Encoder-typer

Encodrar är “ögonen” i industriella automations‑ och precisionsrörelsekontrollsystem och omvandlar mekanisk rörelse till elektriska signaler med hög noggrannhet. Beroende på applikationskrav och teknisk lösning kan de kategoriseras utifrån utgångssignaltyp, mätningsform och detektionsprincip. Nedan följer en professionell och detaljerad genomgång.

I. Klassificering efter utgångssignaltyp

1. Inkrementell encoder (Incremental Encoder)

• Arbetsprincip: Genererar A/B‑fas‑kvadraturpulser via optisk eller magnetisk sensorteknik, med en enkel Z‑puls för nollreferens.
• Nyckelparametrar:
  • Upplösning: Vanligtvis 500–10 000 PPR; kan interpoleras (4×, 16×) upp till tiotusentals eller miljoner PPR.
  • Signal­kvalitet: Fasmiss < 5°, jitter < ±1 LSB.
• Utgångsstandard: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422‑differential.
• Fördelar & nackdelar:
  • Fördelar: Låg kostnad, snabb återkoppling, lämplig för sluten hastighets‑/positionsreglering.
  • Nackdelar: Förlorar position vid strömavbrott; kräver extern räknare och nollåterställningsprocedur.
• Typiska tillämpningar: Servoanordningar, motorhastighetsmätning, övervakning av fram‑ och återgående rörelser.

2. Absolut encoder (Absolute Encoder)

• Arbetsprincip: Varje position motsvarar en unik binär eller Gray‑kod, vilket möjliggör läsning av absolut position utan nollåterställning; flervarvsmodeller använder växlar eller elektroniska räknare.
• Nyckelparametrar:
  • Enkeltur‐upplösning: 8–20 bit; flervarvsomfång: 16–32 bit.
  • Kodformat: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 med flera.
• Gränssnitt: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (synkron), CANopen, Profinet (nätverksbaserat).
• Fördelar & nackdelar:
  • Fördelar: Behåller position vid strömavbrott, idealisk för hög‑tillförlitliga multixaxelsystem; stödjer online‑parameterisering.
  • Nackdelar: Högre kostnad; seriella protokoll kräver kontroller med hög bandbredd.
• Typiska tillämpningar: Robotleder, CNC‑maskiner med flera axlar, kritiska säkerhetssystem.

3. Hybrid‑encoder (Hybrid Encoder)

• Definition: Kombinerar inkrementell och absolut signal i en enhet, vilket ger både högfrekventa pulser och absolut positionsåterkoppling.
• Egenskaper: Samtidig utmatning av hastighetspulser och absolut läge, ofta använd i säkerhetskritiska redundans­­system.
• Typiska tillämpningar: SIL‑klassade säkerhetssystem, fallskärmövervakning inom flyg‑ och rymdsektorn, intelligenta AGV‑lösningar i logistik.

II. Klassificering efter mätningsform

1. Roterande encoder (Rotary Encoder)

• Konstruktion: Solid/ihålig/halv­ihålig axel, fästs med fläns eller panel.
• Mekaniska specifikationer: Axel­diameter φ3–φ20 mm, radiell belastning 10–50 N, axiell belastning 5–20 N; lagringslivslängd L₁₀ ≥ 10⁷ h.
• Monteringsanvisningar: Uppriktning < 0,05 mm, undvik sidobelastning och kraftiga vibrationer.
• Exempel på användning: Servomotor­återkoppling, vridbordskontroll, ventilpositionering.

2. Linjär encoder (Linear Encoder)

• Typer: Optisk linjärstav, magnetisk stav, kapacitiv stav; avstånd mellan sensorhuvud och stav 0,1–1 mm.
• Noggrannhet: Upplösning 0,01–1 µm; linjäritetsfel < ±1 µm/m.
• Miljötålighet: Optiska system kräver dammfri miljö; magnetiska fungerar även i olja och damm.
• Exempel på användning: CNC‑maskinbord, koordinatmätmaskiner (CMM), halvledar­lithografimaskiner.

3. Kabel­drag­encoder (Draw‑Wire Encoder)

• Konstruktion: Stålvajer på fjäderladdad spole, mäter upp till flera meter.
• Noggrannhet: Upplösning 0,1 mm; repeterbarhet < ±0,5 mm.
• Lämpliga scenarier: Höjdmätning av lyftbord, rullgardinspositions­detektering, tunnelundersökning.
• Installationsråd: Dra vajern vertikalt och sträckt, undvik snedbelastning och böjning.

III. Klassificering efter detektionsprincip

1. Optisk encoder (Optical Encoder)

• Detektionsmetod: Ljuskälla → kodningsskiva → fotodetektor; pulser genereras av förändringar i ljus­transmission/reflektion.
• Upplösningsfördel: Upp till miljoner PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
• Nackdelar: Känslig för damm, olja och temperaturvariationer.
• Standard: Enligt ISO 23125 för optiska encodrar.

2. Magnetisk encoder (Magnetic Encoder)

• Detektionsmetod: Hall‑sensorer eller magnetresistiva sensorer mäter förändringar i magnetfält.
• Robusthet: Motståndskraftig mot förorening, vibration och temperatur­drift; typisk noggrannhet 0,1–0,5°.
• Exempel på användning: Positionsbestämning i hiss­korgar, vinkelövervakning i tung industri.
• Standard: Enligt DIN 32701 för magnetiska encodrar.

3. Kapacitiv encoder (Capacitive Encoder)

• Detektionsmetod: Förändringar i kapacitans mellan plattor vid rörelse, mätt med AC‑excitering.
• Egenskaper: Låg effektförbrukning, kompakt, vibrations­tålig; noggrannhet upp till ±1 µm.
• Nackdelar: Känslig för metallisk omgivning och statisk elektricitet.
• Exempel på användning: Mikrorobotar, medicinska robotar, micro/nano‑plattformar.

4. Induktiv encoder (Inductive Encoder)

• Detektionsmetod: Förändring i induktiv koppling mellan spole och metalliskt objekt används för avståndsmätning.
• Fördelar: Tål hög temperatur, högt tryck och stark elektromagnetisk störning.
• Noggrannhet: Vanligen ±10 µm; lämpad för tung industri och spårbunden trafik.
• Standard: Enligt IEC 62130 för induktiva positions­givare.

IV. Rekommendationer för val av encoder

1. Identifiera behov: Rörelsetyp (roterande/linjär), signaltyp (inkrementell/absolut).
2. Matcha noggrannhet och hastighet: Hög upplösning kräver tillräcklig bandbredd och interpolationsförmåga hos styrsystemet.
3. Miljöhänsyn: Optiska encodrar för rena utrymmen; magnetiska/induktiva för tuffa miljöer.
4. Mekanisk tillförlitlighet: Beakta belastning på lager, livslängd och exakt inriktning vid montering.
5. Gränssnitts­kompatibilitet: Säkerställ stöd för önskat protokoll och interface för system­integration och diagnostik.

Med denna tredimensionella klassificering och prestations­jämförelse kan du snabbt välja rätt encodertyp, optimera anläggningens prestanda och minska utvecklings‑ och underhållskostnader.