ประเภทของเอนโคเดอร์

เอนโคเดอร์คือ “ดวงตา” ของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและการควบคุมการเคลื่อนที่อย่างแม่นยำ สามารถแปลงการเคลื่อนที่ทางกลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ ตามความต้องการใช้งานและเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน สามารถจัดหมวดหมู่เอนโคเดอร์ตาม ประเภทสัญญาณเอาต์พุต, รูปแบบการวัด และ หลักการตรวจจับ ได้ดังนี้

I. แบ่งตามประเภทสัญญาณเอาต์พุต

1. เอนโคเดอร์แบบเพิ่มอัตรา (Incremental Encoder)

• หลักการทำงาน
  ใช้เซ็นเซอร์เชิงแสงหรือเชิงแม่เหล็กเพื่อสร้างพัลส์ A/B ที่เป็นสี่เหลี่ยมโค้ง 90° กัน และพัลส์ Z หนึ่งครั้งเพื่อรีเซ็ตตำแหน่งเริ่มต้น
• ตัวชี้วัดสำคัญ
  • ความละเอียด: ปกติ 500–10 000 PPR; รองรับการอินเตอร์โพเลต (4×, 16×) เพื่อขยายเป็นแสนหรือล้าน PPR
  • คุณภาพสัญญาณ: ความคลาดเคลื่อนเฟส < 5°, จิตเตอร์ < ±1 LSB
• มาตรฐานเอาต์พุต: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), สัญญาณ RS‑422 แบบดีเฟอเรนเชียล
• ข้อดี–ข้อจำกัด
  • ข้อดี: ต้นทุนต่ำ ตอบสนองเร็ว เหมาะสำหรับระบบควบคุมแบบปิดทั้งความเร็วและตำแหน่ง
  • ข้อจำกัด: เมื่อไฟดับจะสูญเสียตำแหน่ง ต้องใช้ตัวนับภายนอกและกระบวนการรีเซ็ตตำแหน่ง
• แอปพลิเคชันตัวอย่าง: ไดรฟ์เซอร์โว, วัดความเร็วมอเตอร์, ตรวจจับช่วงการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรแบบไปกลับ

2. เอนโคเดอร์แบบแสดงตำแหน่งจริง (Absolute Encoder)

• หลักการทำงาน
  แต่ละตำแหน่งจะมีโค้ดไบนารีหรือ Gray โค้ดเฉพาะตัว อ่านตำแหน่งได้ทันทีโดยไม่ต้องรีเซ็ตหลายรอบ (Multi‑turn ใช้เฟืองหรือวงจรนับรอบ)
• ตัวชี้วัดสำคัญ
  • ความละเอียดรอบเดียว: 8–20 bit; หลายรอบ: 16–32 bit
  • รูปแบบโค้ด: Gray, Binary, BCD, Excess‑3 เป็นต้น
• อินเทอร์เฟซ: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (ซิงโครนัส), CANopen, Profinet (เครือข่าย)
• ข้อดี–ข้อจำกัด
  • ข้อดี: เก็บตำแหน่งหลังไฟดับ เหมาะกับระบบมัลติแอกซิสที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง รองรับการตั้งค่าพารามิเตอร์ออนไลน์
  • ข้อจำกัด: ต้นทุนสูง อินเทอร์เฟซแบบอนุกรมต้องการคอนโทรลเลอร์แบนด์วิดธ์สูง
• แอปพลิเคชันตัวอย่าง: ข้อต่อหุ่นยนต์, ศูนย์กัด CNC หลายแกน, ระบบความปลอดภัยที่มีความสำคัญ

3. เอนโคเดอร์แบบผสม (Hybrid Encoder)

• คำนิยาม
  รวมสัญญาณแบบเพิ่มอัตราและแบบแสดงตำแหน่งจริงไว้ในตัวเดียวกัน ให้ความเร็วพัลส์สูงพร้อมข้อมูลตำแหน่งจริง
• คุณสมบัติ
  ให้ทั้งพัลส์ความเร็วสูงและค่า absolute พร้อมกัน มักใช้ในระบบสำรองข้อมูลด้านความปลอดภัย (SIL)
• แอปพลิเคชันตัวอย่าง: ระบบความปลอดภัยระดับ SIL, ตรวจจับเชือกชูชีพในอากาศยาน, AGV ในคลังสินค้าฉลาด

II. แบ่งตามรูปแบบการวัด

1. เอนโคเดอร์แบบหมุน (Rotary Encoder)

• โครงสร้าง: เพลาทึบ/เพลาว่าง/เพลาครึ่งว่าง ติดตั้งแบบแฟลนจ์หรือแผงหน้า
• คุณลักษณะเชิงกล: เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา φ3–φ20 mm; โหลดรัศมี 10–50 N; โหลดแกน 5–20 N; อายุแบริ่ง L₁₀ ≥ 10⁷ ชั่วโมง
• ข้อควรระวังในการติดตั้ง: ความแนวแกน < 0.05 mm หลีกเลี่ยงโหลดด้านข้างและการสั่นสะเทือนแรง
• ตัวอย่างการใช้งาน: Feedback เซอร์โวมอเตอร์, ควบคุมโต๊ะหมุน, จับตำแหน่งวาล์ว

2. เอนโคเดอร์แบบเชิงเส้น (Linear Encoder)

• ประเภท: รางแบบแสง, รางแม่เหล็ก, รางความจุไฟฟ้า ช่องว่างระหว่างหัวอ่านกับราง 0.1–1 mm
• ความแม่นยำ: ความละเอียด 0.01–1 µm; ความคลาดเชิงเส้น < ±1 µm/m
• ความทนทานต่อสภาพแวดล้อม: รุ่นแสงต้องการห้องปลอดฝุ่น; รุ่นแม่เหล็กใช้งานในสภาวะมีฝุ่นหรือไอน้ำมันได้
• ตัวอย่างการใช้งาน: โต๊ะเลื่อน CNC, แขนวัด CMM, เครื่องฉายแสงในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

3. เอนโคเดอร์แบบสายดึง (Draw‑Wire Encoder)

• โครงสร้าง: ม้วนสายนำแรงด้วยสปริง โหลดได้หลายเมตร
• ความแม่นยำ: ความละเอียด 0.1 mm; ความซ้ำ < ±0.5 mm
• สถานการณ์ใช้งาน: วัดความสูงแพลตฟอร์มยก, ตรวจจับตำแหน่งมู่ลี่, สำรวจอุโมงค์
• ข้อแนะนำติดตั้ง: รักษาสายให้ตั้งตรงไม่เอียง หลีกเลี่ยงการบิดงอ

III. แบ่งตามหลักการตรวจจับ

1. เอนโคเดอร์แบบแสง (Optical Encoder)

• วิธีตรวจจับ: แหล่งกำเนิดแสง → แผ่นโค้ดดิ้ง → ตัวตรวจจับแสง เกิดพัลส์จากการเปลี่ยนแปลงการส่งผ่าน/สะท้อน
• ข้อดีเรื่องความละเอียด: สูงถึงล้าน PPR; จิตเตอร์ < ±0.1 arcsec
• ข้อจำกัด: รSensitivity to dust, oil, and temperature fluctuations
• มาตรฐานอุตสาหกรรม: ตรงตาม ISO 23125 สำหรับเอนโคเดอร์แสง

2. เอนโคเดอร์แบบแม่เหล็ก (Magnetic Encoder)

• วิธีตรวจจับ: เซ็นเซอร์ฮอลล์หรือแม่เหล็กรีซิสทีฟตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก
• ความน่าเชื่อถือ: ทนต่อการปนเปื้อน การสั่น และอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง; ความแม่นยำทั่วไป 0.1–0.5°
• แอปพลิเคชัน: จับตำแหน่งห้องโดยสารลิฟต์, ตรวจสอบมุมในเครื่องจักรหนัก
• มาตรฐาน: ตรงตาม DIN 32701 สำหรับเอนโคเดอร์แม่เหล็ก

3. เอนโคเดอร์แบบความจุไฟฟ้า (Capacitive Encoder)

• วิธีตรวจจับ: วัดการเปลี่ยนแปลงความจุไฟฟ้าระหว่างแผ่นด้วยการกระตุ้น AC
• คุณสมบัติ: กินพลังงานต่ำ ขนาดกะทัดรัด ทนต่อการสั่น; ความแม่นยำ ±1 µm
• ข้อจำกัด: Sensitive to metal environments and static electricity
• แอปพลิเคชัน: หุ่นยนต์ขนาดเล็ก, แขนกลทางการแพทย์, แพลตฟอร์มไมโคร/นาโน

4. เอนโคเดอร์แบบเหนี่ยวนำ (Inductive Encoder)

• วิธีตรวจจับ: วัดระยะด้วยการเปลี่ยนแปลงการเชื่อมเหนี่ยวนำระหว่างขดลวดและโลหะเป้าหมาย
• ข้อดี: ทนต่ออุณหภูมิสูง ความดันสูง และสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าแรง
• ความแม่นยำ: ปกติ ±10 µm; เหมาะกับอุตสาหกรรมหนักและขนส่งทางราง
• มาตรฐาน: อ้างอิง IEC 62130 สำหรับเซ็นเซอร์ตำแหน่งเหนี่ยวนำ

IV. คำแนะนำในการเลือกใช้งาน

1. กำหนดความต้องการ: ประเภทการเคลื่อนไหว (หมุน/เชิงเส้น), ประเภทสัญญาณ (เพิ่มอัตรา/ตำแหน่งจริง)
2. จับคู่ความละเอียดกับความเร็ว: ความละเอียดสูงต้องพิจารณาแบนด์วิดธ์คอนโทรลเลอร์และความสามารถอินเตอร์โพเลชัน
3. ความเหมาะสมกับสภาพแวดล้อม: แสงสำหรับห้องปลอดฝุ่น; แม่เหล็กและเหนี่ยวนำสำหรับสภาพแวดล้อมโหด
4. ความน่าเชื่อถือเชิงกล: พิจารณาโหลดแบริ่ง อายุการใช้งาน และการจัดแนวการติดตั้ง
5. ความเข้ากันได้ด้านการสื่อสาร: ตรวจสอบว่ารองรับโปรโตคอลและอินเทอร์เฟซที่ต้องการสำหรับการบูรณาการระบบและการวิเคราะห์ข้อผิดพลาด

ด้วยการจัดหมวดหมู่ตามสามมิติข้างต้นและการเปรียบเทียบประสิทธิภาพ คุณจะสามารถเลือกเอนโคเดอร์ที่เหมาะสมที่สุดได้อย่างรวดเร็ว ปรับปรุงประสิทธิภาพอุปกรณ์ และลดต้นทุนการพัฒนาและบำรุงรักษา