Döner Enkoder Nedir? Türleri, Çalışması ve Uygulamaları

Hiçbir şeyin lüks olmadığı günümüz mühendislik dünyasında doğruluk artık vazgeçilmez bir ihtiyaçtır. Endüstriyel otomasyonda, tüketici elektroniğinde ve diğer tüm cihazlarda hareketin kontrolünü elde etmek mümkündür, ancak bunun doğru olması gerekir. Bu kabiliyetin en önemli parçası hayati bir elektromekanik bileşendir: döner kodlayıcı. Bu eğitimde döner kodlayıcı derinlemesine tanıtılmakta, amacı, iç mekanizmaları, temel kategorileri ve gerçek hayat senaryolarındaki uygulamalar/sistemler kapsamında temel kullanımı açıklanmaktadır.

Döner Kodlayıcı Nedir ve Neden Önemlidir?

Döner kodlayıcı, dönen bir milin dönme açısını veya hareketini ölçen ve bu bilgiyi bir elektrik sinyalinde kullanılabilir hale getiren elektromekanik bir cihaz veya elektromekanik bir sensördür. Bu sinyal doğası gereği analogdur veya bağlı ekipmanın açısal konumu, bir milin dönüş yönü, hız ve ivme ile ilgili eyleme geçirilebilir bilgiler sağlayan dijital bir sinyal olabilir. Operasyonel kabiliyeti, kapalı döngü kontrol mekanizmasında veya doğru bir ölçüm yönteminde doğru dönme geri bildiriminin gerekli olduğu birçok farklı mekanizmada çok değerlidir.

Döner kodlayıcı temelde potansiyometreden farklıdır, ancak her ikisi de yaygın olarak karşılaştırılır. Potansiyometre, hareketli bir sileceğin konumuyla artan bir voltaj çıkışı üreten ve yaklaşık 270 derecede 360A}}$S'den daha az bir dönüş açısı sınırına sahip olan basit bir mutlak analog sensördür ve çıkışın sıfırı 0 ila 360 derece arasına karşılık gelir (üreticiye bağlı olarak). Buna karşın çoğu döner kodlayıcı temassızdır veya teorik olarak sınırsız dönme derecesine sahiptir ve kullanılan temassız algılama teknikleri sayesinde potansiyometre sileceğinin doğasında bulunan mekanik aşınma önlenir. Bu da onları sürekli rotasyon uygulamalarında kullanım için mükemmel hale getirir ve çalışma ömrünü büyük ölçüde artırır.

Döner enkoderler milyonlarca otomatik prosedürün temel verilerini sağlar. Endüstriyel kontrol, robotik, CNC işleme ve başka alanlarda kullanılan bu tür cihazlar, bir sisteme nasıl performans gösterdiğine dair bir his vererek ona uyum sağlaması ve kendi durumu hakkında bir fikir sahibi olması için hayati önem taşır. Bunların nasıl çalıştığının incelenmesi, bu alanlarda çalışmak üzere gelen herhangi bir mühendis veya teknisyen için önemlidir.

Döner Enkoderlerin Nasıl Çalıştığını Anlama

En basit haliyle, bir döner kodlayıcının yaptığı şey mekanik dönüşü bir dizi elektrik darbesine taşımaktır. Bir döner kodlayıcı, bunu kodlanmış bir eleman ve bir algılama elemanının akıllıca ayarlanmış bir etkileşimi yoluyla tamamlayarak çalışır.

En önemli öğe, söz konusu aksa bastırılan desenli bir disk veya kod tekerleğidir. Bu disk, sabit bir sensörün algılayabileceği belirli özelliklere sahip tekrarlanabilir bir desene sahiptir. Bu prensibin uygulanması üç ana teknolojide farklıdır:

• Optik Döner Kodlayıcı: Farklı kodlayıcı türleri arasında en yaygın olanıdır ve çoğu zaman en yüksek çözünürlüğe sahiptir. Kod tekerleği, üzerinde opak çizgiler veya kesikler bulunan, şeffaf bir disktir. Bunun yerine, ışını disk boyunca yansıtan bir ışık yayan diyot (LED) kullanılır ve daha sonra bir fotodetektör, opak çizgiler algılama çizgisi boyunca hareket ettiğinde ışık demetindeki vuruşları kaydeder; bu bir darbe üretir.
• Manyetik Enkoderler: Bu tasarımda, bir dizi kuzey ve güney kutbuna sahip bir kod çarkı şeklinde mıknatıslanmış bir rotor kullanılır. Manyetik alanlardaki değişiklikler, tekerlek döndükçe sabit bir Hall etkisi veya manyeto dirençli manyetik sensör tarafından algılanır. Manyetik kodlayıcılar çok sağlam ve yüksek güvenilirlik seviyelerine sahip olabilir ve toz, nem ve yağ gibi çevresel faktörlere tolerans göstermezler, bu da onları kirli endüstriyel uygulamalar için uygun hale getirir.
• Mekanik Enkoderler: Bu en ucuz ve kullanımı en kolay olanıdır. Bir disk üzerindeki iletken izlerden oluşan bir desen, sabit bir fırça setiyle fiziksel temas kurar. Şaft döndükçe desenlerde meydana gelen bir değişiklik, bir sinyal oluşturmak için devreleri birbirine bağlar ve keser. Çoğunlukla mekanik aşınma, kısa ömür ve sinyal sıçramasını önleyen temas sıçraması nedeniyle dezavantajlıdırlar.

Çoğu artımlı kodlayıcının en büyük yeniliği karesel sinyaller kullanmasıdır ve bu nedenle karesel kodlayıcı olarak adlandırılır. Fazları 90 derece farklı olan iki farklı darbe treni (biri Faz A ve diğeri Faz B olarak adlandırılır) üretirler. Hangi sinyal fazının diğerinin önünde olduğunu karşılaştırarak, dönüş yönünü kesin olarak söylemek mümkündür. A, B'nin önünde olduğunda düzlemdeki dönüş saat yönündedir; B, A'nın önünde olduğunda ise saat yönünün tersindedir. Ayrıca, şaftın hızını elde etmek için bu darbelerin frekansı da ölçülebilir.

Bir kodlayıcı ne kadar hassas olursa çözünürlüğü de o kadar yüksek olur ve bu çözünürlük Devir Başına Darbe (PPR) veya Devir Başına Sayım (CPR) olarak verilir. 1000 PPR kodlayıcı, A ve B kanallarında 360 derecelik dönüş başına 1000 darbe üretecektir. Çok kanallı enkoderler ayrıca üçüncü bir kanal olan Z sinyalini veya İndeks sinyalini içerir ve bu tek darbe her devirde gerçekleşir. Bu, hedef arama dizileri ve konum kalibrasyonu durumunda büyük kullanım sağlayacaktır.

Ana Kodlayıcı Türleri ve Temel Farklılıkları

Enkoderlerin algılama biçimlerine bağlı olarak birçok farklı d wildyne formu olmasına rağmen, en önemli kategorizasyonları çıkış şekilleridir. Artımsal tabanlı enkoder veya mutlak tabanlı enkoder kullanma kararı, sistemde önemli bir tasarım kararıdır ve söz konusu uygulamanın pozisyon gereksinimine ve maliyetine bağlıdır.

Artımlı Döner Kodlayıcı: Artımlı bir döner kodlayıcı, göreceli hareketi veren bir darbe çıkış akışına sahip bir kodlayıcıdır. Milin gerçek konumunu yansıtmaz, ancak hareket ettiğini ve hangi yönde olduğunu gösterir. Sistemdeki kontrolörün bu darbeleri bilinen bir başlangıç noktasına göre kaydetmesi gerekecektir. Bu başlangıç noktası, genellikle Z-sinyali üzerindeki bir homing rutini aracılığıyla homize edilmelidir. Artımlı enkoderlerin ilk güçlü yanı basit ve ucuz olmalarıdır. Bununla birlikte, en büyük dezavantajı güç kaybı durumunda pozisyonlarla ilgili tüm bilgilerin silinmesidir. Gücün yeniden sağlanmasının ardından, konumun yeniden elde edilebilmesi için sistemin yeniden yönlendirilmesi gerekir.

Mutlak Döner Kodlayıcı: Bunun yerine mutlak döner kodlayıcı, her bir mil pozisyonu için farklı bir sinyale - dijital bir kelimeye veya koda sahiptir. Mutlak kodlayıcıda kod çarkı, her bir konumun ikili kodun belirli bir setine kodlanması nedeniyle daha karmaşıktır. Bu, sistem güç kaybettiğinde, ancak daha sonra gücü yeniden kazandığında, kodlayıcının güç sağlandığında gerçek konumu sağlayacağı anlamına gelir. Bu, bir homing dizisi gereksinimini ortadan kaldırır ve kritik güvenlik ve yüksek pozisyon uygulamalarının çoğunda gerekli olan bir güç döngüsü sırasında konumlandırma verilerini düşürmez. Mutlak enkoderler daha da ayrılır:

• Tek Dönüşlü: Bir 360 derecelik devir içinde mutlak konum sağlar.
• Çoklu Dönüş: Tam devir sayısını da saymak için ek bir dişli mekanizması içerir ve geniş bir hareket aralığında benzersiz bir kod sağlar.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, mutlak enkoderlerin ilave karmaşıklığı ve kapasitesi, onları artımlı muadillerinden daha pahalı hale getirir.

Sinyal Çıkışları ve Döner Kodlayıcıların Kodunun Çözülmesi

Bir kodlayıcı tarafından türetilen kare dalga çıkışının alıcı kontrolörde (genellikle bir PLC, mikrodenetleyici veya sürücü) uygun şekilde çözülmesi gerekir. Farklı çıkış sinyali türlerinin doğru sınıflandırılması, donanım uyumluluğu ve sinyal bütünlüğü sağlamak için çok önemlidir.

Üretilen baskın sinyal, önceki paragraflarda açıklandığı gibi Quadrature sinyalidir (A/B fazları). Ancak, çıkış sürücü devresi bu tür sinyallerin sürülme şeklinin elektriksel özelliklerini belirler. Tipik örnekler şunlardır:

• Push-Pull (HTL - Yüksek Eşik Mantığı): Genel, popüler bir çıkış. Güçlü ve gürültüden etkilenmeyen bir sinyal üretmek için sinyali pozitif olarak yüksek (besleme gerilimine) ve düşük (toprağa) sallar. 24V endüstriyel sistemlerde yaygın kullanım alanı bulur.
• TTL (Transistör-Transistör Mantığı): Bu sürücü 5V kare çıkış verir ve diferansiyel bir hat sürücüsü olan A ve A-not, B ve B-not, Z ve Z-not çıkışı nedeniyle daha uzun kablo uzunluklarına yöneliktir. Diferansiyel sinyaller tarafından verilen mükemmel ortak mod gürültü reddi vardır.
• Açık Kollektör (NPN/PNP): Çıkış tiplerinden biri, bir anahtar gibi kullanılan Açık Kollektördür (NPN/PNP). Sinyal hattını toprağa (NPN) veya besleme gerilimine (PNP) sürebilir, ancak diğer yönde aktif olarak süremez. Bu, denetleyici ucunda genellikle VCC veya toprak gibi ortak bir pime bağlanan ve kesin bir mantık durumu oluşturmak için kullanılan harici bir pull-up veya pull-down direnci gerektirir. Bu arayüz şeması, farklı mantık voltajlarına sahip sistemler arasında faydalıdır.

A/B sinyallerini deşifre etme işlemi mantıksaldır. Kontrolör iki kanaldan hangisinin mevcut olduğunu kontrol etmeye devam eder. Zıt veya aynı kanal, yönü belirlemek için bir kontrol yapılmasına yol açar. Kanal A durumunun sadece şimdi değiştirilmesi durumunda, kontrolör mevcut kanal B durumunu inceler. B, A'nın önceki durumundan farklı olduğunda yön saat yönünde olur ve aynı durum tersi için de geçerlidir (A'nın önceki durumu B'ninkine benzediğinde yön saat yönünün tersi olur). Mantık genellikle donanım sayaçlarına veya güvenilir gerçek zamanlı izleme sağlamak için harici kesmelerin kullanıldığı yazılımlara uygulanır. Bir kodlayıcının taşıdığı kablo miktarı (örneğin 3 telli, 5 telli) çıkış türüyle (çıkış/DC tipi bir kodlayıcı daha fazla kabloya sahip olmalıdır), güç kullanma kabiliyetiyle ve kodlayıcının Z-sinyaline veya diferansiyel çıkışlara sahip olup olmadığıyla ilgilidir.

Döner Kodlayıcı Seçerken Önemli Özellikler

Hangi tip kodlayıcının kullanılacağını belirlemek için uygulamanın ihtiyaçlarını tanımlamak üzere kapsamlı bir analiz yapılmalıdır. Artımlı karara kadar (mutlak olana karşı) dikkate alınması gereken bazı önemli özellikler vardır:

• Karar (PPR/CPR): Bu, darbe sayısı veya devir sayısıdır. Daha yüksek çözünürlük ölçümlerde daha yüksek doğruluk sağlar ancak daha yüksek veri hızında gönderme ve alma yapabilen bir kontrolör kullanılmasını gerektirir. Sistem için gerekli olan konumlandırma doğruluğu ile birleştirilmelidir.
• Doğruluk: Bu, doğruluk ile karıştırılmamalıdır. Doğruluk, kodlayıcı tarafından gösterilen konum ile gerçek fiziksel konum arasındaki en büyük hatadır. Genellikle arkminüt veya arksaniye cinsinden ölçülür.
• Çıktı Tip: Seçilen Push-Pull, TTL veya Open Collector çıkış tipi, yukarıda açıklandığı gibi kontrolör giriş devresi ile uyumlu olmalıdır.
• Mekanik Özellikler: Bu (şaft çapı ve montaj şekli (örn. flanş montajı, servo montajı) ve bir enkoder gövdesinin fiziksel boyutu ile birlikte). Makinenin tasarımına fiziksel olarak uymalıdır.
• Çevresel Derecelendirmeler (IP Derecesi): IP (Giriş Koruması) derecesi, kodlayıcının toza ve sıvıya karşı dayanıklılığını belirleyen bir tanımdır. IP65 seviyesinde derecelendirilebilir, bu nedenle toz geçirmez ve su jeti geçirmezdir, böylece çoğu endüstriyel ortamda uygulanabilir. Titreşim ve şok derecelendirmeleri: Çok fazla mekanik stres altında olan makineler için de gereklidir.

Masaüstü 3D yazıcıya sahip bir amatör, yüksek maliyetten vazgeçip daha kolay mekanik veya düşük çözünürlüklü optik artımlı kodlayıcı kullanabilir. Buna karşılık, bir üretim hattında inşa edilecek bir robot kol geliştiren bir tasarım mühendisi mutlak konumlandırma, yüksek doğruluk ve yeterince yüksek bir IP derecesine odaklanmak zorundadır ve bu nedenle yüksek özellikli bir manyetik veya optik mutlak kodlayıcıya yönelecektir.

Endüstriyel ve Tüketici Sistemlerinde Gerçek Dünya Uygulamaları

Döner enkoderler, çeşitli uygulamalara ve teknolojinin hemen hemen her ticaret alanına bağlı olarak oldukça farklı ve çok sayıda uygulamaya sahiptir.

• Endüstriyel Otomasyon: Enkoderler motor geri beslemesinin anahtarıdır. Konveyör bantları, paketleme makineleri ve otomatikleştirilmiş toplu hatlarda daha yüksek kontrol sağlamak amacıyla hız ve konum bilgilerini sürücüye beslemek için bir servo, step veya DC motor darbe milinin arkasına monte edilebilirler.
• Robotik Sistemler: Çok eksenli robot kolları, her bir segmentin hem açısını hem de konumunu doğru bir şekilde ölçmek için her bir eklem boyunca mutlak enkoderler kullanır. Bu bilgi, robotun uç efektörünün konumunu bilmek ve kontrolör tarafından doğru hareketlerin yapılmasını sağlamak için önemlidir.
• CNC & 3D Baskı: 3D baskı Bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) aletlerinde ve 3D yazıcılarda enkoderler, vidalı milleri ve gantrileri çalıştıran servo motorlara monte edilir. Takım kafasının veya baskı nozülünün mikron hassasiyetinde çalışmasını garanti ederler.
• Otomotiv: Çağdaş otomobillerde enkoderler, elektronik denge kontrol sistemlerindeki direksiyon simidi açısı algılamasından bilgi-eğlence sisteminin dokunsal geri bildirim düğmelerine kadar birçok uygulamada bulunabilir.
• Tüketici Elektroniği: Düşük maliyetli bir artımlı kodlayıcı, daha küçük ölçekli bir bilgisayar faresinin kaydırma tekerleğinde bulunabilir. Kodlayıcılar, yüksek kategorideki ses ekipmanlarının ses düğmelerinde dijital doğrulukla düzgün ve sürekli bir dönüş sağlamak için de kullanılabilir.

Döner Enkoderler Mikrodenetleyicilere Nasıl Bağlanır

En tipik mühendislik görevlerinden biri, bu tür bir konum sensörünün Arduino, Raspberry Pi veya Programlanabilir Mantık Denetleyicisi (PLC) gibi bir denetleyici ile nasıl arayüzleneceğidir. Bu, uygun elektrik kontakları ve sinyalleri okumak için bir program rutini aracılığıyla gerçekleştirilir.

Öncelikle voltaj seviyelerinden emin olun. 24 V HTL endüstriyel kodlayıcı 5 V'luk bir arayüze ihtiyaç duyar Açık kollektör çıkışlarında, çıkışın sürülmediği alanlarda sağlam bir yüksek seviye sağlamak için yükseğe çekmek için harici dirençler sağlanmalıdır.

Donanım kesmeleri, bir kodlayıcıyı okumak için en güçlü yazılım tabanlı yaklaşımı sağlar. A ve B kanal çıkışlarının bağlı olduğu mikrodenetleyici üzerindeki pinler kesme özelliğine sahiptir. Sinyallerin her yükselen ve düşen kenarı bir kesme servis rutinini (ISR) etkinleştirir. Envanter sistemi rutini (ISR) ISR içinde, kod çözme mantığı yöne karar verir ve bir konum sayacı değişkenini artırır veya azaltır. Bu teknik, ana program başka bir yerde meşgul olsa bile bir darbeyi gerçekten kaçırabilen sözde yoklamadan (bir döngü sırasında pimin durumunu tekrar tekrar kontrol etmek) önemli ölçüde daha iyidir.

Tipik tuzaklar yanlış kablolama (A/B kanallarının karıştırılması veya sıcak/nötr güç) ve mekanik kodlayıcılar kullanılırken sinyal sıçramasının dikkate alınmamasıdır. Donanımdaki küçük kapasitör veya birkaç milisaniye dinler ve bir “debouncing” algoritmasına yanıt vererek yazılımdaki bir durumu değiştirir Sıçrama, birden fazla cihaz arasındaki ortak bir sinyal hattına nispeten yüksek bir empedansla da karşılanabilir. Kesin kablolama, kodlama, test yöntemini takip etmek çok önemlidir.

OMCH Neden Güvenilir Kodlayıcı Üreticinizdir?

İlk adım, döner enkoderlerin teorisini ve kullanımını incelemektir. İkincisi, ancak en az değil, sisteminizin ihtiyaç duyduğu güvenilirliği ve performansı sağlayacak bir cihaz tedarik etmektir.

OMCH, endüstriyel kontrol ve elektrik ürünlerinde 10 yılı aşkın deneyime sahip profesyonel bir üreticidir. Aşırı kullanım alanlarında etkili ve güvenilir olan yüksek performanslı bileşenler sunma konusunda bir sicile sahibiz.

Döner enkoder serimiz, modern otomasyon ve kontrol sistemlerinin zorlu gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Biz sunuyoruz:

• Yüksek Çözünürlük ve Yüksek Doğruluklu Modeller: Sisteminizin tasarlandığı hassasiyete ulaşmasını sağlar.
• Çeşitli Sinyal Çıkışları: Ürünlerimiz, mevcut PLC veya kontrol donanımınızla sorunsuz entegrasyon için Push-Pull (HTL), TTL Line Driver ve Open Collector dahil olmak üzere tüm önemli çıkış türlerini kapsar.
• Endüstriyel Sınıf Dayanıklılık: Yüksek IP değerlerine ve sağlam yapıya sahip enkoderlerimiz, fabrika zeminindeki titreşime, kirleticilere ve sıcaklık dalgalanmalarına dayanacak şekilde üretilmiştir.

Makineniz gelişmiş CNC makinesi, robotik veya karmaşık endüstriyel otomasyon süreçleri sunmak için oluşturulmuştur, sunduğumuz geri bildirim uygulama amacından bağımsız olarak güvenilirdir. Görevinizde enkoderlerde doğru seçimi yapmanıza yardımcı olmak için profesyonel hizmet ile donanımımızın arkasındayız.

Yüksek kaliteli profesyonel kodlayıcı ürünlerimiz ve sisteminizin performansını nasıl artırabileceğimiz hakkında daha fazla bilgi için https://www.omch.com. Size ücretsiz seçim danışmanlığı ve test hizmetleri (numuneler) sunmaya hazırız.