Panduan Utama untuk Jenis Encoder: Dari Kontrol Gerakan hingga Pembelajaran Mesin

Pendahuluan: Apa Itu Encoder dan Mengapa Anda Membutuhkannya?

Teknologi modern adalah tarian yang rumit di mana akurasi adalah kuncinya. Entah itu lengan robot yang merakit smartphone atau algoritme untuk memberi tahu Anda apa yang harus dibeli selanjutnya, kemampuan untuk memahami, menafsirkan, dan menindaklanjuti data secara responsif adalah hal yang membuat perbedaan antara berhasil dan gagal. Sebagai unit inti dari ketepatan ini adalah encoder. Pada dasarnya, encoder adalah perangkat, sensor atau algoritma yang mengubah format informasi satu hal ke hal lainnya. Definisi ini tidak tepat, namun diterapkan dengan cara yang sangat spesifik dan kuat.

Dalam pengertian fisik teknik dan otomatisasi, encoder adalah komponen elektromekanis yang mengubah gerakan mekanis, atau gerakan, misalnya sumbu dalam sistem otomasi seperti rotasi poros motor, atau gerakan linier suatu komponen, menjadi sinyal listrik. Sinyal ini memberikan informasi umpan balik mengenai posisi poros, kecepatan, arah atau hitungan, sehingga memungkinkan mesin bekerja dengan sangat terkendali dan akurat. Kelancaran kerja mesin CNC, otomatisasi konveyor, dan robot yang rumit tidak akan mungkin terjadi tanpa penggunaan encoder. Mereka memainkan peran penting dalam mesin kontemporer karena mereka menyediakan organ indera dalam mengendalikan aktivitas cerdas melalui aplikasi yang berbeda dan dalam kondisi lingkungan yang berbeda.

Algoritme untuk konversi data (yaitu, variabel kategorikal, misalnya, merah, hijau, biru) ke representasi numerik yang dapat dibaca dan dianalisis oleh model pembelajaran mesin disebut encoder dalam konteks digital ilmu data dan pembelajaran mesin. Transformasi tersebut merupakan prinsip utama dalam menyiapkan data untuk dianalisis sehingga memungkinkan algoritme untuk melihat beberapa pola dan membuat prediksi.

Pengetahuan tentang jenis-jenis encoder bukan hanya sekedar pengetahuan teoritis. Ini adalah kebutuhan yang sangat penting bagi para insinyur, ilmuwan data, pengembang, dan integrator sistem. Jenis encoder, dari perangkat aktual yang digunakan dengan motor, hingga metode perangkat lunak yang digunakan dengan kumpulan data, keduanya memiliki pengaruh langsung terhadap kinerja, keandalan, dan efisiensi sistem tersebut. Panduan ini akan membahas lanskap mikro lanskap encoder, dan mengungkap teknologi yang digunakan, serta memungkinkan Anda untuk membuat keputusan berdasarkan informasi tentang aplikasi pilihan Anda.

Berbagai Jenis Penyandi: Ikhtisar dan Perbedaan Utama

Dunia penyandi pada dasarnya dipisahkan menjadi dua dunia yang berbeda penyandi ilmu data dan penyandi fisik yang mengukur gerakan. Bentuknya berbeda dan benar-benar berbeda dalam fungsinya meskipun mereka memiliki nama dan prinsip utama yang sama, seperti konversi.

Encoder Fisik adalah Encoder Perangkat Keras yang seharusnya mengukur gerakan. Mereka adalah indera yang bertindak sebagai umpan balik dalam ribuan mesin yang diotomatisasi. Perbedaan utama dalam kelompok ini berkaitan dengan jenis gerakan yang mereka hitung:

• Rotary Encoders: Tujuan dari perangkat ini adalah untuk mengukur gerakan rotasi. Alat ini ditopang pada piringan yang berputar, misalnya poros motor, dan menghasilkan sinyal keluaran yang terkait dengan posisi sudut atau kecepatan poros. Secara praktis, alat ini dapat ditemukan di mana-mana dalam kontrol rotasi.
• Penyandi Linier: Sebaliknya, encoder linier mengukur gerakan linier. Mereka adalah transduser (atau kepala baca) dan skala yang mengukur posisi relatif sebagai gerakan sepanjang jarak tertentu. Mereka memainkan peran yang sangat penting, seperti peralatan mesin, printer 3D dan printer 3D, dan mesin pengukur koordinat (CMM).

Data Science Encoders Proses algoritmik yang digunakan dalam prapemrosesan data sebagai bagian dari alur kerja pembelajaran mesin. Proses ini bertujuan untuk mengubah data non-numerik menjadi representasi numerik, di mana model matematika dapat diterapkan. Yang penting adalah:

• Penyandi Kategorikal: Algoritme ini menggunakan variabel yang bersifat kategorikal. Contoh umum dari pengkodean adalah Pengkodean Satu-Panas atau pengkodean di mana nilai biner diperkenalkan dengan kolom per klasifikasi dan yang lainnya adalah Pengkodean Label di mana setiap klasifikasi diberi kode yang berbeda. Pemilihan teknik di sini didasarkan pada sifat data dan kebutuhan model pembelajaran mesin.
• Fitur Pembelajaran Penyandi (misalnya, Autoencoders): Penyandi Pembelajaran Fitur (misalnya, Autoencoders): Ini adalah konstruksi jaringan saraf yang lebih canggih yang berusaha menemukan representasi data yang terkompresi secara efisien. Autoencoder terdiri dari encoder yang mengubah jumlah input menjadi ruang laten berdimensi rendah dan decoder yang membangun kembali jumlah asli dalam ruang input melalui transduksi hubungan terkompresi antara jumlah input dan representasi terkompresi. Keduanya dapat diterapkan dalam tugas-tugas seperti pengurangan dimensi, ekstraksi fitur, dan deteksi anomali.

Mengenali konsep pada pembagian level ini adalah langkah awal. Dalam kasus insinyur, pilihannya adalah antara berbagai tingkat sensor fisik dalam hal gerakan, teknologi, dan output. Bagi para ilmuwan data, dilema utama adalah algoritma mana yang akan menyajikan representasi data yang paling memadai yang diberikan sebuah model.

Rotary Encoders: Solusi Kontrol Gerak Paling Umum

Tidak ada perangkat yang pada akhirnya lebih mendasar atau lebih luas jangkauannya daripada rotary encoder sehubungan dengan kontrol gerak. Aplikasinya sangat penting: untuk memberi umpan balik secara real-time posisi sudut, kecepatan dan arah poros yang berputar. Ini adalah bagian inti dari setiap sistem kontrol loop tertutup karena memungkinkan sebuah mesin menyesuaikan operasinya secara dinamis untuk mencapai parameter yang tepat. Baik itu gerakan mikro atau gerakan lengan robotik atau kecepatan di atas rata-rata mesin pengemasan, rotary encoder sangat penting dalam eksekusi perintah yang sempurna.

Rotary encoder dalam otomasi dan robotika terlalu penting untuk diremehkan. Mereka memungkinkan sistem kontrol motor untuk memastikan poros telah mencapai sudut yang tepat, bahwa kecepatan pemintalan berada pada tingkat yang optimal, dan mengarah ke arah yang benar. Inilah yang dibutuhkan dalam otomatisasi untuk memastikan pengulangan, akurasi, dan keamanan. Sistem tanpa respons yang efektif ini harus beroperasi secara “loop terbuka”, yang pada dasarnya memperkirakan bahwa perintah mereka telah dipatuhi, yang tidak dapat diterapkan dalam sistem presisi tinggi apa pun.

Penyandi Absolut vs Penyandi Tambahan: Mana yang Sesuai dengan Kebutuhan Anda?

Di antara kelas rotary (dan linear) encoder, mungkin salah satu perbedaan yang paling signifikan adalah perbedaan antara absolut vs inkremental. Pemilihan salah satu dari keduanya bergantung pada apakah aplikasi memerlukan informasi posisi, khususnya pengaktifan sistem serta kehilangan daya.

Incremental Encoders adalah kuda-kuda tenaga kerja dari berbagai sistem kontrol gerak. Mereka beroperasi melalui serangkaian pulsa yang diproduksi terus menerus saat poros berputar. Mereka biasanya memiliki dua saluran output (A dan B), 90 di luar fase, yang memungkinkan sistem kontrol untuk memutuskan ke arah mana yang akan diputar. Pulsa ini juga dapat disebut sebagai jumlah pulsa dan dengan mengukurnya, sistem dapat menyimpulkan posisi dan kecepatan relatif. Tetapi encoder inkremental dapat mengetahui dengan sendirinya bahwa ia bergerak dan seberapa jauh; ia tidak tahu di mana ia berada. Akibatnya, dalam aplikasi ini, pada saat start up atau setelah kehilangan daya, sistem harus melalui prosedur “homing”, yang merupakan gerakan ke titik referensi titik awal yang diketahui atau sakelar batas untuk mencapai posisi referensi nol.

• Terbaik untuk: Aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan dan pengukuran panjang yang moderat, bersama dengan aplikasi yang dapat mentolerir urutan homing. Sebagian besar lebih murah dan tidak terlalu rumit untuk dibuat.

Sebaliknya, Absolute Encoders menawarkan kode digital yang khas untuk setiap posisi poros. Daya dapat dimatikan dan dihidupkan, ketika kembali, encoder akan kembali ke posisi sebenarnya tanpa harus mengatur ulang ke titik referensi. Hal ini dilakukan dengan menggunakan cakram dengan pola individual yang mewakili masing-masing posisi. Bahkan jumlah putaran lengkap dapat dipantau oleh enkoder absolut multi-putaran, yang membuatnya cocok untuk pekerjaan pemosisian yang mendetail.

• Terbaik untuk: Absolute Encoders menawarkan kode digital yang khas untuk setiap posisi poros. Daya dapat dimatikan dan dihidupkan, ketika kembali, encoder akan kembali ke posisi sebenarnya tanpa harus mengatur ulang ke titik referensi. Hal ini dilakukan dengan menggunakan cakram dengan pola individual yang mewakili masing-masing posisi. Bahkan jumlah putaran lengkap dapat dipantau oleh enkoder absolut multi-putaran, yang membuatnya cocok untuk pekerjaan pemosisian yang mendetail.

Teknologi Encoder: Optik, Magnetik, dan Mekanis

Detail penting kedua yang menentukan performa, daya tahan, dan kesesuaian encoder dalam lingkungan tertentu adalah teknologi internal yang digunakan untuk merasakan gerakan, seperti optical rotary encoder. Ketiganya adalah optik, magnetik, dan mekanis.

Yang banyak digunakan dan paling populer disebut Optical Encoder dan dicirikan oleh resolusi dan akurasi yang tinggi. Ini diaktifkan oleh lampu LED yang disorotkan melalui cakram yang sudah diukir sebelumnya (cakram kode) dengan pola garis transparan dan buram. Pola ini dibaca oleh sensor optik pada sisi yang berlawanan dan diubah menjadi sinyal listrik digital.

• Manfaat: Ini adalah yang paling presisi dan paling tegas yang tersedia. Mereka membentuk referensi industri ketika aplikasi presisi tinggi diperlukan, seperti dalam pemrosesan semikonduktor dan metrologi presisi tinggi.
• Keterbatasan: Mungkin terdapat guncangan, getaran, dan sensitivitas kontaminan pada optik internal, yang dapat menyebabkan terhalangnya jalur cahaya (debu atau minyak) sehingga mengakibatkan kesalahan sinyal- khususnya di lingkungan yang sulit.

Magnetic Encoder memberikan ketangguhan dan daya tahan yang lebih tinggi. Encoder ini didasarkan pada rotor bermagnet (dan serangkaian kutub magnet, yang dirasakan oleh sensor magnetik (efek Hall atau sensor magnetoresistif biasanya). Rotor berputar, dan sensor mengamati perubahan medan magnet ini dan menghasilkan sinyal.

• Manfaat: Sangat tahan guncangan, getaran, kelembapan dan debu. Penampilan fisiknya yang tahan lama membuat mereka memenuhi syarat untuk digunakan di lingkungan yang kasar seperti pabrik baja, peralatan konstruksi dan penggunaan pencucian.
• Keterbatasan: Meskipun penyandi magnetik modern jauh lebih baik, namun resolusi dan ketepatannya lebih rendah daripada penyandi optik.

Yang paling dasar dan sederhana adalah Mechanical Encoders (juga disebut contact encoders). Mereka mengandalkan beberapa kontak fisik dan jejak konduktif pada PCB untuk mendapatkan posisi. Poros berputar dan kontak mengikuti jejak melintasi sirkuit yang membuka dan menutup sirkuit untuk membentuk sinyal kode.

• Manfaat: Biaya rendah dan desain sederhana.
• Keterbatasan: Sensor ini rentan terhadap keausan mekanis, karena bersentuhan secara fisik, sehingga masa pakainya yang pendek dan rendah, tidak dapat diandalkan. Mereka juga mengalami pantulan kontak dan resolusi yang sangat rendah, dan tidak cocok untuk kontrol gerakan yang presisi.

Memilih Encoder yang Tepat untuk Aplikasi Anda

Memilih encoder yang ideal memerlukan evaluasi sistematis terhadap kebutuhan spesifik aplikasi Anda. Melampaui tipe dasar, Anda harus mempertimbangkan beberapa parameter kinerja utama untuk memastikan fungsionalitas dan umur panjang yang optimal.

Berikut ini adalah faktor-faktor praktis untuk memandu proses pemilihan Anda:

1. Resolusi: Ini adalah jumlah titik pengukuran per revolusi (untuk putaran) atau per unit panjang (untuk linier). Hal ini sering ditentukan dalam Pulses Per Revolution (PPR) untuk enkoder inkremental atau bit untuk enkoder absolut (misalnya, enkoder 12-bit memiliki 2^12 atau 4.096 posisi unik). Resolusi yang lebih tinggi memungkinkan kontrol yang lebih tepat tetapi mungkin tidak selalu diperlukan dan dapat meningkatkan biaya.
2. Akurasi: Jangan disamakan dengan resolusi, akurasi mengacu pada seberapa dekat output encoder dengan posisi fisik yang sebenarnya. Encoder resolusi tinggi belum tentu sangat akurat. Akurasi sangat penting untuk aplikasi metrologi dan pemosisian presisi.
3. Lingkungan: Pertimbangkan kondisi pengoperasian. Apakah enkoder akan terpapar debu, kelembapan, suhu ekstrem, guncangan tinggi, atau getaran? Encoder magnetik lebih cocok untuk lantai pabrik yang kotor dan bergetar tinggi, sedangkan encoder optik akan lebih baik di lingkungan yang bersih dan terkendali.
4. Kecepatan (RPM): Encoder harus dapat menangani kecepatan rotasi maksimum poros aplikasi Anda tanpa kehilangan pulsa atau menghasilkan kesalahan.
5. Persyaratan Fisik dan Pemasangan: Pastikan dimensi fisik encoder, ukuran poros (atau ukuran lubang untuk encoder poros berongga), dan pola pemasangan sesuai dengan desain mekanis Anda.
6. Jenis Keluaran: Output listrik (misalnya, HTL, TTL, Open Collector) harus kompatibel dengan sistem kontrol Anda (PLC, pengontrol gerak, dll.).

Tabel Ikhtisar Pemilihan Encoder

Bagaimana Rotary Encoder Digunakan dalam Robotika dan Otomasi

Rotary encoder, dalam bidang robotika dan otomasi industri, tidak hanya memainkan peran yang memungkinkan tetapi juga peran pemosisian dan presisi yang akurat. Mesin yang kompleks mampu melakukan tugas yang memiliki pengulangan dan akurasi yang luar biasa karena kemampuannya untuk memberikan umpan balik yang akurat dan real-time.

Dalam robotika industri, setiap sendi dalam penggerak lengan robotik multi-sumbu memiliki enkoder absolut presisi tinggi yang dipasang padanya. Ketika pengontrol yang dipasang pada robot menginstruksikan sambungan untuk beroperasi pada sudut tertentu, encoder akan memberikan umpan balik untuk memverifikasi kapan sambungan telah mencapai sudut tertentu. Kontrol umpan balik dan loop tertutup ini memungkinkan lengan untuk melacak jalur yang diprogram yang dapat mencapai presisi hingga milimeter yang diperlukan dalam aplikasi pengelasan, pengecatan, dan pengambilan dan penempatan. Sifat absolut dari encoder juga berarti bahwa robot akan selalu memiliki pengetahuan tentang posenya, sehingga bahkan jika terjadi pemadaman total, urutan kalibrasi ulang tidak akan berlangsung lama dan kemungkinan besar berbahaya.

Rotary encoder merupakan tulang punggung bagi banyak proses industri. Encoder inkremental dipasang pada motor sabuk konveyor dan mesin pengisi pada jalur pembotolan berkecepatan tinggi. Mereka menawarkan umpan balik kecepatan sehingga sabuk berjalan pada kecepatan yang benar-benar tersinkronisasi, menangkap botol dan menghindari kemacetan atau tumpahan. Saat menggunakan mesin CNC, motor servo yang digunakan untuk menggerakkan sumbu X, Y, dan Z memiliki encoder untuk memposisikan alat pemotong dengan tingkat presisi yang ekstrem, sehingga mesin dapat memotong bentuk yang rumit sekalipun dengan toleransi yang sangat ketat.

Jenis-jenis Encoder dalam Ilmu Data dan Pembelajaran Mesin

Menerjemahkan hal ini ke dalam domain digital, penyandian dalam bidang ilmu data digunakan untuk tujuan yang sama: untuk mengubah informasi menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh sebuah sistem. Sistem di sini atau algoritme yang bekerja adalah algoritme pembelajaran mesin dan bahasanya adalah matematika. Banyak model pembelajaran mesin seperti regresi linier dan jaringan syaraf bekerja dengan angka sebagai data. Ada kemungkinan seluruh dataset akan memiliki fitur kategorikal, misalnya jenis produk, lokasi geografis pelanggan, atau tanggapan dalam survei; model tersebut tidak dapat dilatih sama sekali hingga dikodekan ke dalam angka.

Tujuan utama dari prosedur pengkodean dengan variabel kategorikal adalah untuk menghasilkan nilai numerik yang mempertahankan informasi yang terkandung dalam kategori awal tanpa membingungkan algoritme. Dua metode yang paling populer adalah:

• Pengkodean Label: Pengkodean label mengkode setiap kategori dengan bilangan bulat yang unik. Sebagai contoh, Merah, Hijau, dan Biru dapat diubah menjadi 0, 1, dan 2. Hal ini mudah dan mungkin merepotkan. Ketika angka-angka tersebut dimasukkan ke dalam model, mereka dapat membuat kesalahan dengan mengandaikan bahwa ada hubungan ordinal (misalnya, bahwa Biru > Hijau > Merah) padahal tidak demikian. Hal ini paling penting digunakan dengan variabel yang memiliki urutan alami (misalnya, Rendah, Sedang, Tinggi).
• Pengkodean Satu-Panas: Metode ini merupakan metode yang paling aman dan paling populer untuk variabel kategorikal nominal (tidak berurutan). Metode ini mengubah satu kolom kategorikal menjadi beberapa kolom biner baru, satu kolom per kategori. Untuk pengamatan individu, kolom yang mewakili kategorinya diberi kode 1, dan yang lainnya diberi kode 0. Hal ini tidak menghadapi masalah urutan yang disarankan, tetapi kumpulan nilai yang besar (dimensi tinggi) akan dihasilkan jika variabel tersebut menyertakan banyak kategori.

Selain pengkodean kategorikal, autoencoder merupakan perluasan lebih lanjut dari gagasan pengkodean ini ke arah ekstraksi fitur dan pengurangan dimensi. Mereka merupakan contoh dari jaringan saraf tak terawasi, yang dilatih untuk menciptakan kembali inputnya. Modul penyandi dari jaringan ini kemudian dilatih untuk mengecilkan representasi ke dimensi rendah yang jarang dan karenanya menangkap aspek yang paling penting dari data. Kemudian representasi yang disandikan ini dapat dimasukkan ke dalam model pembelajaran mesin lainnya, yang dapat menghasilkan kinerja yang lebih baik dan pelatihan yang lebih cepat.

Mengapa Enkoder Putar OMCH Adalah Pilihan Ideal untuk Aplikasi Presisi

Dalam dunia kontrol gerak presisi, kualitas komponen Anda menentukan kualitas hasil Anda. Setiap pilihan, terutama pemilihan perangkat umpan balik, berdampak langsung pada akurasi, keandalan, dan umur panjang sistem. Inilah sebabnya mengapa para insinyur dan integrator sistem yang cerdas beralih ke sumber tepercaya untuk aplikasi mereka yang paling penting.

Mengapa Memilih Rotary Encoder OMCH untuk Proyek Anda?

Dalam hal memilih rotary encoder yang sesuai, OMCH dapat dianggap sebagai yang terbaik dalam hal kualitas dan keandalan. Kami memproduksi rotary encoder dengan kualitas terbaik, dengan presisi dan daya tahan tinggi yang sesuai dengan berbagai industri dan kebutuhan otomasi. Kami tahu bahwa di tempat Anda bekerja, tidak ada margin kesalahan. Praktik manufaktur berkualitas yang didukung oleh kontrol kualitas memberi Anda jaminan kinerja yang konsisten dan dapat diulang dengan setiap enkoder OMCH. Encoder kami adalah fondasi tepercaya untuk kontrol gerak saat Anda merancang perangkat robotik canggih, atau meningkatkan proses industri yang sangat penting. Silakan kunjungi OMCH untuk melihat apa yang kami miliki dan temukan enkoder yang sempurna untuk memenuhi kebutuhan Anda.

Kami juga menerapkan komitmen kami terhadap produk kami kepada pelanggan kami. Kami memiliki bantuan ahli yang dapat membantu Anda memilih encoder yang tepat, yang sesuai dengan kebutuhan Anda dalam hal resolusi, daya tahan, dan ketahanan terhadap lingkungan. Memilih OMCH bukan berarti hanya membeli bagian, tetapi juga berinvestasi dalam kemitraan bisnis dengan jaminan kualitas dan kesuksesan akhir Anda yang tertanam dalam pikiran.