Apa yang dimaksud dengan Rotary Encoder? Jenis, Cara Kerja, dan Aplikasi

Akurasi sekarang menjadi kebutuhan penting dalam dunia teknik saat ini, di mana tidak ada yang datang sebagai kemewahan. Dalam otomasi industri, elektronik konsumen, dan semua perangkat lainnya, adalah mungkin untuk mendapatkan kontrol gerakan, tetapi harus akurat. Bagian terpenting dari kemampuan ini adalah komponen elektromekanis yang vital: rotary encoder. Tutorial ini memperkenalkan rotary encoder secara mendalam, menjelaskan tujuannya, mekanisme internal, kategori utama, serta penggunaan mendasar dalam cakupan aplikasi/sistem dalam skenario kehidupan nyata.

Apa Itu Rotary Encoder dan Mengapa Itu Penting

Rotary encoder adalah perangkat elektromekanis, atau sensor elektromekanis, yang mengukur sudut putar atau gerakan poros yang berputar dan menyediakan informasi ini dalam sinyal listrik. Sinyal ini bersifat analog atau mungkin sinyal digital yang memasok informasi yang dapat ditindaklanjuti mengenai posisi sudut peralatan yang terpasang, arah rotasi poros, kecepatan, dan akselerasi. Kemampuan operasionalnya sangat berharga dalam berbagai mekanisme yang beragam di mana umpan balik rotasi yang akurat diperlukan dalam mekanisme kontrol loop tertutup atau metode pengukuran yang akurat.

Rotary encoder pada dasarnya berbeda dengan potensiometer, meskipun keduanya sering dibandingkan. Potensiometer adalah sensor analog absolut sederhana, menghasilkan output tegangan yang meningkat dengan posisi penghapus yang dapat digerakkan, dan yang memiliki batas sudut putar kurang dari 360A}}$S pada sekitar 270 derajat, dengan nol output yang sesuai dengan antara 0 dan 360 derajat (tergantung pada produsen). Sebaliknya, sebagian besar rotary encoder bersifat non-kontak atau mampu mencapai tingkat rotasi yang secara teoritis tidak terbatas, dan teknik penginderaan non-kontak yang digunakan dengan demikian menghindari keausan mekanis yang melekat pada penghapus potensiometer. Hal ini membuat mereka sempurna untuk digunakan dalam aplikasi rotasi kontinu dan sangat meningkatkan masa operasi.

Rotary encoder memasok data dasar dari jutaan prosedur otomatis. Perangkat semacam itu, yang digunakan dalam kontrol industri, robotika, pemesinan CNC, dan di tempat lain, sangat penting dalam memberikan perasaan kepada sistem tentang bagaimana kinerjanya sehingga sistem dapat menyesuaikan diri dan mengetahui kondisinya sendiri. Studi tentang cara kerja perangkat ini penting bagi setiap insinyur atau teknisi yang akan bekerja di bidang ini.

Memahami Cara Kerja Rotary Encoder

Pada intinya yang paling sederhana, apa yang dilakukan oleh rotary encoder hanyalah membawa putaran mekanis ke serangkaian pulsa listrik. Rotary encoder bekerja dengan menyelesaikan hal ini melalui interaksi yang disetel secara cerdas dari elemen kode dan elemen penginderaan.

Item yang paling penting adalah cakram berpola atau codewheel yang ditekan ke gandar yang bersangkutan. Piringan ini memiliki pola yang berulang dengan karakteristik tertentu yang dapat dirasakan oleh sensor tetap. Penerapan prinsip ini berbeda pada tiga teknologi utama:

• Optical Rotary Encoder (Enkoder Putar Optik): Ini adalah yang paling umum dari berbagai jenis penyandi dan sering kali, memiliki resolusi tertinggi. Codewheel adalah cakram tembus pandang yang memiliki susunan garis buram atau potongan di atasnya. Sebagai gantinya, digunakan dioda pemancar cahaya (LED) yang memproyeksikan sinarnya melalui cakram, dan kemudian fotodetektor merekam pantulan sinar ketika garis buram bergerak melintasi garis deteksi; hal ini menghasilkan denyut nadi.
• Penyandi Magnetik: Dalam desain ini, rotor bermagnet digunakan dalam bentuk roda kode yang memiliki serangkaian kutub utara dan selatan. Perubahan medan magnet dideteksi oleh efek Hall yang tidak bergerak atau sensor magneto-resistif saat roda berputar. Encoder magnetik bisa sangat kokoh dan memiliki tingkat keandalan yang tinggi, serta tidak tahan terhadap faktor lingkungan seperti debu, kelembapan, dan minyak dengan baik, sehingga cocok untuk aplikasi industri yang kotor.
• Penyandi Mekanis: Ini adalah yang termurah dan termudah untuk digunakan. Pola jejak konduktif pada cakram membuat kontak fisik dengan seperangkat sikat yang tidak bergerak. Perubahan pola saat poros berputar menginterpensikan dan memutus sirkuit untuk mengembangkan sinyal. Mereka sebagian besar dirugikan oleh keausan mekanis, masa pakai yang pendek dan pantulan kontak yang memerlukan penghilangan sinyal.

Inovasi yang lebih besar dari sebagian besar encoder inkremental menggunakan sinyal quadrature dan dengan demikian dinamakan encoder quadrature. Mereka menghasilkan dua rangkaian pulsa yang berbeda (satu disebut Fase A dan yang lainnya disebut Fase B), yang berada di luar fase sebesar 90 derajat. Dengan membandingkan fase sinyal mana yang berada di depan yang lain, maka dapat diketahui arah rotasi dengan pasti. Ketika A mengarah ke B, rotasi pada bidang searah jarum jam; ketika B mengarah ke A, rotasi berlawanan arah jarum jam. Selain itu, seseorang dapat mengukur frekuensi pulsa ini untuk mendapatkan kecepatan poros.

Semakin tepat sebuah encoder, semakin tinggi resolusinya yang diberikan dalam Pulses Per Revolution (PPR) atau Counts Per Revolution (CPR). Encoder 1000 PPR akan menghasilkan 1000 pulsa per rotasi 360 derajat pada saluran A dan B. Enkoder multisaluran juga menyertakan saluran ketiga, sinyal Z atau sinyal Indeks dengan pulsa tunggal yang muncul setiap putaran. Hal ini akan sangat berguna dalam hal urutan homing dan kalibrasi posisi.

Jenis Utama Penyandi dan Perbedaan Utamanya

Meskipun encoder memiliki beberapa bentuk d wildyne lain tergantung pada cara penginderaannya, kategorisasi yang paling penting adalah berdasarkan output. Keputusan untuk menggunakan encoder berbasis inkremental atau encoder berbasis absolut merupakan keputusan desain utama dalam sistem dan tergantung pada persyaratan posisi dan biaya aplikasi yang bersangkutan.

Encoder Putar Tambahan: Encoder putar tambahan adalah encoder yang memiliki aliran output pulsa yang memberikan gerakan relatif. Ini tidak memproyeksikan keadaan posisi sebenarnya dari poros, tetapi poros digerakkan dan ke arah mana. Pengontrol dalam sistem harus merekam pulsa-pulsa ini sehubungan dengan titik awal yang diketahui. Titik awal ini harus diposisikan, biasanya melalui rutinitas homing pada sinyal-Z. Keunggulan pertama dari enkoder inkremental adalah sederhana dan murah. Meskipun demikian, kelemahan utamanya adalah jika terjadi kehilangan daya, semua informasi tentang posisi akan terhapus. Setelah pemulihan daya, sistem harus dihidupkan kembali untuk mendapatkan kembali posisi.

Absolute Rotary Encoder: Sebaliknya, rotary encoder absolut memiliki sinyal yang berbeda - kata digital, atau kode, untuk setiap posisi poros. Pada encoder absolut, codewheel lebih kompleks karena setiap posisi dikodekan ke serangkaian kode biner tertentu. Ini menyiratkan bahwa ketika sistem kehilangan daya, tetapi kemudian mendapatkan kembali daya, encoder akan memberikan posisi aktual tepat ketika daya disediakan. Hal ini menghilangkan persyaratan urutan homing dan tidak menjatuhkan data posisi selama siklus daya, yang diperlukan dalam sebagian besar aplikasi keselamatan kritis dan posisi tinggi. Encoder absolut bahkan dibagi lebih jauh:

• Putaran Tunggal: Memberikan posisi absolut dalam satu revolusi 360 derajat.
• Multi-Belokan: Termasuk mekanisme roda gigi tambahan untuk juga menghitung jumlah putaran penuh, memberikan kode unik pada rentang pergerakan yang luas.

Tidak mengherankan, kompleksitas dan kemampuan tambahan dari enkoder absolut membuatnya lebih mahal daripada rekan-rekannya yang inkremental.

Keluaran Sinyal dan Cara Menguraikan Kode Rotary Encoder

Output gelombang persegi yang berasal dari encoder harus diterjemahkan dengan benar pada pengontrol penerima (biasanya PLC, mikrokontroler, atau drive). Klasifikasi yang benar dari berbagai jenis sinyal output sangat penting untuk memberikan kompatibilitas perangkat keras dan integritas sinyal.

Sinyal dominan yang dihasilkan adalah sinyal Quadrature (fase A/B) seperti yang dijelaskan dalam paragraf sebelumnya. Namun demikian, rangkaian driver output menentukan sifat kelistrikan dari cara sinyal tersebut digerakkan. Contoh umumnya adalah:

• Dorong-Tarik (HTL - Logika Ambang Batas Tinggi): Output yang umum dan populer. Output ini secara positif mengayunkan sinyal tinggi (ke tegangan suplai) dan rendah (ke ground) untuk menghasilkan sinyal yang kuat dan kebal terhadap noise. Output ini umum digunakan dalam sistem industri 24V.
• TTL (Logika Transistor-Transistor): Driver ini memberikan output persegi 5V dan ditargetkan untuk panjang kabel yang lebih panjang karena output A dan A-not, B dan B-not, Z dan Z-not yang merupakan driver jalur diferensial. Terdapat penolakan derau mode umum yang luar biasa yang diberikan oleh sinyal diferensial.
• Kolektor Terbuka (NPN/PNP): Salah satu jenis output adalah Open Collector (NPN/PNP), yang digunakan seperti sakelar. Ia mampu menggerakkan jalur sinyal ke ground (NPN) atau ke tegangan suplai (PNP), tetapi tidak secara aktif menggerakkan ke arah lain. Hal ini memerlukan resistor pull-up atau pull-down eksternal pada ujung pengontrol yang biasanya dihubungkan ke pin umum seperti VCC atau ground dan digunakan untuk menetapkan status logika yang pasti. Skema antarmuka ini bermanfaat di antara sistem dengan tegangan logika yang berbeda-beda.

Proses penguraian sinyal A/B adalah logis. Pengontrol terus memeriksa saluran mana dari dua saluran yang tersedia. Saluran yang berlawanan atau sama, menyebabkan pemeriksaan dilakukan untuk memastikan arahnya. Apabila status saluran A baru saja diubah sekarang, pengontrol memeriksa status saluran B saat ini. Ketika B berbeda dengan keadaan A sebelumnya, arahnya akan searah jarum jam dan situasi yang sama terjadi sebaliknya (ketika keadaan A sebelumnya mirip dengan B maka arahnya akan berlawanan arah jarum jam). Logika ini biasanya diterapkan pada penghitung perangkat keras atau melalui perangkat lunak dengan menggunakan interupsi eksternal untuk memastikan pemantauan waktu nyata yang andal. Jumlah kabel (misalnya, 3-kawat, 5-kawat) yang dibawa enkoder berkaitan dengan jenis outputnya (enkoder dengan output / tipe DC harus memiliki lebih banyak kabel), kemampuannya untuk menggunakan daya, dan apakah enkoder memiliki sinyal-Z atau output diferensial atau tidak.

Spesifikasi Penting Saat Memilih Rotary Encoder

Analisis menyeluruh untuk menentukan kebutuhan aplikasi harus dilakukan untuk menentukan jenis encoder yang akan digunakan. Hingga keputusan inkremental (vs absolut), ada beberapa spesifikasi penting yang harus dipertimbangkan:

• Resolusi (PPR/CPR): Demikian juga dengan hitungan denyut nadi atau hitungan putaran. Resolusi yang lebih besar memungkinkan akurasi pengukuran yang lebih besar, tetapi perlu menggunakan pengontrol yang dapat mengirim dan menerima pada kecepatan data yang lebih tinggi. Hal ini harus digabungkan dengan akurasi pemosisian yang diperlukan oleh sistem.
• Akurasi: Hal ini tidak boleh dicampuradukkan dengan akurasi. Akurasi adalah kesalahan terbesar pada posisi seperti yang ditunjukkan oleh encoder dan posisi fisik yang sebenarnya. Biasanya diukur dalam menit busur atau detik busur.
• Keluaran Ketik: Jenis output Push-Pull, TTL, atau Kolektor Terbuka yang dipilih harus kompatibel dengan sirkuit input pengontrol seperti yang dibahas di atas.
• Spesifikasi Mekanis: Ini (termasuk dengan diameter poros dan pola pemasangan (mis. Pemasangan flensa, pemasangan servo) dan ukuran fisik bodi enkoder). Ini harus sesuai secara fisik dengan desain mesin.
• Lingkungan Peringkat (Peringkat IP): Peringkat IP (Ingress Protection) adalah definisi encoder yang menentukan ketahanan terhadap debu dan cairan. Ini dapat dinilai dengan tingkat IP65, sehingga kedap debu dan tahan semburan air, sehingga dapat diterapkan di sebagian besar pengaturan industri. Peringkat getaran dan guncangan: Juga penting untuk mesin yang berada di bawah tekanan mekanis yang besar.

Seorang amatir dengan cetakan 3D desktop mungkin mengabaikan biaya tinggi dan menggunakan enkoder inkremental optik yang lebih mudah atau beresolusi rendah. Sebaliknya, seorang insinyur desain yang mengembangkan lengan robot yang akan dibuat pada jalur produksi harus fokus pada pemosisian absolut, akurasi tinggi, dan peringkat IP yang cukup tinggi, dan oleh karena itu akan condong ke arah enkoder absolut magnetik atau optik berspesifikasi tinggi.

Aplikasi Dunia Nyata dalam Sistem Industri dan Konsumen

Rotary encoder memiliki aplikasi yang sangat berbeda dan banyak, tergantung pada berbagai aplikasi dan hampir semua bidang perdagangan teknologi.

• Otomasi Industri: Encoder adalah kunci untuk umpan balik motor. Encoder dapat dipasang di bagian belakang servo, stepper, atau poros tumbukan motor DC untuk memasukkan informasi kecepatan dan posisi ke drive untuk menawarkan kontrol yang lebih tinggi pada ban berjalan, mesin pengemasan, dan jalur kolektif otomatis.
• Sistem Robotika: Lengan robot multi-sumbu menggunakan encoder absolut di sepanjang setiap sendi untuk mengukur sudut dan posisi setiap segmen secara akurat. Informasi ini penting untuk mengetahui lokasi end-effector robot, dan memiliki gerakan yang benar untuk dibuat oleh pengontrol.
• CNC & Pencetakan 3D: Pencetakan 3D Pada alat kontrol numerik komputer (CNC) dan printer 3D, encoder dipasang pada motor servo yang menjalankan sekrup bola dan gantry. Mereka menjamin kepala alat atau nosel cetak bekerja dengan presisi mikron.
• Otomotif: Pada mobil kontemporer, encoder dapat ditemukan dalam aplikasi seperti penginderaan sudut roda kemudi pada sistem kontrol stabilitas elektronik hingga kenop umpan balik taktil pada sistem infotainment.
• Elektronik Konsumen: Encoder inkremental berbiaya rendah dapat ditemukan di roda gulir mouse komputer dalam skala yang lebih kecil. Encoder juga dapat digunakan untuk memberikan putaran yang mulus dan kontinu pada kenop volume peralatan audio kategori tinggi dengan akurasi digital.

Cara Menghubungkan Rotary Encoder ke Mikrokontroler

Salah satu tugas teknik yang paling umum adalah bagaimana menghubungkan jenis sensor posisi dengan sesuatu yang dapat menafsirkannya, pengontrol seperti Arduino, Raspberry Pi, atau Programmable Logic Controller (PLC). Hal ini dilakukan melalui kontak listrik yang tepat dan rutinitas program untuk membaca sinyal.

Pertama, pastikan level tegangannya. Enkoder industri HTL 24 V membutuhkan antarmuka 5 V Pada output kolektor terbuka, resistor eksternal untuk menarik ke tinggi harus disediakan untuk memberikan level tinggi yang solid di area ketika output tidak mengemudi.

Interupsi perangkat keras memberikan pendekatan berbasis perangkat lunak terkuat untuk membaca encoder. Pin pada mikrokontroler yang terhubung dengan output saluran A dan B dapat diinterupsi. Setiap kenaikan dan penurunan tepi sinyal mengaktifkan rutinitas layanan interupsi (ISR). Rutinitas sistem inventaris (ISR) Di dalam ISR, logika penguraian memutuskan arah dan meningkatkan atau menurunkan variabel penghitung posisi. Teknik ini jauh lebih baik daripada apa yang disebut polling (berulang kali memeriksa status pin selama satu putaran), yang memang dapat melewatkan pulsa, bahkan ketika program utama sedang sibuk di tempat lain.

Jebakan yang umum terjadi adalah pemasangan kabel yang salah (mencampur saluran A/B atau daya panas/netral) dan tidak mempertimbangkan pantulan sinyal ketika menggunakan encoder mekanis. Kapasitor kecil dalam perangkat keras atau mendengarkan selama beberapa milidetik dan mengubah status dalam perangkat lunak dengan merespons algoritma “debouncing” Pantulan juga dapat diatasi dengan impedansi yang relatif tinggi pada saluran sinyal yang sama di antara beberapa perangkat. Sangatlah penting untuk mengikuti metode yang pasti dalam penyambungan, pengkodean, dan pengujian.

Mengapa OMCH Adalah Produsen Encoder Tepercaya Anda

Langkah pertama adalah mempelajari teori dan penggunaan rotary encoder. Langkah kedua, namun tidak kalah pentingnya, adalah mencari perangkat yang akan memberikan keandalan dan kinerja yang dibutuhkan sistem Anda.

OMCH adalah produsen profesional dengan pengalaman lebih dari 10 tahun dalam kontrol industri dan produk listrik. Kami memiliki catatan dalam memberikan komponen berkinerja tinggi yang efektif dan dapat diandalkan di area penggunaan yang ekstrem.

Jajaran rotary encoder kami dirancang untuk memenuhi persyaratan ketat dari sistem otomatisasi dan kontrol modern. Kami menawarkan:

• Resolusi Tinggi dan Model Akurasi Tinggi: Memastikan sistem Anda mencapai presisi yang dirancang untuknya.
• Keluaran Sinyal yang Beragam: Produk kami mencakup semua jenis output utama, termasuk Push-Pull (HTL), TTL Line Driver, dan Open Collector, untuk integrasi tanpa batas dengan PLC atau perangkat keras kontrol yang ada.
• Daya Tahan Kelas Industri: Dengan peringkat IP yang tinggi dan konstruksi yang kuat, encoder kami dibuat untuk tahan terhadap getaran, kontaminan, dan fluktuasi suhu di lantai pabrik.

Mesin Anda dibuat untuk menawarkan mesin CNC canggih, robotika, atau proses otomasi industri yang rumit, umpan balik yang kami tawarkan dapat diandalkan apa pun tujuan aplikasinya. Kami mendukung perangkat keras kami dengan layanan profesional untuk membantu Anda membuat pilihan yang tepat dalam pembuat enkode untuk tugas Anda.

Pelajari lebih lanjut tentang pilihan produk encoder profesional berkualitas tinggi kami serta bagaimana kami dapat meningkatkan kinerja sistem Anda di https://www.omch.com. Kami siap memberikan layanan konsultasi dan pengujian (sampel) pilihan gratis kepada Anda.