Apa yang dimaksud dengan Encoder? Dari Prinsip Dasar hingga Aplikasi

Encoder (juga disebut sensor gerak atau transduser posisi), adalah bagian yang sangat penting dari otomatisasi, tetapi apakah encoder itu? Apa itu enkoder dan bagaimana cara kerjanya serta mengapa enkoder sangat penting dalam mesin kontemporer?

Tampaknya dalam lingkungan otomasi industri kontemporer dan elektronik digital, presisi tidak lagi menjadi kemewahan, tetapi merupakan tuntutan esensial dari efisiensi, keamanan, dan kualitas. Kunci keakuratan ini adalah komponen penting, yaitu shaft encoder. Meskipun ini bisa menjadi mesin kecil, namun kepentingannya lebih besar daripada gunung. Penggunaannya sangat banyak dalam kontrol gerak sehingga telah menjadi mekanisme umpan balik sensorik dalam bidang aplikasi ini, yang memungkinkan gerakan fisik ditempatkan ke dalam bahasa sehari-hari digital yang dapat dibaca dan ditanggapi oleh sistem kontrol. Makalah ini akan menawarkan analisis mendalam mengenai berbagai jenis encoder, termasuk cara pengoperasiannya, berbagai jenis teknologi yang tersedia dan cara penggunaannya serta masalah utama selama pemilihan perangkat tertentu yang sesuai dengan penggunaan Anda.

Apa yang dimaksud dengan Encoder? Mendefinisikan Fungsi Utamanya

Encoder adalah perangkat dalam istilah yang paling sederhana dan merupakan perangkat penting yang digunakan untuk mengkodekan gerakan mekanis menjadi sinyal listrik baik itu posisi, kecepatan, arah, atau pembacaan konstan dalam rangkaian tertentu. Semacam perangkat kontrol kemudian menafsirkan sinyal ini; ini bisa berupa Programmable Logic Controller (PLC) atau unit kontrol numerik komputer (CNC) atau penggerak motor.

Ini dapat dianggap sebagai transduser gerak. Dalam sistem kontrol gerak loop tertutup, pengontrol mengirimkan perintah ke motor. Perubahan posisi yang dihasilkan diukur oleh encoder, biasanya terhubung ke poros motor atau elemen bergerak lainnya dan memberikan laporan kembali ke controller. Ini adalah loop umpan balik yang dapat memungkinkan pengontrol untuk memastikan bahwa perintah yang dikeluarkan dilakukan secara akurat dan ketika ada penyimpangan, memperbaikinya secara real-time. Umpan balik semacam itu tidak akan mungkin terjadi dan oleh karena itu sistem operasi dalam mode non-feedback atau loop terbuka akan sangat tidak tepat dan mungkin gagal karena perubahan beban, keausan komponen mekanis, atau bahkan lingkungan. Oleh karena itu, encoder merupakan koneksi terpenting yang memfasilitasi akurasi, pengulangan, dan keandalan mesin otomatis.

Bagaimana Encoder Bekerja: Melihat ke Dalam Teknologi

Metode yang digunakan encoder untuk menerjemahkan gerakan ke dalam sinyal ditentukan oleh teknologi yang mendasarinya. Meskipun terdapat beberapa metode, sebagian besar encoder industri mengandalkan prinsip optik atau magnetik, masing-masing menawarkan keuntungan yang berbeda untuk lingkungan pengoperasian yang berbeda.

Encoder Optik: Menggunakan Cahaya untuk Presisi Tertinggi

Aplikasi yang paling tepat untuk akurasi tinggi dan presisi tinggi adalah penyandi optik. Alat ini bekerja berdasarkan konsep interupsi seberkas cahaya. Terdiri dari apa inti:

1. Dioda pemancar cahaya (LED) yang akan memasok sumber cahaya tetap.
2. Disk indeks (atau skala linier) pada kaca, atau pada plastik tahan lama yang fleksibel, yang polanya berupa sekumpulan garis atau slot buram dan transparan. Disk ini dipasang pada poros yang berputar.
3. Sisi lain dari disk memiliki Rakitan Photodetector di satu sisi dan Photo Led (PCL) yang merasakan cahaya yang dihasilkan oleh LED.

Disk yang dicolokkan menyatukan LED dan fotodetektor ke dalam disk kode saat poros berputar. Bagian struktur yang transparan memungkinkan cahaya melewatinya dan bagian yang buram menghalangi cahaya. Gangguan yang terus menerus seperti itu membentuk gelombang pulsa cahaya yang diterjemahkan oleh fotodetektor ke sinyal listrik gelombang persegi. Pola dan frekuensi pulsa tersebut persis sebanding dengan kecepatan dan putaran poros. Semakin kecil pola pada disk, semakin besar jumlah pulsa yang dihasilkan oleh disk per revolusi dan semakin besar resolusinya. Absolute rotary Encoder dan jenis optik lainnya dapat memiliki resolusi yang jauh lebih tinggi daripada puluhan ribu pulsa per revolusi (PPR), yang signifikan dalam aplikasi seperti pemesinan CNC, robotika, dan perangkat medis, karena ketepatan sangat penting.

Encoder Magnetik: Daya Tahan untuk Lingkungan yang Keras

Encoder magnetik sangat kuat dan dapat diandalkan, terutama di mana debu, kelembapan, minyak, dan getaran berat dapat menyelimuti sistem optik. Mereka menggunakan medan magnet sebagai pengganti sinar. Di antara elemen-elemen penting adalah:

1. Roda atau cincin magnetik, dengan kutub magnet yang berurutan (kutub bergantian Utara dan Selatan), di sekeliling kelilingnya. Roda ini diikat ke poros yang berputar.
2. Sensor Array, biasanya sensor efek Hall atau sensor magnetoresistif, yang mengukur ketika medan magnet bervariasi dengan memutar roda.

Sensor yang digunakan merasakan kutub Utara dan Selatan saat mereka melintas dan menghasilkan output sinyal dari encoder yang dalam bentuk yang sama dengan sinyal listrik. Karena proses ini tidak bergantung pada garis pandang yang jelas, maka magnetic encoder cenderung sangat tahan terhadap kontaminan. Resolusi mereka secara tradisional lebih rendah daripada encoder optik, tetapi pengembangan sistem komunikasi, protokol komunikasi, dan pemrosesan sinyal mempersempit kesenjangan ini secara signifikan. Saat ini, encoder magnetik menawarkan solusi berkinerja tinggi untuk memenuhi aplikasi yang menantang di pabrik baja, jalur perakitan seperti jalur perakitan mobil, pabrik pengolahan makanan, dan sebagainya.

Ada teknologi lain seperti enkoder mekanis (berbasis kontak), kapasitif, dan induksi, yang masing-masing memiliki penggunaan khusus, tetapi optik dan magnetik sebagian besar mendominasi berbagai industri karena kinerja dan keandalannya.

Jenis Keluaran Encoder Utama: Dari Sinyal Dasar hingga Komunikasi Cerdas

Meskipun encoder biasanya dikelompokkan berdasarkan teknologi penginderaannya (optik, magnetik, kapasitif, dll.), ada juga cara lain yang mungkin lebih praktis untuk mengklasifikasikan encoder, yaitu berdasarkan jenis sinyal yang dihasilkannya. Keluarannya adalah yang menentukan cara di mana data tentang posisi atau gerakan diteruskan ke pengontrol dan terakhir, ini menentukan seberapa kompatibel sebuah encoder dengan kerangka kerja sistem tertentu. Untuk mengetahui tentang jenis-jenis output ini penting ketika memilih encoder yang sesuai yang harus digunakan dalam aplikasi Anda.

1. Keluaran Tambahan: Dasar dari Umpan Balik Gerakan

Encoder output inkremental memberikan serangkaian pulsa listrik dalam kaitannya dengan pergerakan. Tanggapannya bersifat absolut dalam arti bahwa encoder tidak memberi tahu posisi yang pasti tentang di mana Anda berada, tetapi pergerakan encoder telah terjadi. Sinyal tersebut biasanya dihasilkan pada dua saluran, yang merupakan gelombang kuadratur kuadrat (A dan B) sehingga sistem dapat mengukur arah dan juga kecepatan. Saluran Z ke-3 opsional memberikan pulsa referensi sekaligus per putaran.

Kasus Penggunaan
Pilihan sempurna dalam mengukur kecepatan, umpan balik kecepatan motor, dan pemosisian sederhana dalam situasi di mana kehilangan daya dapat diatasi. Digunakan dalam sistem konveyor, mesin tekstil, dan otomatisasi pengemasan.

2. Hasil Mutlak: Posisi yang Tidak Pernah Terlupakan

Definisi
Encoder absolut digunakan untuk menawarkan nilai digital eksklusif, sebagai pengganti setiap posisi poros. Output ini selalu menunjukkan posisi aktual bahkan setelah siklus daya, sehingga enkoder ini sangat penting untuk sistem di mana re-homing mahal atau tidak mungkin. Status biasanya direpresentasikan dalam biner, kode abu-abu atau bentuk lain, dan dapat dikirim secara serial (contoh perulangan atau dalam bentuk paralel (contoh paralel bus), atau sebagai output digital sederhana.

Kasus Penggunaan
Aplikasi termasuk penggunaan dalam robotika, peralatan medis dan mesin CNC di mana memori sistem dan pemulihan deterministik penting.

3. Output Komunikasi Serial: Transfer Data Resolusi Tinggi yang Efisien

Definisi
Encoder output komunikasi serial mengirimkan informasi posisi dalam protokol komunikasi digital, biasanya pada dua atau empat kabel. Protokol ini (misalnya SSI, BiSS-C, EnDat, atau Hiperface) mampu melaporkan posisi resolusi tinggi, latensi rendah, dan sering kali juga menyertakan diagnostik atau informasi status lainnya. Antarmuka serial sinkron dengan jam, kebal terhadap derau, tidak seperti output sinyal mentah, sehingga memiliki integritas yang lebih baik pada jarak yang lebih jauh.

Kasus Penggunaan
Paling umum dalam aplikasi servo presisi tinggi, peralatan mesin, dan konstruksi semikonduktor. Mereka dapat ditemui secara umum dalam aplikasi yang membutuhkan tingkat presisi tinggi dalam umpan balik dalam kisaran mikron dan ketahanan komunikasi yang lebih baik.

4. Keluaran Bus Jaringan: Penyandi Cerdas untuk Sistem Terhubung

Definisi
Encoder output jaringan (fieldbus atau Ethernet industri) adalah komponen cerdas dari sistem otomasi. Mereka bekerja menggunakan standar komunikasi waktu nyata industri seperti CANopen, PROFINET, EtherCAT, Modbus, dan DeviceNet, tidak hanya menambahkan posisi dan kecepatan, tetapi juga diagnostik, konfigurasi, dan koordinasi multi-sumbu. Encoder semacam itu mungkin memiliki firmware dan prosesor yang disematkan.

Kasus Penggunaan
Ini sempurna dengan jaringan otomatisasi yang kompleks dan terdistribusi di mana volume tinggi merupakan faktor seperti di jalur perakitan otomotif, pabrik pengemasan, pusat logistik, dan sel robot manufaktur. Memfasilitasi pemeliharaan prediktif, diagnostik jarak jauh, dan pasang dan mainkan ke PLC atau pengontrol modern.

Tabel Ringkasan: Jenis Keluaran vs Jenis Encoder

Memahami Spesifikasi Utama: Spesifikasi Teknis

Memilih encoder memerlukan pemahaman tentang metrik kinerja utamanya:

• Resolusi: Menentukan kenaikan gerakan terkecil yang dapat dideteksi oleh enkoder. Untuk enkoder inkremental, ini diukur dalam Pulsa Per Revolusi (PPR) atau Garis Per Revolusi (LPR). Untuk enkoder absolut, ini ditentukan oleh jumlah keluaran (bit). Sebagai contoh, encoder absolut 13-bit menyediakan 8.192 posisi unik per revolusi.
• Akurasi: Mengukur deviasi antara posisi yang dilaporkan oleh encoder dan posisi fisik yang sebenarnya.
• Pengulangan: Mengukur kemampuan encoder untuk secara konsisten melaporkan nilai yang sama untuk posisi fisik yang sama.
• Sinyal Keluaran: Mengacu ke karakteristik listrik output. Dalam elektronik digital, ini dapat mencakup format TTL atau HTL.

Aplikasi Utama dalam Otomasi Industri dan Robotika

Aplikasi praktis encoder menjangkau hampir setiap sudut dunia industri. Kemampuan mereka untuk memberikan umpan balik yang tepat adalah faktor pendukung di balik kinerja sistem secara keseluruhan mesin modern.

• Robotika: Setiap sambungan robot industri berisi encoder absolut untuk memberikan umpan balik yang tepat pada posisi lengan.
• Mesin CNC: Encoder pada motor servo memberikan umpan balik posisi untuk sumbu mesin.
• Sistem Konveyor: Encoder tambahan digunakan untuk memantau kecepatan ban berjalan.
• Pengemasan dan Pelabelan: Encoder memastikan akurasi waktu.
• Percetakan dan Komplotan: Pengkode mengontrol posisi kepala untuk presisi tinggi keluaran.
• Jalur Perakitan Otomotif: Encoder menyinkronkan robot dan konveyor untuk produksi kendaraan yang akurat.
• Peralatan Medis: Encoder mendukung sistem pencitraan dan bedah robotik.

Teknik pembelajaran mesin semakin banyak digunakan untuk menganalisis data posisi dari pembuat enkode untuk mengoptimalkan kinerja sistem secara keseluruhan di berbagai industri.

Memilih Encoder yang Tepat: Mengapa Sangat Penting untuk Keberhasilan Sistem Anda

Memilih yang mana yang benar-benar memilih cara terbaik untuk mengoptimalkan kinerja total sistem Anda, meminimalkan biaya, dan memiliki keandalan jangka panjang. Baik itu lengan robot untuk membuat perakitan presisi, jalur produksi otomatis, atau perangkat keras untuk membuat peralatan medis, encoder yang Anda pilih dapat merusak atau membuat proyek Anda.

Bagaimana Encoder yang Tepat Berdampak pada Sistem Anda

Encoder dalam otomasi industri memiliki tugas untuk memberikan informasi yang tepat mengenai posisi, kecepatan, dan arah. Encoder yang salah, dalam hal resolusi, jenis, atau ketidakmampuan untuk menyinkronkan dengan sinyal output, dapat menyebabkan serangkaian masalah:

• Peningkatan waktu henti: Encoder yang buruk dapat rusak sebelum waktu yang dijadwalkan dan hal ini menyebabkan perbaikan yang tidak terkoordinasi dan penghentian produksi.
• Hasil yang tidak akurat: Anda tidak dapat mengambil risiko mendapatkan hasil yang tidak akurat dengan sistem Anda, terutama ketika Anda tidak tepat dengan encoder Anda, maka sistem Anda dapat menyebabkan produksi yang cacat, komponen yang tidak sesuai, atau bahkan kondisi berbahaya.
• Sumber daya yang terbuang: Umpan balik encoder yang gagal dapat berarti mesin Anda juga menghitung gerakan yang salah sehingga menyebabkan pemborosan waktu dan bahan baku yang tidak perlu.

Sebagai contoh, dalam pemesinan CNC, encoder yang salah dapat menyebabkan pemotongan yang tidak akurat atau kesalahan dalam posisi, sehingga bagian yang salah dapat menghabiskan banyak biaya untuk memperbaikinya. Dalam jalur perakitan yang bergerak cepat, setiap detik sangat berarti - sinyal yang lambat atau umpan balik yang salah dapat menyebabkan perusahaan kehilangan produktivitas dan menciptakan tingkat sisa yang lebih tinggi.

Mengapa OMCH Adalah Perusahaan Otomasi Industri Andal Anda

OMCH adalah perusahaan manufaktur komponen otomasi yang telah mengubah bengkel kecil menjadi perusahaan yang kompeten secara global yang melayani lebih dari 72.000 pelanggan di berbagai belahan dunia. - Portofolio encoder OMCH memberikan kekuatan industri, keandalan sinyal, dan presisi berbiaya rendah - yang telah ada selama hampir 40 tahun dalam desain, manufaktur, dan dukungan B2B global.

Inilah alasan mengapa pelanggan mempercayai pembuat enkode OMCH:

1. Kualitas Terpercaya dengan Sertifikasi Global
   Encoder OMCH diproduksi sesuai sertifikasi ISO 9001 dan memiliki sertifikasi CE, CCC, dan RoHS-yang berarti telah disetujui secara internasional dalam hal standar keamanan dan kinerja.
2. Dirancang untuk Lingkungan yang Menuntut
   Encoder yang dibuat untuk menahan ketahanan yang sangat tinggi terhadap getaran, minyak, debu, dan variasi suhu dirancang dalam encoder kami untuk menghadapi lingkungan industri yang paling keras.
3. Disesuaikan dengan Aplikasi Anda
   Anda memerlukan spesifikasi khusus? OMCH kompatibel dengan manufaktur OEM, konfigurasi kabel khusus, dan sinyal keluaran produksi, sehingga integrasi mudah dilakukan di berbagai platform seperti PLC, pengontrol gerak, dan drive penilaian ulang.
4. Ekosistem Otomasi Penuh
   OMCH bukan hanya pemasok sensor-kami menawarkan lini lengkap kebutuhan otomasi Anda, termasuk sensor jarak, SMPS, relay, pneumatik (melalui HEBAI), dan lainnya-sehingga Anda bisa mendapatkan semuanya di sini.
5. Layanan B2B Global, Keahlian Lokal
   Memiliki pengalaman lebih dari 28 tahun di pasar global, OMCH memahami persyaratan baru pelanggan otomatisasi global; memenuhi persyaratan teknologi, keuangan, dan operasional pelanggan di Brasil dan India.

Kesimpulan: Encoder sebagai Pilar Otomasi Modern

Encoder lebih dari sekadar sensor penahan. Ini adalah tulang punggung otomatisasi di era kontemporer, objek yang menghubungkan ruang digital dari suatu perintah dan dunia mekanis. Encoder memungkinkan mesin bekerja lebih cepat, lebih tepat dan lebih efisien dari sebelumnya dengan menyediakan informasi posisi yang cepat dan akurat. Mempelajari encoder yang tersedia, teknologi dan spesifikasi penting mereka adalah informasi penting yang harus dimiliki oleh para insinyur atau perancang untuk menciptakan aplikasi kontrol gerak generasi berikutnya. Dengan kemajuan teknologi di bidang enkoder prioritas dalam elektronik digital hingga enkoder cerdas dengan pembelajaran mesin, pentingnya enkoder adalah satu-satunya aspek yang mungkin diperkuat dalam pencarian menuju kontrol gerak yang sempurna.

Pertanyaan yang Sering Diajukan Tentang Encoder

1. Apa yang dimaksud dengan encoder?

Encoder adalah transduser elektromekanis, yang mengambil gerakan mekanis yang dapat berupa jenis rotasi atau gerakan linier (perpindahan linier) dan mengkodekannya ke dalam sinyal digital. Sinyal ini kemudian dibaca oleh pengontrol atau komputer untuk memonitor kecepatan, posisi, arah, atau hitungan. Encoder menemukan aplikasi yang tinggi dalam sistem kontrol gerak untuk memungkinkan umpan balik yang mudah yang akan mengotomatiskan jalannya mesin dan akurasi dalam proses seperti pada pemesinan CNC, robotika, atau bahkan jalur perakitan.

2. Bagaimana cara kerja encoder?

Prinsip encoder adalah mengukur beberapa perubahan dalam keberadaan, kecepatan, atau arah benda yang berbelok atau bergerak. Alat ini memiliki teknologi optik, magnetik, atau teknologi lainnya, yang digunakan untuk menghasilkan sinyal respons listrik terhadap gerakan. Penyandi optik, sebagai contoh, memancarkan cahaya ke piringan kode yang menginterupsi cahaya dan menghasilkan pulsa, sedangkan penyandi magnetik mengumpulkan variasi medan magnet. Ini kemudian dijadikan data yang diproses oleh pengontrol.

3. Untuk apa enkoder digunakan?

Encoder dapat digunakan dalam banyak prosedur untuk mengontrol dan melacak gerakan mekanis. Mereka memainkan peran penting dalam aplikasinya dalam sistem seperti robotika, mesin CNC, otomasi industri, dan ban berjalan untuk memberikan umpan balik. Encoder memungkinkan untuk melacak posisi, mengukur kecepatan, dan menemukan arah, memastikan ketepatan dan kemampuan mesin. Mereka juga diterapkan di lift, perangkat medis, dan sistem otomotif.

4. Apa perbedaan antara encoder inkremental dan absolut?

Encoder inkremental memberikan informasi posisi relatif, mereka memberikan serangkaian pulsa secara internal untuk memberi tahu bahwa gerakan telah terjadi, tetapi tidak pada posisi apa gerakan itu terjadi setelah daya terputus. Beberapa area yang dapat digunakan dengan sempurna termasuk dalam pengukuran kecepatan. Sebaliknya, penyandi absolut membuat setiap posisi menjadi kode yang berbeda sehingga posisi yang benar dapat dipertahankan, bahkan ketika daya mati. Encoder absolut lebih penting dalam situasi yang bersifat hafalan (misalnya, robotika dan pemesinan presisi tinggi lainnya).

5. Apa arti encoder dalam otomatisasi?

Encoder, dalam konteks otomatisasi, adalah mesin yang memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, atau arah gerakan dari setiap bagian yang dapat digerakkan dari sebuah mesin. Mesin ini mengubah gerakan mekanis menjadi sinyal listrik yang dapat ditafsirkan oleh pengontrol sehingga sistem dapat menstabilkan operasinya dan menempatkannya ke arah yang benar dalam perspektif waktu nyata. Encoder menjadi sangat penting untuk kinerja yang akurat, efisien, dan tak terbantahkan dari produksi otomatis, jalur perakitan, dan robotika.