Typy enkodérov
Enkodéry sú „oči“ priemyselnej automatizácie a systémov presného riadenia pohybu, ktoré dokážu mechanický pohyb presne previesť na elektrický signál. Podľa rôznych aplikačných požiadaviek a technológií ich možno klasifikovať z troch hľadísk: typ výstupného signálu, forma merania a princíp detekcie. Nižšie nájdete odbornú a podrobnú analýzu.
I. Podľa typu výstupného signálu
1. Inkrementálny enkodér (Incremental Encoder)
- Princíp fungovania: Optické alebo magnetické snímanie generuje A/B kvadratúrne impulzy, pričom fáza Z poskytuje jediný impulz pre návrat do nulovej polohy.
- Kľúčové parametre:
- Rozlíšenie: typicky 500–10 000 PPR; interpoláciou (4×, 16×) možno dosiahnuť 10⁵–10⁶ PPR.
- Kvalita signálu: fázová chyba < 5°, jitter < ±1 LSB.
- Výstupné rozhrania: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 diferenciálne.
- Výhody a nevýhody:
- Výhody: nízke náklady, rýchla odozva; ideálne pre uzavreté riadenie rýchlosti a pozície.
- Nevýhody: pri výpadku napájania stratí pozíciu; vyžaduje externý čítač a homing.
- Typické aplikácie: servopohony, meranie otáčok motorov, monitorovanie zdvihu mechanizmov.
2. Absolútny enkodér (Absolute Encoder)
- Princíp fungovania: Každej pozícii zodpovedá unikátny binárny alebo Gray kód, čo umožňuje čítanie absolútnej polohy bez homingu; multivýkruty sledujú počet otočení mechanicky alebo elektronicky.
- Kľúčové parametre:
- Single‑turn rozlíšenie: 8–20 bitov; multi‑turn: 16–32 bitov.
- Formáty kódov: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 a ďalšie.
- Rozhrania: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (synchronné), CANopen, Profinet (sieťové).
- Výhody a nevýhody:
- Výhody: zachováva polohu pri výpadku napájania; vhodný pre viacosové systémy s vysokou spoľahlivosťou; podporuje online nastavovanie parametrov.
- Nevýhody: vyššia cena; sériové rozhrania vyžadujú vysoko kapacitné riadiace jednotky.
- Typické aplikácie: kĺby robotov, viacosové CNC stroje, kritické bezpečnostné systémy.
3. Hybridný enkodér (Hybrid Encoder)
- Definícia: Kombinuje inkrementálny a absolútny výstup v jednom zariadení, ponúkajúc impulzy pre rýchlu spätnú väzbu aj absolútnu polohu.
- Vlastnosti: Súbežne poskytuje vysokofrekvenčné impulzy a absolútnu hodnotu, často používaný v redundantných bezpečnostných systémoch (SIL).
- Typické aplikácie: bezpečnostné systémy SIL, monitorovanie padákových systémov v letectve, inteligentné AGV v logistike.
II. Podľa formy merania
1. Rotačný enkodér (Rotary Encoder)
- Konstrukcia: pevný, dutý alebo polodutý hriadeľ, montáž na prírubu alebo panel.
- Mechanické parametre: priemer hriadeľa φ3–φ20 mm; radiálne zaťaženie 10–50 N; axiálne zaťaženie 5–20 N; životnosť ložísk L₁₀ ≥ 10⁷ h.
- Pokyny na inštaláciu: zabezpečiť súosovosť < 0,05 mm; vyhnúť sa bočnému zaťaženiu a silným vibráciám.
- Príklady použitia: spätná väzba pre servomotory, riadenie otočných stolov, polohovanie ventilov.
2. Lineárny enkodér (Linear Encoder)
- Typy: optický, magnetický alebo kapacitný; medzera medzi čítacou hlavou a lištou 0,1–1 mm.
- Presnosť: rozlíšenie 0,01–1 µm; lineárna chyba < ±1 µm/m.
- Odolnosť voči prostrediu: optické typy vyžadujú čisté priestory; magnetické fungujú aj v prašnom či olejovom prostredí.
- Príklady použitia: CNC posuvné stoly, ramena CMM, expozícia v polovodičovej výrobe.
3. Trubicový enkodér (Draw‑Wire Encoder)
- Konstrukcia: navíjacie púzdro so strečeným oceľovým lankom a pružinou, merací rozsah niekoľko metrov.
- Presnosť: rozlíšenie 0,1 mm; opakovateľnosť < ±0,5 mm.
- Scenáre nasadenia: meranie výšky zdvíhacích plošín, detekcia pozície roliet, prieskum tunelov.
- Odporúčania pre montáž: lanko musí byť napnuté vertikálne; vyhnite sa bočnému tiahnutiu a ohybu.
III. Podľa princípu detekcie
1. Optický enkodér (Optical Encoder)
- Metóda detekcie: svetelný zdroj → kódový kotúč → fotodetektor; impulzy vznikajú pri zmene priepustnosti/reflexie.
- Výhoda rozlíšenia: až milióny PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
- Nevýhody: citlivý na prach, olej a teplotné zmeny.
- Priemyselné normy: podľa ISO 23125 pre optické enkodéry.
2. Magnetický enkodér (Magnetic Encoder)
- Metóda detekcie: Hallove články alebo magnetorezistívne senzory merajú zmenu magnetického poľa.
- Spoľahlivosť: odolný proti kontaminácii, vibráciám a teplotnému driftu; presnosť 0,1–0,5°.
- Príklady použitia: polohovanie kabíny výťahu, monitorovanie uhlov v ťažkej technike.
- Normy: podľa DIN 32701 pre magnetické enkodéry.
3. Kapacitný enkodér (Capacitive Encoder)
- Metóda detekcie: meranie zmeny kapacity medzi elektródami s AC excitáciou.
- Vlastnosti: nízka spotreba, kompaktný dizajn, odolný proti vibráciám; presnosť ±1 µm.
- Nevýhody: citlivý na kovové prostredie a elektrostatický náboj.
- Príklady použitia: mikroroboti, lekárske robotické ramená, mikro/nano platformy.
4. Induktívny enkodér (Inductive Encoder)
- Metóda detekcie: meranie vzdialenosti zmenou induktívnej väzby medzi cievkou a kovovým cieľom.
- Výhody: odolný voči vysokým teplotám, tlaku a silným elektromagnetickým rušeniam.
- Presnosť: zvyčajne ±10 µm; vhodný pre ťažký priemysel a železničnú dopravu.
- Normy: podľa IEC 62130 pre induktívne polohové snímače.
IV. Odporúčania pri výbere
- Definujte požiadavky: typ pohybu (rotačný/lineárny), typ signálu (inkrementálny/absolútny).
- Kombinujte presnosť a rýchlosť: vysoké rozlíšenie si vyžaduje adekvátnu priepustnosť riadiacej jednotky a interpoláciu.
- Prispôsobte sa prostrediu: optické enkodéry na čisté prostredie; magnetické/induktívne do náročných podmienok.
- Zohľadnite mechanickú spoľahlivosť: zaťaženie ložísk, životnosť a presnosť montáže.
- Skontrolujte komunikačnú kompatibilitu: overte podporu protokolov a rozhraní pre integráciu a diagnostiku.
Týmto trojrozmerným pohľadom a porovnaním parametrov rýchlo nájdete najvhodnejší typ enkodéra, optimalizujete výkon zariadení a znížite náklady na vývoj a údržbu.