روتاری اینکودر Rotary Encoder چیست ؟

اینکودر چرخشی یا روتاری اینکودر که شفت اینکودر نیز نامیده می شود، یک تجهیز الکترو مکانیکی، جهت تبدیل یک وضعیت زاویه ایی و یا حرکت یک شفت یا محور به یک کد دیجیتال یا آنالوگ می باشد.

اینکودرها در دسته سنسورها قرار می ‌گیرند. در هنگامی‌ که شفت این قطعات به حرکت درآید، پالسی را متناسب با میزان چرخش یا حرکت خطی به شما تحویل می‌دهند. این پالس به شما این امکان را می‌دهد تا میزان تغییر در مکان، سرعت، شتاب یا زاویه چرخشی را تعیین کنید.

در دنیای کنونی نقش سنسورها هر روزه در حال افزایش است. سنسورها، ابزارهای مناسبی برای در اختیار گذاشتن داده ها جهت تصمیم ‌گیری سیستم‌های کنترلی هستند. اختلال در عملکرد سنسورها می تواند عملکرد سیستم های کنترلی را تحت تأثیر قرار دهد.

وظیفه اصلی انکودرها گرفتن بازخورد از محیط و تبدیل آن به یک داده قابل استفاده برای سیستم‌های کنترلی و پردازشگرهاست. لغت اینکودر (Encoder) در فارسی به رمزگذار ترجمه شده است. دلیل این نامگذاری به تبدیل حرکت به رمز (کد) توسط اینکودر است.

همانگونه که در بالا توضیح داده شده، در واقع اینکودرها حرکت مکانیکی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. سیگنال خروجی تولید شده توسط سیستم‌های کنترلی مختلف از جمله PLC ها قابل خواندن است. سیستم‌های کنترلی با استفاده از سیگنال دریافتی از اینکودر می ‌توانند سرعت، جهت، موقعیت، تعداد پالس و یا موارد دیگری را تعیین کنند.

اینکودرها نوعی حسگر هستند که حرکت مکانیکی (شامل حرکت دورانی و خطی) تجهیزاتی که روی آن نصب می شوند، را حس کرده و با توجه به آن حرکت، پالسی (سیگنالی) را به سیستم های کنترلی نظیر PLC ها می فرستند.

در صنعت ابزار دقيق و اتوماسيون از اين تجهيز در کاربردهای فرآوانی که نياز به اندازه گيری دقيق گردش شفت وجود دارد نظير روبوتيک ، دستگاه های CNC و فيدبک کنترل دور موتور بهره گرفته می شود.

اجزای تشکیل دهنده روتاری اینکودر Rotary Encoder :

تشریح عملکرد روتاری اینکودر Rotary Encoder :

روتاری اینکودر های چرخشی افزایشی از یک دیسک شفاف استفاده می کنند که شامل بخش های مات می باشد که به طور مساوی برای تعیین حرکت استفاده می شوند. در این وسیله از یک دیود انتشارنور برای عبور از دیسک شیشه ای استفاده می شود و توسط یک ردیاب تصویر شناسایی می شود. این باعث می شود که رمزگذار با چرخش ، قطاری با پالس های مساوی با فاصله ایجاد کند. خروجی رمزگذارهای چرخشی افزایشی به صورت پالس در هر چرخش اندازه گیری می شود که برای ردیابی موقعیت یا تعیین سرعت استفاده می شود.

روتاری اینکودر نوری در واقع یک سنسور موقعیت زاویه ای است. این روتاری اینکودر نوری دارای یک شفت مکانیکی که بر روی درایو ورودی نصب شده است و درایوی که بر روی آن به شدت ثابت شده است را می چرخاند. نور از دیودهای ساطع مادون قرمز گیرنده مادون قرمز از طریق شکاف شفاف از چرخش دیسک می رسد. یک سیگنال آنالوگ ایجاد می شود. سپس الکترونیکی، سیگنال تقویت شده و تبدیل به صورت دیجیتال می شود سپس این سیگنال به پردازنده داده منتقل می شود.

روتاری اینکودر نوری یک دستگاه الکترومکانیکی است که دارای یک خروجی الکتریکی به صورت فرم دیجیتالی متناسب با موقعیت زاویه محور شفت ورودی است. روتاری انکودر نوری به طور مستقیم قادر به فعال کردن زاویه ی جا به جایی برای تبدیل به یک فرم دیجیتال نیست.

شفت اینکودرحركت زاویه ای یك شفت یا محور را به پالسهای الکتریکی قابل شمارش تبدیل می كند.

روتاری اینكودر ها بنابر نیاز مصرف برای تولید تعداد سیگنال مختلف و در انواع 3 سیگنال و 6 سیگنال ساخته می شوند . در مدل سه سیگنال روتاری اینکودر های آتونیکس Autonics ولتاژ تغذیه 24-5 VDC و اینكودر دارای 3 عدد سیم خروجی می باشد و در مدل 6 سیگنال ولتاژ تغذیه اینكودر 5VDC و اینكودر علاوه بر پالسهای A و B و Z  دارای سه پالس *A و *B و *Z می باشد كه دقیقا مخالف پالسهای اولیه هستند. یعنی هنگامی كه پالس A در سطح 1 منطقی قرار دارد سیگنال *A در سطح صفر منقطی قرار می گیرد.

اینکودر (رمز گذار) در واقع یک تجهیز الکترومکانیکی است که حرکت یک جسم را به یک کد دیجیتال (0-1) ، Pulse یا آنالوگ (۴ تا ۲۰ میلی آمپر یا ۰ تا ۱۰ ولت) تبدیل می کند و این کد در تجهیز دیگری به نام دیکودر (Decoder) یا رمزگشا بنا به نیاز به تعداد دوران یا سرعت زاویه ای و یا مسافت تبدیل می شود. پایه علمی طراحی و ساخت اینکودر ها بهره گیری از تکنولوژی های نوری و مغناطیسی است.

اینکودر ها تغییرات مکان (Postition) و جهت (Direction) را به سیگنال های الکتریکی ترجمه می کنند. اینکودر حسگری است که به محور چرخ ، و یا موتور وصل می شود و می تواند میزان چرخش را اندازه گیری کند ، با اندازه گیری میزان جا به جا یی ، سرعت ، شتاب یا زاویه چرخشی را تعیین کرد.

اینکودر چرخشی در طیف گسترده ای از محل ها مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به نظارت یا کنترل دارند یا هر دو. سیستم مکانیکی از جمله کنترلر های صنعتی، روباتیک، لنزهای عکاسی، دستگاه های ورودی رایانه مانند موس های نوری مکانیکی و تریپل ها، فشارسنج و چرخش پلتفرم های رادار از این نوع انکودر بهره می برند.

در حقیقت با هر دور چرخش شفت اینکودر یک پالس به هر خروجی ارسال می‌شود. در خروجی اینکودر دو ترانزیستور وجود دارد که بین ولتاژ مثبت و ولتاژ صفر با توجه به سطح سیگنال خروجی سوئیچ می‌کند، به همین دلیل از نوع توتم پل محسوب می شود. این ویژگی علاوه بر کاهش امپدانس خروجی باعث کاهش تأثیر نویز و اعوجاج می شود. در نتیجه اینکودر قابلیت استفاده در مسیرهای طولانی را دارد.

کاربرد روتاری اینکودر Rotary Encoder :

اینکودر ها معمولا در سیستم های اتوماسیون  صنعتی و کنترلی در قسمتی نصب می شوند که بتوانند از خروجی فیدبک را برای کنترلر ارسال کنند و پارامترهای زیر را مشخص کند :

• اندازه گیری سرعت ، 2- اندازه گیری و کنترل موقعیت ، 3- جهت چرخش شفت

مثال :

تصور کنید که قصد کنترل سرعت یک موتور الکتریکی را دارید ، اگر شما فرمان های موتور را از یک اینورتر به آن اعمال کنید و سرعت را کم و یا زیاد نمایید توانسته اید تا سرعت موتور را کنترل کنید ولی مشکل اصلی زمانی پیش می آید که شما قصد داشته باشید تا سرعت موتور را روی سرعت خاص به صورت دقیق و ثابت نگه دارید در این حالت شما نیاز به گرفتن فیدبک از موتور هستید اما این سوال پیش می آید که آیا سرعت دقیق موتور همان عددی که شما به آن اعمال کرده اید هست یا نه؟ ، پس یکی دیگر از کاربرد های انکودر اندازه گیری سرعت موتور ها می باشد.

مواردی پیش می آید که شما می خواهید نوار نقاله مورد نظرتان به اندازه ای مشخص حرکت کند و در آن نقطه توقف کند که این موضوع یکی از پرکاربردترین نوع استفاده از انکودر در صنعت مخصوصا در ماشین آلات بسته بندی و پرکن های صنعتی به کار گرفته می شود. برای این کار شما خروجی انکودر را اندازه گیری می کنید و با در نظر گرفتن ضرایب گیربکس و کوپلینگ ها مسافت طی شده را به دست می آورید ، این کار به اصطلاح کنترل موقعیت نامیده می شود.

از جمله کاربردهای روتاری انکودر (ROTARY ENCODER) در صنعت و کارخانجات می ‌توان به استفاده از آن در کارخانجات فولاد، دستگاه‌های نساجی، دستگاه‌های برش چوب و CNC، دستگاه‌های تولید کاشی و سرامیک و کارخانجات سیمان اشاره کرد. از روتاری انکودر (ROTARY ENCODER) در انواع پروژه‌های تحقیقاتی نیز استفاده می‌ شود.

روتاری اینکودرها (ROTARY ENCODER) در ماشین آلات برای بازخورد حرکت و کنترل حرکت استفاده می شوند. اینکودرها در تمام ماشین آلات هم یافت می شوند. روتاری اینکودر هایی هستند که در برنامه های برش طولی ، پلاتر ، روباتیک ، بسته بندی ، انتقال ، اتوماسیون ، مرتب سازی ، پر کردن ، تصویربرداری و موارد دیگر استفاده می شود.

ماژول روتاری اینکودر معمولا به نام های مختلفی از قبیل انکودر و اینکودر شناخته می شود.این وسیله قادر است از خروجی فیدبک را برای کنترلر ارسال کند که جهت مشخص نمودن سه پارامتر از قبیل جهت چرخش شفت ، سرعت و موقعیت استفاده می گردد. با استفاده از ابزارهایی چون تسمه نقاله و چرخ دنده ها هم می توان حرکات خطی را ثبت نمود.

انواع روتاری اینکودر Rotary Encoder به لحاظ عملكرد کدامند ؟

اینكودرها به لحاظ عملكرد به دو نوع افزایشی و مطلق تقسیم بندی میشوند :

الف – روتاری اینکودر افزایشی | Incremental Rotary Encoder :

در این نوع انكودرها از یك جفت LED فرستنده و گیرنده و یك دیسك مدرج ( سیاه و سفید یا سوراخ سوراخ ) استفاده می شود و دیسك مدرج مابین سنسور فرستنده و گیرنده قرار می گیرد . در هنگام چرخش دیسك مدرج سیگنال بین فرستنده و گیرنده بطور متوالی قطع و وصل می گردد و در خروجی یك مجموعه پالس خواهیم داشت. با شمارش تعداد پالسها می توان میزان چرخش و جابجایی را محاسبه كرد. هرچه تعداد پالسها بیشتر شود دقت محاسبه حركت هم بیشتر خواهد شد.

بوسیله شمارش تعداد پالس های اینكودر می توان میزان حركت یا چرخش شفت را اندازه گیری كرد. ولی اگر ما یك ردیف پالس خروجی داشته باشیم امكان تشخیص جهت چرخش وجود ندارد. بنابراین انكودرها باید داری مجموعه دومی از پالسها باشند كه این مجموعه جدا از پالس اولیه باشد.

این دسته از اینکودرها تغییرات زاویه‌ای را به شکل لحظه ای و نسبت به مبدا نمایش می‌دهد. این بدین معناست که این انکودرها تنها تغییرات موقعیتی را نشان می ‌دهند نه موقعیت مطلق را.

مثال :

یکی از نمونه‌های کاربرد این نوع از اینکودرها در موس‌های توپی جدید است، که انکودر در این تجهیز با شمارش تغییرات موقعیتی، مکان موس را تشخیص می‌دهد.

معرفی خروجی های روتاری اینکودر افزایشی :

روتاری انکودر افزایشی (Incremental Encoder) معمولاً در دو نسخهٔ سه ‌خروجی و شش ‌خروجی عرضه می‌شود. تفاوت اصلی آن‌ها در نوع سیگنال و نحوهٔ استفاده در سیستم‌های کنترلی است.

الف ) انکودر افزایشی سه‌ خروجی :

این نوع انکودر شامل سه سیگنال اصلی است :

1) خروجی A :

پالس دیجیتال مربعی

تعیین سرعت و تعداد پالس‌ها (تعداد گام‌ها)

2) خروجی B :

پالس دیجیتال با اختلاف فاز ۹۰ درجه از A

برای تشخیص جهت چرخش استفاده می‌شود (Clockwise/Counter-Clockwise)

3) خروجی Z (یا Index, Reference) :

یک پالس در هر دور کامل

برای هم ‌مرجع‌ سازی (Homing) و تعیین نقطهٔ صفر مکانیکی کاربرد دارد.

کاربرد ها :

سروو موتورهای کوچک

رباتیک

کنترل سرعت

ب ) انکودر افزایشی شش‌ خروجی :

این انکودر خروجی‌های A و B و Z را دارد، اما هرکدام Complement یا معکوس نیز دارند :

A

A̅ (یا A-) → مکمل A

B

B̅ (یا B-) → مکمل B

Z

Z̅ (یا Z-) → مکمل Z

چرا خروجی مکمل وجود دارد ؟

افزایش ایمنی در نویزهای صنعتی

امکان انتقال سیگنال با فواصل زیاد (استفاده از درایوهای تفاضلی مثل RS-422 / Line Driver)

دقت و اطمینان بیشتر در سیستم‌های سروو و CNC

کاربرد ها :

سروو موتورهای صنعتی

ماشین‌های CNC

سیستم‌های با نویز زیاد

کنترلرهای حرفه‌ای و درایوهای سروو

خلاصهٔ تفاوت بین سه‌ خروجی و شش‌ خروجی :

ب – روتاری اینکودر مطلق | Absolute Rotary Encoder :

در اینکودرهای مطلق علاوه بر تغییر موقعیت، خود موقعیت نیز تشخیص داده می‌شود. در این اینکودر نیز از صفحه ای دایره ای شکل بهره گرفته می ‌شود که از چندین شبکه مانند تصویر زیر تشکیل شده است. هر یک از شبکه‌ها الگوی رنگی ویژه خود را دارد. با استفاده از همین الگوی رنگی رمزگذار مطلق موقعیت را تشخیص می‌دهد.

یك اشكال عمده در اینكودرهای افزایشی اینست كه باید شمارش پالس ها را در یك كانتر یا شمارنده ذخیره كرد و اگر به هر علتی اختلالی در عملكرد كانتر بوجود آید اینكودر موقعیتی را كه در آن قرار دارد را گم می كند. در اینكودر افزایشی نقطه صفر حركت مشخص نخواهد بود برای حل این مشكل اینكودر های مطلق بوجود آمدند كه همواره موقعیتی را كه درآن قرار دارند و فاصله آن با نقطه شروع ( نقطه صفر ) را خواهند دانست. دیسك مورد استفاده در این اینكودرها از تعدادی شیار هم ارز تشكیل شده كه با چرخش آنها كدهای مشخصی تولید میشود.

به عنوان مثال اگر اینكودر دارای 3 مجموعه دیسك باشد یك خروجی 3 بیتی خواهیم داشت و در نتیجه اینكودر قادر به آشكار سازی 8 محل خواهد بود یعنی دقت برابر 45 درجه ( 45=360/8) هرچه تعداد شیارها بیشتر باشد دقت اینكودرها بیشتر خواهد بود.

اینكودرهای مطلق قادر به تولید كد گری (Gary ، باینری Binary و BCD) هستند.

خروجی اینکودر مطلق، موقعیت شفت فعلی را نشان می دهد. خروجی یک انکودر افزایشی اطلاعاتی را در مورد جابه جایی شفت فراهم می کند، که به طور معمول در جایی دیگر به اطلاعاتی مانند موقعیت، سرعت و مسافت پردازش می شود.

نحوه تولید کد گری و باینری روتاری اینکودر آتونیکس Autonics :

اینكودر مطلق ساخت شركت آتونیكس تا دقت 10 بیتی یعنی معادل 0.3515 درجه ساخته می شوند كه امكان دقتی فوق العاده را برای كاربر فراهم می آورد.

معرفی کدهای خروجی روتاری اینکودر ابسولوت :

در روتاری اینکودرهای ابسولوت (Absolute Encoder)، موقعیت زاویه‌ای شفت به صورت «کدهای دیجیتال» در خروجی ارائه می‌شود. سه نوع کدگذاریِ رایج عبارت‌اند از کد BCD، کد باینری و کد گری. در ادامه هر کدام را به‌صورت واضح و مختصر معرفی می‌کنیم :

کد BCD » (Binary Coded Decimal) :

در کد BCD هر رقمِ یک عدد ده‌دهی (Decimal) به ‌صورت جداگانه در قالب یک عدد چهار بیتی باینری نمایش داده می‌شود.

ویژگی‌ ها :

خوانایی بالا برای انسان و سیستم‌های کنترلی

مناسب برای اینکودرهای با تعداد پالس پایین تا متوسط

نسبت به کد باینری به بیت‌های بیشتری نیاز دارد.

خطاهای تغییر وضعیت بین دو زاویه کمتر است چون فقط بخشی از بیت‌ها تغییر می‌کنند.

مثال :

عدد 37 در BCD =

3 → 0011

7 → 0111

پس خروجی = 0011 0111

کد باینری » (Binary Code) :

در این روش موقعیت زاویه‌ ای شفت به یک عدد باینری مستقیم تبدیل می‌شود.

ویژگی ‌ها :

ساده ‌ترین و رایج ‌ترین روش

تعداد بیت‌ها نسبت به BCD کمتر است .

حساس به خطاهای گذرا هنگام تغییر از یک مقدار به مقدار دیگر (مثلاً از 0111 به 1000 چند بیت همزمان تغییر می‌کنند)

مناسب برای سیستم‌هایی که نویز کم است .

مثال :

عدد 7 → 0111

عدد 8 → 1000

کد گری » (Gray Code) :

کدی که در آن بین هر دو مقدار متوالی تنها یک بیت تغییر می‌کند.

این ویژگی باعث کاهش خطا در لحظه ‌ی تغییر وضعیت می‌شود.

ویژگی‌ ها :

بسیار پایدار و مطمئن در اینکودرهای ابسولوت

خطر خواندن اشتباه کمتر از باینری

نیاز به تبدیل به باینری در برخی سیستم‌ها (برای پردازش)

مثال (4 بیت) :

0000

0001

0011

0010

0110

…

بین هر مقدار فقط یک بیت تغییر کرده است.

خلاصه مقایسه :

انواع اینکودر Encoder به لحاظ ساختمان کدامند ؟

اینكودرها به لحاظ ساختمان به دو نوع خطی و چرخشی تقسیم بندی میشوند :

اگر اینکودر قابلیت حس کردن حرکت خطی را داشته باشد، اینکودر خطی و در صورتی که قابلیت حس کردن حرکت دورانی را داشته باشد، اینکودر چرخشی یا دورانی گویند.

الف – اینکودر خطی | Linear Encoder :

این نوع از اینکودرها برای سنجش موقعیت کاربرد دارند. در واقع چنانچه حرکتی که اینکودر حس می ‌کند از نوع خطی باشد، انکودر خطی نامیده می‌ شود.

تکنولوژی‌ های ساخت این انکودرها عبارتند از: نوری، القایی، مغناطیسی، خازنی و جریان گردابی.

ب – اینکودر چرخشی یا دوار | Rotary Encoder :

این اینکودرها موقعیت و زاویه یک شفت را دریافت و یک خروجی به شکل پالس متناسب با آن ارسال می‌کنند. این سنسورها از یک یا دو جفت LED فرستنده و گیرنده به یک صفحه دایره ای سیاه و سفید استفاده می‌کنند.

زمان چرخش شفت، صفحه دایره ای سیاه و سفید به همراه آن می ‌چرخد. در حالی که سنسورهای فرستنده و گیرنده ثابت هستند. بنابراین سیگنال ‌های ارسالی قطع و وصل می‌ شود. این موضوع اساس کار اینکودرهای چرخشی را تشکیل می‌ دهد.

به این دسته از اینکودرها شفت اینکودر (Shaft Encoder) و در صورتی که بدون شفت باشند هالو شفت (Hollow Shaft Encoder) نیز گفته می ‌شود .

انواع روتاری اینکودر Rotary Encoder از نظر داشتن شفت کدامند ؟

اینکودرها از نظر دارا بودن شفت به دو دسته شفت دار (Shaft encoder) و بدون شفت (هالو شفت hollow shaft) تقسیم می‌ شوند :

روتاری اینکودرهای دارای شفت معمولا با یک کوپلینگ به شفت موتور متصل می شوند. در این حالت نمی ‌توان موتور و اینکودر را به سادگی تعویض کرد، چرا که پیدا کردن جایگزین دقیقا با همان اندازه کار دشواری است. یکی دیگر از مشکلات اینکودرهای دارای شفت بروز خطا در پی جابه‌جایی شفت اینکودر نسبت به شفت موتور است.

در مقابل اینکودرهای بدون شفت (هالو شفت) سازگاری زیادی از نظر شکل و اندازه با محیط دارند. ‌هالو شفت‌ها کم حجم تر از انکودرهای شفت دار هستند و بر روی شفت موتورهای با قطر مختلف سوار می‌شوند.

در هنگام خرید روتاری اینکودر ها باید چه نکاتی را مد نظر قرار داد ؟

مدل اینکودر مورد نیاز : (۱- نسبی  ۲- افزایشی  ۳- مطلق)

اندازه قطر خارجی ، بدنه اینکودر بر حسب میلی متر

 قطر خارجی شفت اینکودر برای مدل شفت دار و قطر داخلی برای هالو شفت

 دقت و نوع سیگنال های خروجی

 نوع ولتاژ و تغذیه مورد نیاز

میزان پالس درخواستی اینکودر

موارد مهم در هنگام خرید روتاری اینکودر های چرخ دار :

وزن اینکودر ، ابعاد انکودر ، ولتاژ تغذیه ، دقت اندازه گیری ، ضد تکانه و لرزش بودن ، داشتن قابلیت برنامه ریزی و

جنس و شکل چرخ ها : جنس چرخ با توجه به شرایط محیط و جنس سطح مورد اندازه ‌گیری باید انتخاب شود. دما ، آلودگی‌های روی سطح ، رطوبت ، روغن و مواد صنعتی از جمله شرایطی است که باید در زمان انتخاب چرخ لحاظ شوند . همچنین در زمان انتخاب اینکودر باید دقت شود که سرعت پردازش اینکودر با سرعت اندازه‌ گیری متناسب باشد.

صنعت استور نماینده فروش و توزیع محصولات آتونیکس Autonics از جمله روتاری اینکودرها ، آماده ارائه مشاوره قبل از خرید به مشتریان گرامی می باشد. جهت مشاوره و خرید با مشاورین فروش این مجموعه تماس حاصل نمائید.

ورود به دسته بندی محصول روتاری اینکودر , Rotary Encoder