysokokvalitných absolútnych enkodéroch |
| EnDat | Dvojcestné sériové rozhranie od Heidenhainu, s kontrolnými funkciami a spätnou väzbou s vysokým rozlíšením |
| CANopen | Otvorený protokol založený na zbernici CAN, využíva tzv. object dictionary, podporuje sieť s viacerými uzlami; hojne používaný v európskej priemyselnej automatizácii |
| Profibus-DP | Štandard zbernice fieldbus, vysoké prenosové rýchlosti, cyklická výmena dát; často používaný vo veľkých procesných riadeniach a diskrétnej výrobe |
| DeviceNet | CAN zbernicový protokol od Allen-Bradley, zameraný na jednoduché prepojenie zariadení s kontrolérmi |
| EtherCAT | Priemyselný Ethernet v reálnom čase vyvinutý spoločnosťou Beckhoff, podporuje distribuované hodiny a multi-osovú synchronizáciu; vhodný pre rýchle a vysoko presné riadenie |
| PROFINET | Priemyselný Ethernet štandard od Siemensu, integruje IT technológie a komunikáciu v reálnom čase; určený na automatizáciu vo výrobných prevádzkach aj procesné aplikácie |
| IO-Link | Bod-bod komunikačný protokol pre senzory a aktuátory, podporuje inteligentnú diagnostiku a vzdialenú konfiguráciu parametrov |
| Ethernet/IP | Z rodiny CIP (Common Industrial Protocol) podporovaný Rockwell, používaný pre distribuované pohony, poľné zariadenia a SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Otvorený master-slave komunikačný protokol, vhodný na rozšírené vzdialené I/O a distribuované systémy |
| UART | Univerzálny asynchrónny sériový interface (napr. RS232/RS485), bežný pri jednoduchých alebo lacných enkodérových moduloch |
| SPI/I²C | Sériové rozhrania na úrovni polovodiča, vhodné pre miniatúrne alebo nízkopríkonové návrhy enkodérov |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, protokol pre riadenie pohybu v reálnom čase s použitím optických vlákien alebo Ethernetu; používa sa pri CNC a vysoko presných servo systémoch |
Terminológia pre montáž a mechanické rozhrania
| Pojem | Definícia |
|---|---|
| Plný hriadeľ | Stredový hriadeľ enkodéra je masívny valec; na prenos točivého momentu je potrebné použitie spojky alebo upínacieho zariadenia |
| Dutý hriadeľ | Enkodér s dutým (hollow) hriadeľom, ktorý sa môže nasadiť priamo na hriadeľ motora, čím redukuje potrebu ďalšieho spojovacieho prvku |
| Polodutý hriadeľ | Dutý hriadeľ uzavretý na jednej strane, zabezpečuje rovnováhu medzi úsporou miesta a jednoduchým montážnym postupom |
| Montáž s prírubou (Flange Mount) | Upevnenie enkodéra na zariadenie pomocou prednej príruby alebo príruby synchro, často nachádzajúce sa v normách DIN (okrúhla alebo štvorcová príruba) |
| Synchro príruba (Synchro Flange) | Štandardná okrúhla príruba na montáž, fixovaná sponou alebo skrutkami |
| Servo upínacia príruba | Príruba s upínacou drážkou alebo otvormi na presné ustavenie, umožňuje rýchle vycentrovanie a upevnenie na servomotor či mechanický systém |
| Rozteč montážnych otvorov | Vzdialenosť medzi skrutkovými otvormi v tele enkodéra, musí ladiť s montážnou plochou stroja |
| Montážna hĺbka | Hĺbka zasunutia hriadeľa alebo puzdra enkodéra; príliš plytká vedie k vôli, príliš hlboká môže spôsobiť poškodenie |
| Spojka | Spojuje plný hriadeľ enkodéra s hriadeľom motora alebo stroja; bežné druhy: pružná spojka, mechová (bellow), pevná (rigid) spojka atď. |
| Radiálne/axiálne zaťaženie | Maximálna radiálna alebo axiálna sila, ktorú ložisko enkodéra dokáže zniesť; prekročenie tejto hodnoty skracuje životnosť a zhoršuje presnosť |
Prispôsobenie prostrediu a spoľahlivosť
| Pojem | Definícia |
|---|---|
| IP stupeň | Stupeň ochrany voči prachu a vode podľa IEC 60529 (napr. IP65, IP67, IP68); čím vyššie číslo, tým lepšia ochrana |
| Pracovná teplota | Rozsah teplôt, v ktorých enkodér pracuje so špecifikovanou presnosťou, napr. -20°C až +85°C |
| Skladovacia teplota | Prípustný teplotný rozsah pri vypnutom zariadení |
| Odolnosť voči vibráciám | Schopnosť ložísk a vnútornej konštrukcie enkodéra odolať mechanickým vibráciám, spravidla udávaná v jednotkách g |
| Odolnosť voči nárazom | Maximálna krátkodobá vysoká akcelerácia/nárazy, ktoré je možné tolerovať, udávané v jednotkách g |
| EMC (Elektromagnetická kompatibilita) | Zahŕňa odolnosť voči elektromagnetickým interferenciám a kontrolu vlastných rušivých emisií |
| ESD | Odolnosť voči elektrostatickému výboju (Electrostatic Discharge), hodnotí citlivosť enkodéra na statické elektrické impulzy |
| SIL stupeň | Safety Integrity Level, napr. SIL2 alebo SIL3, pre aplikácie kritické z hľadiska bezpečnosti (výtahy, roboty, vlakové riadenie atď.) |
| MTBF | Stredná doba medzi poruchami (Mean Time Between Failures), odráža celkovú spoľahlivosť zariadenia |
| RoHS / REACH | Smernica o obmedzení nebezpečných látok / legislatíva o registrácii chemických látok, vzťahuje sa na ekologickú a bezpečnostnú zhodu materiálov enkodéra |
Presnosť, chyby a terminológia kalibrácie systému
| Pojem | Definícia |
|---|---|
| Systémová presnosť | Najväčšia odchýlka medzi výstupnou hodnotou enkodéra a skutočnou polohou, vrátane chýb enkodéra, chýb montáže a chyby riadiacej jednotky |
| Rozlišovacia schopnosť (resolvability) | Najmenšia zmena polohy, ktorú dokáže enkodér detegovať; čím je vyššia, tým menší pohyb možno zachytiť |
| Opakovateľnosť | Miera konzistentnosti výsledkov pri viacnásobnom návrate do rovnakej polohy; ovplyvnená najmä mechanickou vôľou a šumom signálu |
| Lineárna chyba | Nelineárna odchýlka medzi výstupom enkodéra a skutočnou hodnotou posunu, zvyčajne sa zmierňuje kalibráciou alebo softvérovou kompenzáciou |
| Chyba nulovej polohy (zero offset) | Rozdiel medzi fázou Z či referenčným signálom a mechanickou nulovou polohou; možno ho napraviť mechanickým alebo softvérovým vyrovnaním |
| Chyba kódovania | Drobné chyby z výroby kódovacieho kotúča, nerovnomerné rozloženie magnetických pólov, nesprávne osadenie atď. |
| Kalibračný koeficient | Parameter na kalibráciu systému alebo lineárnu kompenzáciu, pomáha zlepšiť celkovú presnosť |
| PID spätná väzba | V servo systéme slúži enkodér ako snímač v uzavretej regulačnej slučke; nastavením proporčnej (P), integrálnej (I) a derivačnej (D) zložky je možné presne sledovať cieľový pohyb |
| Hysterézia | Chyba pri návrate do polohy pri zmene smeru pohybu, spôsobená čiastočne vôľou alebo trením; môže sa vyskytovať pri niektorých inkrementálnych enkodéroch či prevodovkách |
Ďalšie bežne používané pojmy a doplňujúce informácie
| Pojem | Definícia |
|---|---|
| Grayov kód (Gray Code) | Spôsob kódovania, v ktorom sa dva po sebe idúce kódy líšia iba v jednom bite; znižuje riziko prechodových chvení; bežne používaný v absolútnych enkodéroch |
| Binárny kód (Binary Code) | Absolútny enkodér dáva výstup v binárnom formáte, ktorý je ľahko spracovateľný riadiacou jednotkou |
| BCD kód (Binary-Coded Decimal) | Každé 4 bity predstavujú jednu desiatkovú číslicu; vyskytuje sa v niektorých starších absolútnych enkodéroch alebo meracích prístrojoch |
| Excess Code | Druh kódu s offsetom, ktorý umožňuje plynulejšie prechody; môže sa používať v starších alebo špeciálnych absolútnych enkodéroch |
| Viacotáčková prevodová súprava | V mechanickom multiturn absolútnom enkodéri sledujú vnútorné ozubené kolesá počet otáčok |
| Elektronický multiturn | Počet otáčok je zaznamenaný v internom obvode alebo magnetickej pamäti, bez mechanických ozubených kolies; bežný v bezkartáčových servomotoroch (BLDC) s integrovaným enkodérom |
| UVW kanály | Inkrementálne komutačné signály na zosúladenie trojfázového vinutia motora; časté pri servomotoroch a BLDC pohonoch |
| Pomer S/N (Signal to Noise Ratio) | Porovnáva silu signálu k úrovni šumu, hodnotí čistotu a stabilitu výstupu enkodéra |
| Maximálna rýchlosť otáčania | Najvyššia otáčková rýchlosť, pri ktorej enkodér ešte bezpečne pracuje a zachováva presnosť; jej prekročenie môže spôsobiť skreslenie signálu či rýchlejšie opotrebenie ložísk |
| Maximálna lineárna rýchlosť | Najvyššia rýchlosť pohybu, ktorú dokáže lineárny enkodér merať bez chýb; pri prekročení môže byť nedostatočná šírka pásma pre inkrementálny signál alebo dáta |
| Redundantný enkodér | Enkodér s dvoma snímačmi alebo dvoma výstupmi, určený pre bezpečnostne kritické aplikácie (napr. SIL3). V prípade poruchy hlavného enkodéra ho záložný enkodér nahrádza |
Referenčné normy a rozšírenia
- IEC 60050-351: Terminológia priemyselného merania a riadenia
- ISO 13849: Norma o bezpečnostných funkciách strojov (často uvádzaná pri bezpečnostných enkodéroch)
- IEC 60529: Definícia stupňov krytia (IP) krytov zariadení
- IEC 61800-5-2: Požiadavky na bezpečnosť pri pohonných systémoch s premenlivou rýchlosťou, bežné v servo a funkčne bezpečných enkodéroch
- CiA 406: Špecifikácia zariadení enkodéra pre CANopen
- IEC 61158: Rodina priemyselných fieldbus protokolov
- EnDat, BiSS, SERCOS: Hlavné sériové komunikačné protokoly pre enkodéry
Poznámka: Definície sa môžu mierne líšiť v závislosti od značky alebo priemyselných noriem. Pre konkrétny produkt sa odporúča skontrolovať príslušnú dokumentáciu. Táto stránka bude priebežne aktualizovaná, aby zahŕňala novšie technológie a vznikajúce aplikačné scenáre. Radi uvítame vaše príspevky a úpravy na Encoder.wiki!