انکودر یا رمزگذار یک حسگر حرکت مکانیکی است که در پاسخ به حرکت، سیگنال های دیجیتالی تولید می کند. انکودر به عنوان یک دستگاه الکترومکانیکی، می تواند اطلاعات مربوط به موقعیت، سرعت و جهت را در اختیار کاربران سیستم کنترل حرکت قرار دهد. این مقاله انواع انکودر را مرور می کند، درک اساسی از نحوه عملکرد آن ها و اطلاعاتی در مورد ملاحظات انتخاب و مشخصات مهم را ارائه می دهد.
انکودر چیست؟
انکودرها در واقع دستگاه هایی هستند که هدف آن ها ارائه بازخورد در مورد حرکت اجسام به سیستم های کنترل است. این بازخورد به سیستم کنترل اجازه می دهد تا تعیین کند که آیا شیء تحت نظارت به درستی جا به جا شده یا در موقعیت خود قرار گرفته است یا اجازه می دهد تا بر اساس حرکت و موقعیت جسم تنظیمات یا اقداماتی انجام شود.
انکودرها معمولاً برای اندازه گیری یک یا چند پارامتر خاص در مورد شی مانند سرعت، موقعیت، جهت و یا شمارش شیء یا مقادیر مرتبط استفاده می شوند. یک مثال ساده از نحوه استفاده از انکودر در یک برنامه کوتاه به طول است. عملیات برش یا دستگاهی را تصور کنید که برای تولید منظم مواد با طول ثابت مشخص طراحی شده است. مواد اولیه، مانند پارچه، به طور مداوم از یک قرقره در دستگاه تغذیه می شود. دستگاه باید تعیین کند که طول ماده مورد نظر برای برش از قرقره بر روی نوار نقاله دستگاه تغذیه شده است و سپس باید به تیغه برش دستور دهد تا دقیقاً در زمان مناسب از روی مواد عبور کند تا طول مناسب مواد برش داده شود. در برنامه هایی مانند این از انکودر استفاده می شود تا به مدار کنترل دستگاه بگوید چه زمانی برش را انجام دهد.
انواع انکودر
چندین روش مختلف وجود دارد که از طریق آن ها می توان انکودر را برای برنامه های کنترل حرکت مشخص کرد. متداول ترین رویکرد این است که این دستگاه ها را بر اساس نوع حرکتی که تحت نظارت است مشخص کنید، خواه خطی (مستقیم) یا چرخشی. سه نوع رایج انکودر عبارتند از: انکودر خطی، انکودر چرخشی و انکودر زاویه ای.
انکودر خطی
انکودر خطی با حرکت اجسام در امتداد یک مسیر یا خط برخورد می کند، مانند برنامه برش به طول که قبلاً ذکر شد. این نوع انکودر از یک مبدل برای اندازه گیری حرکت یا فاصله بین دو نقطه استفاده می کند، گاهی از کابل (مسافت های طولانی تر) یا میله ای کوچک (مسافت های کوتاه) استفاده می کند. در این موارد، یک کابل بین مبدل انکودر و جسم متحرک اجرا می شود. با حرکت جسم، مبدل داده ها را از کابل جمع آوری کرده و یک سیگنال خروجی آنالوگ یا دیجیتال تولید می کند که برای تعیین حرکت یا موقعیت جسم مورد استفاده قرار می گیرد.
انکودر چرخشی
از انکودر چرخشی برای ارائه بازخورد در مورد حرکت یک شیء یا دستگاه در حال چرخش مانند محور موتور استفاده می شود. انکودر چرخشی موقعیت زاویه ای محور متحرک را به سیگنال خروجی آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کند که سپس یک سیستم کنترل را قادر می سازد تا موقعیت یا سرعت شفت را تعیین کند.
انکودر چرخشی ممکن است دارای شفت باشند یا از طرحی باشند که به عنوان انکودر از طریق سوراخ شناخته می شوند، به این معنی که آن ها می توانند مستقیماً بر روی یک محور دوار مانند موتور نصب شوند. انکودرها از طریق سوراخ با تنوع گسترده ای در اندازه ها و ویژگی های گیره یا نصب پیچ وجود دارند که آن ها را برای اتصال در برنامه های طراحی ماشین مناسب می کند. از فلنج برای قرار دادن انکودر و جلوگیری از چرخش آن با محور متحرک استفاده می شود.
انکودر زاویه ای
انکودر زاویه ای شبیه به انکودرهای چرخشی است از این جهت که بر حرکت چرخشی نظارت و بازخورد می دهد، اما از این جهت که انکودرهای زاویه ای دقت بیش تری را ارائه می دهند متفاوت هستند.
انکودرهای مطلق و افزایشی
هر دو انکودر خطی و چرخشی به عنوان انکودر مطلق یا افزایشی در دسترس هستند که خروجی سیگنال مورد نظر را برای انکودر توصیف می کند. با یک انکودر مطلق، سیگنال خروجی تولید شده توسط دستگاه منجر به مجموعه ای منحصر به فرد از بیت های دیجیتال می شود که مربوط به موقعیت خاصی از شیء مورد اندازه گیری است. حتی در صورت از دست دادن قدرت، انکودر مطلق با طراحی آن می تواند موقعیت جسم را تعیین کند زیرا یک سیگنال دیجیتالی خاص در هر موقعیتی وجود دارد.
انکودرهای مطلق چرخشی در دو طرح تک دور و چند دور موجود است. انکودرهای تک دور قادر به ارائه اطلاعات در هر چرخش یک محور هستند. انکودرهای چند دور قادر به ارائه اطلاعات در مورد موقعیت در بسیاری از چرخش های موقعیت شفت، حتی تعداد زیادی چرخش هستند.
انکودرهای مطلق در برنامه هایی استفاده می شوند که در آن دانستن موقعیت دقیق یک شی مهم است. آن ها هم چنین در شرایطی استفاده می شوند که دستگاه یا فرآیند برای درصد زیادی از زمان غیر فعال است یا با سرعت بسیار کند حرکت می کند.
انکودرهای افزایشی از روش ساده تری برای شمارش حرکت استفاده می کنند و متکی به تعیین موقعیت جسم با شمارش تعداد ضربان و سپس استفاده از آن شمارش برای محاسبه موقعیت هستند. از آن جا که آن ها به شمارش پالس متکی هستند، هیچ امضای دیجیتالی منحصر به فردی وجود ندارد که بتوان از آن برای تعیین موقعیت مطلق استفاده کرد. بنابراین در صورت از دست دادن قدرت، انکودرهای افزایشی باید به موقعیت اصلی یا نقطه مرجع ارجاع داده شوند تا شمارنده تنظیم مجدد شود و سپس برای محاسبه حرکت نسبی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از راه های تفکر در مورد تفاوت این است که انکودرهای افزایشی حرکت نسبی را در برابر نقطه مرجع اندازه گیری می کنند، در حالی که انکودرهای مطلق موقعیت را مستقیماً با استفاده از یک کد سیگنال منحصر به فرد که موقعیت را منعکس می کند اندازه گیری می کنند.
فناوری های حسگر انکودر
چندین فناوری سنجش مختلف وجود دارد که ممکن است در یک انکودر برای تشخیص حرکت یا موقعیت استفاده شود. رایج ترین فن آوری های سنجش که در طراحی انکودرها استفاده می شود عبارتند از:
- نوری
- مغناطیسی
- خازنی
انکودرهای نوری
انکودرهای نوری از همه روش های سنجش دقیق تر هستند. یک انکودر نوری دوار شامل یک منبع نوری مانند LED و یک دیسک گردان است که با یک سری خطوط مات و شکاف های شفاف متناوب الگو شده است. با عبور نور از دیسک دوار، یک حسگر نوری که در طرف مقابل دیسک نصب شده است، نور را تشخیص داده و یک سیگنال الکتریکی سینوسی تولید می کند که مربوط به وجود نور تشخیص داده شده از شکاف های شفاف و عدم وجود نور از خطوط مات است. سپس یک مدار الکتریکی سیگنال سینوسی را به سیگنال موج مربعی که یک سری پالس های بالا و پایین است تبدیل می کند. این پالس ها به یک مدار کنترلی ارسال می شوند که می تواند تعداد پالس ها را هنگام چرخاندن انکودر اندازه گیری کند و از این داده ها برای تعیین موقعیت برای محور چرخشی یا کنترل برخی از اقدامات بر اساس حرکت یا موقعیت استفاده کند.
انکودرهای مغناطیسی
انکودرهای مغناطیسی برای تعیین حرکت و موقعیت یک جسم روی تعیین تغییر در شار مغناطیسی متکی هستند. انکودر چرخشی مغناطیسی شامل یک دیسک مغناطیسی است که تعدادی قطب مغناطیسی در امتداد محیط آن قرار دارد. یک سنسور در کنار دیسک قرار دارد و با چرخش دیسک، سنسور، تغییر میدان مغناطیسی را با عبور قطب های مختلف سطح دیسک از نزدیک سنسور تشخیص می دهد. میدان مغناطیسی در حال تغییر برای تولید یک سیگنال خروجی سینوسی استفاده می شود که می تواند برای شمارش توسط یک مدار کنترل به یک پالس مربعی تبدیل شود. حسگر مورد استفاده در این انکودرها می تواند از اثر هال استفاده کند، که تغییر ولتاژ را تشخیص می دهد یا می تواند یک سنسور مقاومت مغناطیسی باشد که می تواند تغییر میدان مغناطیسی را مستقیماً تشخیص دهد.
انکودرهای خازنی
انکودرهای خازنی یک فناوری سنجش نسبتاً جدید برای طراحی انکودرها هستند. اصل عملکرد بر تشخیص تغییر در ظرفیت با استفاده از سیگنال مرجع فرکانس بالا، متکی است. به عنوان مثال، با یک انکودر خازنی دوار، از یک آرایش سه قسمتی برای فعال کردن انکودری سیگنال استفاده می شود-فرستنده ثابت، روتور و گیرنده ثابت. فرستنده یک سیگنال یا جریان الکتریکی با فرکانس بالا ایجاد می کند که از روتور به سمت گیرنده عبور می کند. یک الگوی سینوسی که روی روتور فلزی مهر شده است. سیگنال AC را با چرخش روتور تعدیل می کند و گیرنده سیگنال مدوله شده را به مجموعه ای از پالس های خروجی تبدیل می کند که می تواند برای ایجاد افزایش حرکت چرخشی استفاده شود. روتور یک مقاومت خازنی متغیر بین سیگنال تولید شده توسط فرستنده و فلز روی روتور ایجاد می کند، که باعث ایجاد اعوجاج قابل پیش بینی و تکرار در میدان AC می شود.
انکودرهای چهارگانه
در حالی که از انکودرهای تک کاناله می توان برای ایجاد حرکت استفاده کرد، آن ها از محدودیتی رنج می برند که نمی توانند جهت حرکت را حس کنند. به عنوان مثال، در یک انکودر چرخشی، یک حرکت عقربه های ساعت همان سیگنال خروجی را در جهت حرکت خلاف جهت عقربه های ساعت ایجاد می کند، بنابراین خروجی الکتریکی انکودر نمی تواند جهت چرخش را تشخیص دهد، فقط اندازه حرکت است. این نقیصه را می توان با استفاده از آن چه به عنوان انکودر چهارگانه شناخته می شود برطرف کرد.
انکودرهای چهارگانه از دو کانال خروجی استفاده می کنند که سیگنال های خروجی الکتریکی آن ها خارج از فاز هستند. برای انجام این کار، داخل دیسک کد یک انکودر چهارگانه شامل دو شیار است – برای هر یک از دو کانال سیگنال A و B. کدگذاری این شیارها در دیسک کد به گونه ای است که هنگام تولید سیگنال ها، پالس موج مربعی از کانال A با پالس موج مربعی از کانال B، از نظر الکتریکی 90 درجه خارج از فاز است. برای مورد انکودر دوار که در جهت عقربه های ساعت می چرخد، به عنوان مثال، پالس هایموج مربعی کانال A کانال B را “هدایت” می کنند، و هنگامی که جهت چرخش به خلاف جهت عقربه های ساعت تغییر می کند، پالس های کانال B منجر به هدایت کانال های A می شوند. بنابراین استفاده از دو کانال سیگنال که تغییر فاز دارند به مدار کنترل اجازه می دهد تا پالس های خروجی انکودر را دریافت کند تا جهت حرکت را تشخیص دهد. همین اصل در مورد انکودرهای حرکت خطی نیز صدق می کند.
انکودرهای چهارگانه افزایشی اغلب یک کانال سیگنال اضافی به نام نشانگر یا شاخص اضافه می کنند که به ایجاد یک نقطه مرجع کمک می کند و سپس می تواند برای تعیین موقعیت و جهت حرکت استفاده شود.
انکودرها چگونه کنترل می شوند؟
انکودرها از طریق چرخشی که شفت روی آن نصب شده است کنترل می شوند. شفت با هابی که در داخل انکودر قرار دارد در تماس است. با چرخاندن شفت، باعث می شود که دیسک با هر دو خط شفاف و جامد در مدار انکودر بچرخد. مدار انکودر شامل یک LED است که توسط یک دیود فوتوالکتریک گرفته می شود و پالس ها را به کاربر منتقل می کند. سرعت چرخش دیسک بستگی به سرعت شفتی دارد که انکودر به آن متصل است.
کاربردهای انکودر
یک انکودر می تواند در برنامه هایی استفاده شود که به بازخورد موقعیت، سرعت، فاصله و غیره نیاز دارند.
- رباتیک
- ماشین های برچسب زنی
- تجهیزات پزشکی
- منسوجات
- ماشین های حفاری
- بازخورد موتور
- ماشین های مونتاژ
- بسته بندی
- سیستم های نشانگر X و Y
- چاپگرها
- آزمایش ماشین آلات
- دستگاه های CNC
در بسیاری از صنایع از انکودرها استفاده می شود.
انکودرها به یک جزء ضروری برای برنامه های کاربردی در صنایع مختلف تبدیل شده اند. در زیر لیستی از صنایع مورد استفاده از انکودرها آمده است:
- خودرو – صنعت خودرو از انکودرها به عنوان سنسورهای حرکت مکانیکی برای کنترل سرعت استفاده می کند.
- لوازم الکترونیکی مصرفی و تجهیزات اداری-در صنعت لوازم الکترونیکی مصرفی، انکودرها به طور گسترده ای در تجهیزات اداری مانند تجهیزات اسکن مبتنی بر رایانه، چاپگرها و اسکنرها استفاده می شوند.
- صنعتی- در صنعت، از انکودرها در برچسب زدن ماشین ها، بسته بندی و ماشین آلات با کنترل کننده های موتور تک محوره و چند محوره استفاده می شود. انکودرها را می توان در کنترل دستگاه CNC نیز یافت.
- پزشکی – در صنعت پزشکی، انکودرها در اسکنرهای پزشکی، کنترل حرکت میکروسکوپی یا نانوسکوپی دستگاه های خودکار و پمپ های توزیع کننده استفاده می شوند.
- نظامی – ارتش هم چنین از انکودرها در کاربرد آنتن های موقعیتی استفاده می کند.
- ابزارهای علمی – تجهیزات علمی، انکودرها را در موقعیت یابی تلسکوپ رصدخانه اجرا می کند.
نحوه نصب انکودر
پس از انتخاب موتور مناسب، مهم است که نحوه نصب صحیح آن را بدانید. نصب هر انکودر به گزینه نصب یا پایه آن بستگی دارد. اگر قرار است انکودر بر روی محور موتور نصب شود، می توان از یک ابزار مرکز برای تراز کردن سوراخ انکودر به محور استفاده کرد. گزینه های مختلف نصب، عملکردهای متفاوتی دارند. یک R-Option اجازه حرکت 15 -/+ درجه ای را می دهد که در آن انکودر می تواند به جلو و عقب بچرخد. اما T-Option از چسب برای چسباندن به پشت موتور استفاده می کند.
مزایای انکودر
- بسیار قابل اعتماد و دقیق
- بازخورد کم هزینه
- کیفیت بالا
- لوازم الکترونیکی یکپارچه
- فن آوری های نوری و دیجیتال را فیوز می کند.
- می تواند در برنامه های موجود گنجانده شود.
- اندازه جمع و جور
معایب انکودر
- تحت تداخل مغناطیسی یا رادیویی (رمزگذارهای مغناطیسی)
- تداخل منبع نور مستقیم (رمزگذارهای نوری)
- مستعد آلودگی، روغن و گرد و غبار است
ما را در تلگرام دنبال کنید.
