Enkodery obrotowe to urządzenia, które znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach techniki – od robotyki, przez automatykę przemysłową, aż po medycynę. Są niezbędne wszędzie tam, gdzie precyzyjne mierzenie kąta obrotu wałów i osi ma kluczowe znaczenie. W poniższym artykule przyjrzymy się bliżej temu, co to jest enkoder obrotowy, jak działa, jakie są jego rodzaje oraz na co zwrócić uwagę przy wyborze odpowiedniego modelu.

Co to jest enkoder obrotowy?

Enkodery obrotowe to specjalne sensory, których głównym zadaniem jest przekształcanie ruchu obrotowego na sygnały elektryczne. Informacje te są następnie wykorzystywane do określenia pozycji, prędkości lub kierunku obrotu danego elementu maszyny lub urządzenia. Dzięki swojej zdolności do precyzyjnego pomiaru kąta obrotu, enkodery obrotowe są nieocenione w wielu zastosowaniach przemysłowych.

Na jakiej zasadzie działa enkoder obrotowy?

Enkodery obrotowe są specjalizowanymi urządzeniami służącymi do monitorowania i przekształcania ruchu obrotowego na sygnały elektryczne, które mogą być następnie interpretowane przez systemy automatyki lub sterowania. Ich działanie opiera się na detekcji zmian pozycji, prędkości lub kierunku obrotu wału. Istnieje kilka podstawowych technologii, na których bazują enkodery obrotowe:

1. Optyczne. Enkodery optyczne działają na zasadzie przerywania strumienia światła. Wewnątrz obudowy znajduje się tarcza kodowa z naniesionym wzorem, zazwyczaj w postaci przezroczystych i nieprzezroczystych segmentów. Gdy tarcza się obraca, przerywa ona strumień światła emitowany przez diodę LED. Przerwane światło jest następnie detekowane przez fotodetektor (zazwyczaj fototranzystor lub fotodiody). W zależności od ilości przepuszczonych i zablokowanych impulsów świetlnych, generowany jest cyfrowy sygnał odpowiadający pozycji obrotowej wału.
2. Magnetyczne. Enkodery magnetyczne wykorzystują pole magnetyczne do generowania sygnału. Są zbudowane z magnesów umieszczonych na obrotowej tarczy lub bębnie, które oddziałują z czujnikami Halla lub magneto-rezystancyjnymi umieszczonymi stacjonarnie. Gdy magnesy przechodzą obok czujników, zmienia się lokalne pole magnetyczne, co jest detektowane i przekształcane na sygnał elektryczny.
3. Mechaniczne. Mniej powszechne są enkodery mechaniczne, które wykorzystują fizyczny kontakt pomiędzy ruchomymi i stacjonarnymi elementami do generowania sygnału. Ich działanie jest często bardziej podatne na zużycie i zakłócenia niż enkoderów optycznych czy magnetycznych.
4. Indukcyjne. Enkodery indukcyjne działają na podobnej zasadzie jak transformator, wykorzystując zmiany indukcyjności spowodowane wzajemnym położeniem cewek i ruchomego elementu (zazwyczaj wykonanego z materiału ferromagnetycznego). Obrotowy element zmienia indukcyjność cewek, co jest przekształcane na sygnał elektryczny.
5. Pojemnościowe. W enkoderach pojemnościowych, zmiany położenia pomiędzy ruchomym a stacjonarnym elementem powodują zmiany pojemności, które są następnie konwertowane na sygnał elektryczny. Te enkodery często stosowane są w zastosowaniach wymagających wysokiej odporności na zakłócenia i trudne warunki środowiskowe.

Enkodery obrotowe działają na zasadzie detekcji ruchu obrotowego i przekształcania go na sygnały elektryczne, wykorzystując różne metody takie jak optyczne przerywanie światła, zmiany pola magnetycznego, zmiany indukcyjności, kontakt mechaniczny lub zmiany pojemności. Wybór konkretnej technologii zależy od wymagań aplikacji, w tym precyzji, niezawodności oraz warunków środowiskowych.

Rodzaje enkoderów obrotowych

Enkodery obrotowe można podzielić na dwa główne typy: inkrementalne i absolutne.

Enkodery inkrementalne

Enkodery inkrementalne generują ciąg impulsów, których liczba jest proporcjonalna do obróconego kąta. Są stosunkowo proste w budowie i działaniu, ale nie przechowują informacji o bezwzględnej pozycji wału. W przypadku zaniku zasilania, pozycja startowa może zostać utracona, co wymaga ponownego kalibrowania urządzenia.

Enkodery absolutne

Enkodery absolutne, w przeciwieństwie do inkrementalnych, zapisują unikalny kod dla każdej pozycji wału. Pozwala to na zachowanie informacji o bezwzględnej pozycji nawet w przypadku zaniku zasilania. Są bardziej złożone i droższe niż enkodery inkrementalne, ale oferują wyższą precyzję i niezawodność.

Czym się charakteryzują i który z nich kiedy wybrać?

Wybór między enkoderem inkrementalnym a absolutnym zależy od specyfiki zastosowania. Enkodery inkrementalne są doskonałym wyborem, gdy potrzebujemy prostego i koszt-efektywnego rozwiązania do pomiaru prędkości lub długości przesunięcia. Z kolei enkodery absolutne sprawdzają się tam, gdzie niezbędna jest wysoka precyzja i niezawodność, na przykład w zaawansowanych systemach robotycznych czy pozycjonujących.

Na co zwrócić uwagę przy wyborze?

Wybierając enkoder obrotowy, należy zwrócić uwagę na kilka kluczowych parametrów:

• Rozdzielczość: Określa, jak precyzyjny jest pomiar. Im wyższa rozdzielczość, tym dokładniejsze pomiary.
• Typ: Zdecydować, czy potrzebny jest enkoder inkrementalny, czy absolutny.
• Metoda detekcji: Optyczna, magnetyczna, czy mechaniczna – każda z nich ma swoje plusy i minusy.
• Warunki środowiskowe: Upewnij się, że enkoder jest przystosowany do warunków, w których będzie pracował, np. odporność na wibracje, wilgoć, czy temperaturę.

Podsumowując, enkodery obrotowe to niezwykle ważne komponenty w wielu dziedzinach przemysłu i techniki. Wybór odpowiedniego typu i modelu enkodera obrotowego zależy od wielu czynników, ale odpowiednia wiedza pozwala na wybranie urządzenia, które najlepiej spełni oczekiwania danej aplikacji.