Vad är en encoder?
En encoder är en sensorsenhet som omvandlar fysisk rörelse (såsom rotationsvinkel, linjär förskjutning eller hastighet) till elektriska signaler, vilka används av digitala styrsystem (som PLC, drivsystem och industriella datorer) för realtidsövervakning och kontroll. Encoders är avgörande komponenter för slutna styrsystem och exakt positionering inom industriell automation, robotteknik, CNC-utrustning, medicinsk bildbehandling och flyg- och rymdteknik.
Översikt över encodertyper (Comprehensive Classification of Encoders)
Encoders kan klassificeras utifrån flera tekniska aspekter, såsom mätningsform, signaltyp, avkänningsprincip och kommunikationsprotokoll.
1. Efter mätningsform (By Measurement Format)
| Typ | Beskrivning |
|---|---|
| Roterande encoder (Rotary Encoder) | Mäter rotationsrörelse (vinkelposition), t.ex. motoraxlar eller skivor |
| Linjär encoder (Linear Encoder) | Mäter linjär rörelse, används i verktygsmaskiner, positioneringssystem |
| Tråddragsencoder (Draw Wire Encoder) | Mäter lång förskjutning via vajer |
| Encodersats (Encoder Kit) | Modulär design, utan hölje, lämplig för inbyggnad i små motorer |
2. Efter signaltyp (By Signal Output Type)
| Typ | Beskrivning |
|---|---|
| Inkrementell encoder (Incremental Encoder) | Ger A/B/Z pulsutgångar för relativ rörelse, kräver konstant räkning |
| Absolut encoder (Absolute Encoder) | Ger absolut position, med minne för avbrott, finns som enkel- eller fleromgång |
| Analog encoder (Analog Encoder) | Kontinuerlig signal (t.ex. 0–10V, 4–20mA) för enkla system |
3. Efter avkänningsprincip (By Sensing Technology)
| Teknik | Egenskaper och användning |
|---|---|
| Optisk (Optical) | Hög noggrannhet, kräver rena miljöer |
| Magnetisk (Magnetic) | Motståndskraftig mot smuts och olja, för tuffa miljöer |
| Kapacitiv (Capacitive) | Kompakt, vibrationsresistent, låg effektförbrukning |
| Induktiv (Inductive) | Hög störningstålighet, används i tung utrustning |
4. Efter gränssnitt (By Communication Interface)
| Protokoll | Beskrivning |
|---|---|
| A/B/Z pulser | Standard inkrementell signalutgång |
| Analog signal | För äldre PLC-system |
| Seriellt gränssnitt (SSI/BiSS) | Hög noggrannhet och realtidsprestanda |
| Fältbussar (CANopen/Profibus) | Flexibel struktur, stöder flera noder |
| Industriellt Ethernet (EtherCAT/Profinet) | Lämplig för komplex automation med hög realtidsprestanda |
Hur fungerar en encoder? (How Encoders Work)
En encoder består vanligtvis av:
- Rörlig del: Rotationsaxel, linjär skena eller vajer
- Kodskiva/magnetband: Med regelbundet mönster för positionsläsning
- Avkännare: Optisk sensor, magnetgivare, kapacitiv platta eller induktionsspole
- Signalbehandling: Omvandlar signaler till standardutgång
- Utgångsgränssnitt: För anslutning till styrenhet
När det uppmätta objektet rör sig, detekterar encodern rörelsen och omvandlar den till en elektrisk signal. Olika teknologier används, som ljus för optisk avkänning, magnetfält för magnetisk, elektriska fält för kapacitiv osv.
Viktiga prestandaparametrar (Key Performance Metrics)
| Parameter | Beskrivning |
|---|---|
| Upplösning (Resolution) | Antal signaler per rörelseenhet, t.ex. PPR eller antal bitar |
| Noggrannhet (Accuracy) | Maximal avvikelse mellan faktisk och uppmätt position |
| Repeterbarhet (Repeatability) | Stabilitet vid upprepade mätningar av samma punkt |
| Max svarsfrekvens | Max signalhastighet som kan hanteras |
| Signalnivåer | Elektriska standarder som TTL, HTL, RS422 |
| IP-klass (Skyddsnivå) | T.ex. IP65, IP67 – damm- och vattenskydd |
Vanliga användningsområden (Common Applications)
- Industriell automation: transportband, servostyrning, elektriska cylindrar
- CNC-maskiner: positionering av X/Y/Z-axlar, verktygsväxlare
- Robotik: ledvinklar, navigering för mobila robotar
- Medicinteknik: styrning i MRI, CT och annan bildutrustning
- Förnybar energi: vinklingskontroll för vindkraftverk, solföljarsystem
- Flyg och försvar: styrning av missilriktning, flyglägesövervakning
Struktur- och signalschema för encoders
Bild 1: Typiskt utseende av en roterande encoder
Bild 2: Diagram över encoderstruktur – kodskiva, sensor och signalbehandling
Relevanta tekniska standarder (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: Terminologi för industriell mätning
- ISO 13849: Maskinsäkerhet (inklusive säkerhetsencoders)
- IEC 60529: IP-klassificering av skydd
- IEC 61800-5-2: Funktionssäkerhet för drivsystem
- CiA 406: CANopen specifikation för encoders
- IEC 61158: Definitioner av fältbussprotokoll
Ordlista (Glossary)
| Term | Förklaring |
|---|---|
| PPR | Puls per varv (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Räknade steg per varv (Counts Per Revolution) |
| Z-kanal | Referenssignal per varv i inkrementell encoder |
| TTL | 5V digital signalstandard |
| HTL | 10–30V signal med hög störningstålighet |
| RS422 | Differentiell utgång för höghastighetsöverföring |
| SSI | Synkront seriellt gränssnitt |
| BiSS | Öppen högeffektiv seriell kommunikation |
Sammanfattning: Encoders fungerar som en kritisk bro mellan den fysiska världen och digital styrning. Förståelse för deras klassificering, struktur, signalutgång och standarder möjliggör optimal integration i automatiserings- och styrsystem.