Kodlayıcı Temel Parametreleri Açıklaması
Doğru bir şekilde kodlayıcıyı değerlendirmek ve seçmek için, ölçüm doğruluğu, hız aralığı, çevresel uyumluluk, ömür gibi birçok yönü etkileyen kritik parametreleri derinlemesine anlamak gerekir. Bu sayfa, çeşitli kodlayıcıların yaygın elektriksel, mekanik ve çevresel parametrelerini daha profesyonel ve ayrıntılı bir şekilde inceleyecektir.
1. Çözünürlük (Resolution)
1.1 Tanım ve Gösterim
- Artımlı (Incremental) kodlayıcı: Genellikle PPR (Pulses Per Revolution) veya CPR (Counts Per Revolution) ile ifade edilir; 1000, 2500, 5000 PPR yaygındır. 4× frekans çarpımı durumunda, gerçek sayaç değeri 4×PPR olur.
- Mutlak (Absolute) kodlayıcı: Tek tur çözünürlüğü bit (bits) cinsinden gösterilir (örn. 13 bit = 8192 konum) veya “çok tur bit sayısı + tek tur bit sayısı” (örn. 25 bit çok tur) biçiminde.
- Doğrusal (Linear) kodlayıcı: LPI (Lines Per Inch), CPI (Counts Per Inch) veya “µm/pulse” gibi birimlerle tanımlanır.
1.2 Çözünürlük ve Sistem Performansı
- Çözünürlük ne kadar yüksekse, sistem daha ince hareketleri yakalayabilir, daha hassas konum ve hız kontrolü sağlar.
- Çok yüksek çözünürlük, yüksek performanslı kontrolör ve hızlı işlemci gerektirir; aksi takdirde darbe kaybı veya gecikme olabilir.
- Yüksek hızda, daha yüksek darbe frekansı oluşur; kablo ve sürücü band genişliğinin yeterli olduğundan emin olun.
1.3 Ek Notlar
- Bazı kodlayıcılar enterpolasyon teknolojisi (Interpolation) desteğiyle içsel bölme yoluyla elektronik çözünürlüğü artırır.
- Mekanik çözünürlük (kod diski üzerindeki gerçek çizgi sayısı) ile elektronik çözünürlük (enterpolasyon sonrası çıkış) ayrımına dikkat edin.
2. Doğruluk (Accuracy)
2.1 Geniş ve Dar Kapsamlı Doğruluk
- Geniş kapsamlı doğruluk: Kodlayıcı çıkışı ile gerçek konum arasındaki en büyük sapma; kod diski hatası, montaj hatası, yatak oynaması gibi birden çok faktörden etkilenir.
- Dar kapsamlı doğruluk: Bazı üreticiler yalnızca çizgi doğruluğu veya sensör okuma doğruluğunu verir; montaj ve yatak hatalarını içermez.
2.2 Ölçüm Birimleri
- Döner kodlayıcı: arcsec (yay saniyesi), arcmin (yay dakikası), derece (°) veya yüzde çözünürlük.
- Doğrusal kodlayıcı: µm/m, ppm (milyonda bir oran) veya diğer hassasiyet birimleri.
2.3 Doğruluk Hataları Kaynakları
- Kod diski/ızgara üretim hatası: Çizgi aralığı düzensizliği veya eksantriklik.
- Sensör doğrusal olmayanlığı: Fotoelektrik veya manyetik sensör kenar sapmaları.
- Mekanik montaj hatası: Eksantriklik, yatak oynaması, flanş hizasızlığı.
- Çevresel etkiler: Sıcaklık kayması, titreşim, kirlenme.
2.4 Doğruluk Artırma ve Telafi
- Yüksek işçilikli kod diski veya hassas optik/manyetik eleman kullanın.
- Lazer interferometre ile kalibrasyon yapıp hata tablosu oluşturun.
- Yatak sertliğini artırarak radyal/eksensel oynama azaltın.
3. Tekrarlanabilirlik (Repeatability)
3.1 Kavram
- Aynı konuma birden çok kez dönüldüğünde ölçüm sonuçlarının tutarlılığı; mutlak sapmadan bağımsız.
- Mutlak doğruluk düşük olsa bile iyi tekrarlanabilirlik yazılımla yüksek hassasiyet sağlar.
3.2 Etkileyen Faktörler
- Mekanik boşluk: Dişli, kaplin, mil vidası boşlukları veya elastik deformasyon.
- Sinyal zıplaması: Sensör kritik noktada doğru algılamama.
- Çevresel parazit: Sıcaklık değişimi, EMI, titreşim.
3.3 İyileştirme Yöntemleri
- Aktarma zincirini optimize edin, yüksek kaliteli kaplin kullanarak mil hizalamasını sağlayın.
- Birden fazla örnek alıp ortalama veya filtre uygulayın.
- Titreşim ve parazit kaynaklarını azaltın.
4. Maksimum Hız ve Frekans Yanıtı (Max Speed & Frequency Response)
4.1 Maksimum Hız
- Döner kodlayıcı: RPM (revolutions per minute) ile ifade edilir (örn. 6000 RPM).
- Doğrusal kodlayıcı: m/s veya mm/s ile ifade edilir.
- Maksimum hızı aşmak sinyal kaybı veya bozulmaya yol açar, doğruluk düşer.
4.2 Frekans Yanıtı
- Hareket hızı artsa bile tam dalga formu koruyup doğru sayım yapabilme yeteneği.
- Artımlı kodlayıcı darbe frekansı = RPM × PPR / 60.
- Mutlak kodlayıcı, seri iletişim hızına veya yenileme frekansına bağlıdır.
4.3 Dikkat Edilmesi Gerekenler
- Kontrolörün yüksek hızlı sayma veya hızlı seri çözümleme yeteneği olmalı.
- Kablo ve alıcı devre band genişliğine uygun olmalı, zayıflama ve gürültü önlenmeli.
5. Besleme Gerilimi ve Güç Tüketimi (Supply Voltage & Power Consumption)
5.1 Besleme Gerilimi Aralığı
- TTL kodlayıcılar için tipik 5 V DC; HTL için 10–30 V DC. Bazı üst seviye ürünler 4.5–30 V arası geniş destek sunar.
- Endüstriyel Ethernet kodlayıcıları genellikle 24 V sistemler ile uyumludur.
5.2 Güç Tüketimi Değerlendirmesi
- Optik kodlayıcılar ışık kaynağı içerdiğinden güç tüketimi yüksektir.
- Manyetik/kapasitif kodlayıcılar düşük güç tüketir, ancak düşük sıcaklıkta ön ısıtma gerekebilir.
- Yüksek hız ve yüksek çözünürlük, dahili işlemci ve sürücü tüketimini artırır.
5.3 Kararlılık ve Uyumluluk
- Besleme dalgalanması veya ani düşüş, kodlayıcıyı sıfırlayabilir veya darbe kaybına yol açabilir.
- Çok eksenli büyük sistemlerde kablo voltaj düşümü göz önünde bulundurulmalıdır.
6. Çıkış Türleri ve Sinyal Seviyeleri (Output Types & Signal Levels)
6.1 Artımlı Çıkış
- A/B/Z kare dalga: TTL, HTL, RS422 gibi seviyelerde.
- Sinüzoidal çıkış (1 Vpp): Yüksek hassasiyetli optik/manyetik ızgarada enterpolasyonla çözünürlük artışı.
6.2 Mutlak Çıkış
- Paralel: Gray kodu, ikili (binary) gibi çoklu bit paralel çıkış.
- Seri: SSI, BiSS, EnDat gibi senkron seri protokoller, kablo sayısını azaltır ve gürültü bağışıklığını artırır.
- Alan Ağı/Ethernet: CANopen, Profibus, EtherCAT, Profinet gibi çoklu düğüm kontrol imkanı.
6.3 Analog Çıkış
- Gerilim (0~5 V, 0~10 V) veya akım (4~20 mA); geleneksel analog kontrol sistemleri için uygundur.
- Besleme dalgalanması ve kablo empedansı doğruluğu etkileyebilir.
7. Koruma Derecesi (IP Rating)
7.1 IP Standardı
- IP65: Toza karşı koruma, düşük basınçlı su püskürtmeye dayanıklı.
- IP67: Kısa süreli su altında çalışabilir.
- IP68: Uzun süreli su altında veya derin su ortamında çalışabilir.
7.2 Seçim Stratejisi
- Dış mekan, gıda işleme, yıkama gibi yüksek nem veya tozlu ortamlarda yüksek IP dereceli kodlayıcı seçin.
- Yüksek IP derecesi genellikle maliyeti arttırır; ısı dağılımı ve yatak direncini de göz önünde bulundurun.
8. Rulman Yükü ve Mekanik Ömür (Bearing Load & Mechanical Life)
8.1 Rulman Türü ve Yükler
- Hassas bilyalı rulman veya açılı temas rulmanları yaygındır.
- Radyal yük: Eksen dikine uygulanan kuvvet; aksiyal yük: Eksen doğrultusunda itme/çekme kuvveti.
8.2 Ömür ve Bakım
- Yüksek hız, yüksek yük veya ekstrem sıcaklık rulman ömrünü kısaltır.
- Seramik rulman veya özel yağlayıcı kullanan kodlayıcılar daha dayanıklıdır.
8.3 Montaj Dikkatleri
- Esnek kaplin veya dış destekle radyal yükü dağıtın.
- Montajda hizalamayı sağlayın; aşırı tork veya titreşimden kaçının.
9. Çevresel Parametreler (Environment Parameters)
9.1 Sıcaklık Aralığı
- Çalışma sıcaklığı: Örneğin –20 °C ila +85 °C arası, doğruluk garantisi.
- Depolama sıcaklığı: Daha geniş olabilir, ancak optik bileşen veya yağlayıcı bozulma riskine dikkat.
9.2 Nem, Yoğuşma ve Korozyon
- Yüksek nem veya yoğuşma koşullarında sızdırmazlık ve pas önleme artırılmalı.
- Asidik, alkalin veya tuzlu ortamlarda paslanmaz çelik veya korozyon önleyici kaplama tercih edin.
9.3 Titreşim ve Darbe
- g veya m/s² cinsinden dayanma limitleri; işleme tezgahı mili veya otomotiv test platformu gibi yüksek titreşimli ortamlarda daha yüksek spesifikasyon gereklidir.
- Harici darbe emici yatak veya montaj pedleri kullanarak dayanıklılığı artırın.
9.4 EMC/ESD Dayanıklılığı
- Yüksek elektromanyetik ortam gereksinimlerinde ekranlı kablolar ve uygun topraklama uygulayın.
- Topraklama halkası, TVS diyot gibi ESD koruma önlemleriyle iç devreleri koruyun.
10. Fonksiyonel Güvenlik ve Yedeklilik (Functional Safety & Redundancy)
10.1 Güvenlik Bütünlüğü Seviyesi (SIL / PL)
- SIL: IEC 61508/IEC 62061; PL: ISO 13849.
- AGV, asansör, işbirlikçi robot gibi emniyet kritik uygulamalarda SIL2 veya SIL3 onaylı kodlayıcı önerilir.
10.2 Yedekli Tasarım
- Çift okuma kafası veya çift kanal: İki sensör setini çapraz kontrol ederek hata durumunda yedeklenme.
- Sensör arızasına bağlı duruş riskini önemli ölçüde azaltır.
10.3 Yerleşik Ö Özdenetim
- Işık kaynağı zayıflaması, manyetik anormallik, aşırı sıcaklık gibi durumları algılayıp alarm verir.
- “Güvenli kapatma” veya “yavaşlatma koruması” mantığıyla sistem emniyetini artırır.
11. Lineerlik Hatası ve Kalibrasyon (Linearity & Calibration)
11.1 Hata Kaynakları
- Kod diski veya manyetik yol periyot dağılımı tam eşit değil.
- Okuma kafası ile skala arasındaki boşluk veya montaj açısal sapmaları.
11.2 Kalibrasyon ve Telafi
- Yarı iletken, hassas laboratuvar uygulamalarında lazer interferometre ile hata eğrisi çıkarılır, telafi tablosu oluşturulur.
- Bazı kodlayıcılar dahili belleklerinde telafi tablosu saklayarak otomatik düzeltme yapar.
11.3 Bölgesel Telafi ve Sistem Entegrasyonu
- Mekanik hareket dar bir aralıkta ise o bölgeye odaklı kalibrasyon yaparak yüksek hassasiyet elde edilir.
- İyi tekrarlanabilirlikle birlikte son derece kesin konumlama mümkündür.
12. Kapsamlı Seçim ve Entegrasyon Önerileri
12.1 Uygulama Gereksinimleri
- Hareket türü: Döner/doğrusal, hız aralığı, ivmelenme/dezimivman karakteristikleri.
- Sistem doğruluğu: Çözünürlük, doğruluk, tekrarlanabilirlik.
- Çevresel sınırlamalar: IP derecesi, sıcaklık aralığı, toz/nem, titreşim gürültüsü.
12.2 Mekanik ve Elektrik Ara yüzü
- Mil çapı, flanş tipi, rulman yükü mekanik sisteme uyumlu mu kontrol edin.
- Besleme voltajı, sinyal seviyeleri, iletişim protokolü kontrolörle uyumlu olmalı.
- Kablo uzunluğu, voltaj düşümü, sinyal zayıflaması için ekranlı veya bükülmüş çift kablo kullanın.
12.3 Kurulum, Ayar ve Bakım
- Eksen hizalamasını sağlayın, aşırı radyal/aksiyal yükten kaçının.
- Esnek kaplin önerilir, küçük eksantriklikleri telafi eder.
- Dış kaplama sızdırmazlık, toz halkası, kablo ve konektör sıkılığını düzenli olarak kontrol edin.
13. Sonuç
Kodlayıcı seçiminde kritik parametreleri anlamak, kontrol sisteminin verimliliğini ve güvenliğini artırır. Temel göstergeler:
- Çözünürlük, doğruluk, tekrarlanabilirlik: Konumlama hassasiyeti ve kontrol akıcılığı
- Maksimum hız, frekans yanıtı: Yüksek hızda darbe kaybını önleme
- Koruma derecesi, rulman yükü: Zorlu koşullarda kararlılık ve uzun ömür
- Elektriksel uyumluluk, iletişim arayüzü: Sürücü, PLC, endüstriyel ağlarla sorunsuz entegrasyon
- Fonksiyonel güvenlik, yedeklilik: Kritik uygulamalarda güvenilirlik
Bu parametrelerin anlamı ve test kriterlerini kavrayarak, endüstriyel otomasyon sistemleri için daha verimli, güvenli ve uzun ömürlü kodlayıcı seçimleri yapabilirsiniz.