بررسی انکودر صنعتی و انواع آن

انکودر صنعتی یکی از ابزارهای کلیدی در سیستم‌های اتوماسیون است که وظیفه تبدیل حرکت مکانیکی (خطی یا چرخشی) به سیگنال‌های دیجیتال را بر عهده دارد. این تجهیز به سیستم‌های کنترلی اجازه می‌دهد تا پارامترهایی مانند سرعت، جابه‌جایی و موقعیت دقیق قطعات را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند. انتخاب صحیح انکودر بر اساس نوع خروجی و شرایط محیطی، گامی اساسی در جهت افزایش بهره‌وری خطوط تولید به شمار می‌رود.

انواع انکودر بر پایه فناوری ساخت

​برای انتخاب صحیح یک انکودر صنعتی، ابتدا باید با فناوری‌های گوناگون به‌کاررفته در تولید این تجهیزات آشنا شد. بر این اساس، انکودرها به دسته‌های گوناگونی تقسیم می‌شوند که هر یک در بخش خاصی از اتوماسیون کارایی دارند. برای مثال، انکودرهای نوری به دلیل دقت بالا در الکتروموتورها کاربرد فراوانی دارند. همچنین در سیستم‌هایی که نیاز به کنترل سرعت دقیق دارند، این تجهیزات سیگنال‌های لازم را به اینورتر یا درایو فرکانس متغیر ارسال می‌کنند.

انکودرها به ۵ گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• انکودر نوری (Optical): پرکاربردترین نوع انکودر است که از یک منبع نور و دیسک کدگذاری شده برای تولید سیگنال استفاده می‌کند.
• انکودر مغناطیسی (Magnetic): برای محیط‌های آلوده به گرد و غبار و روغن مناسب است و بر پایه تغییرات شار مغناطیسی عمل می‌کند.
• انکودر القایی (Inductive): از تغییرات میدان الکترومغناطیسی برای تشخیص موقعیت بهره می‌گیرد.
• انکودر لیزری (Laser): در کاربردهایی با دقت بسیار بالا و فواصل زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• انکودر خازنی (Capacitive): حرکت را با استفاده از تغییر در ظرفیت خازنی بین دو صفحه متحرک تشخیص می‌دهد.

از مهم‌ترین کاربردهای این تجهیزات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ​استفاده در سرورموتورها برای کنترل موقعیت.
• ​به‌کارگیری در دستگاه‌های برش CNC برای اندازه‌گیری دقیق ابعاد.
• ​کنترل سرعت در نوار نقاله‌های هوشمند.

 انواع انکودرها بر اساس ساختار فیزیکی

​ انکودرها را می‌توان با توجه به نوع حرکتی که اندازه‌گیری می‌کنند، به دو گروه کلی تقسیم کرد:

انکودر خطی (Linear Encoder)

​این تجهیز که در صنعت با نام خط‌کش دیجیتال نیز شناخته می‌شود، برای سنجش میزان جابه‌جایی در یک مسیر مستقیم به کار می‌رود. طراحی انکودر خطی به گونه‌ای است که سنسور در امتداد یک نوار مدرج حرکت کرده و موقعیت دقیق را ثبت می‌کند.

از ویژگی‌های این مدل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• دقت بسیار بالا تا 0/1  میکرون و حتی ۲۰ نانومتر در سیستم‌های پیشرفته
• اندازه‌گیری مستقیم موقعیت خطی بدون خطای ناشی از لقی یا پیچش
• سرعت عملکرد بالا در ماشین‌آلات سریع
• جبران خطاهای حرارتی (انبساط میله در اثر گرما)

کاربردهای انکودر خطی

• دستگاه‌های CNC و گانتری سه‌محوره
• میزهای X-Y و پوزیشن‌تیبل‌ها
• پرینترهای سه‌بعدی و دستگاه‌های لیزر
• کولیس دیجیتال و تجهیزات اندازه‌گیری دقیق
• خطوط نقاله با تسمه (برای تشخیص پارگی یا لغزش)

انکودر چرخشی (Rotary Encoder)

​این مدل برای اندازه‌گیری تغییرات زاویه‌ای و سرعت دوران شافت طراحی شده است. انکودرهای چرخشی به دلیل قابلیت نصب آسان روی انواع الکتروموتور و گیربکس، از پرمصرف‌ترین تجهیزات در اتوماسیون صنعتی به شمار می‌روند.

از ویژگی‌های این مدل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اندازه‌گیری دقیق موقعیت زاویه‌ای
• رزولوشن بالا (تا ۱۰۰,۰۰۰ خط در هر دور)
• قابلیت تعیین جهت چرخش با دو کانال A و B
• وجود پالس ایندکس (Z) برای موقعیت صفر مرجع

کاربردهای انکودر چرخشی

• کنترل سرعت موتورها
• بازوهای رباتیک
• ردیابی خورشیدی پنل‌ها
• میکسرها و همزن‌های صنعتی
• دستگاه‌های بسته‌بندی

انکودرهای خطی و چرخشی به صورت مطلق و افزایشی در صنایع مختلف استفاده می‌شوند.

انواع انکودرها بر اساس نحوه ارائه موقعیت

انکودرها بر اساس نحوه ارائه اطلاعات موقعیت زاویه‌ای یا خطی به دو دسته اصلی انکودر افزایشی و انکودر مطلق تقسیم می‌شوند.

انکودر افزایشی (Incremental Encoder)

​این نوع انکودر صنعتی پرکاربردترین مدل در پروژه‌های اتوماسیون است. روش کار این تجهیز به این صورت است که با هر بار چرخش یا جابه‌جایی، تعدادی پالس الکتریکی تولید می‌کند. سیستم کنترلی با شمارش این پالس‌ها، میزان حرکت یا سرعت را محاسبه می‌کند.

​این انکودر موقعیت را به‌طور نسبی می‌سنجد. به این معنا که با قطع جریان برق، موقعیت فعلی از حافظه سیستم پاک می‌شود و برای شروع دوباره، دستگاه باید به نقطه مرجع (Home) بازگردد.

​ پالس‌های خروجی به طور معمول در کانال‌های A و B (با اختلاف فاز ۹۰ درجه برای تشخیص جهت) و کانال Z (یک پالس در هر دور برای تعیین نقطه صفر) صادر می‌شوند.

کاربردهای انکودر افزایشی

مناسب برای کارهایی که نیاز به اندازه‌گیری تغییرات و سرعت دارند:

• کنترل سرعت موتورها در خطوط تولید
• اندازه‌گیری سرعت چرخش چرخ‌ها و سیستم‌های ترمز ABS در خودروسازی
• کنترل حرکت بازوهای رباتیک و سیستم‌های بینایی ماشین
• دستگاه‌های بسته‌بندی برای کنترل سرعت نوار نقاله و پرکنی
• ماشین‌های CNC برای کنترل موقعیت ابزارهای برش
• صنعت نساجی برای کنترل سرعت و تنش نخ
• صنعت چاپ برای کنترل موقعیت رول‌های کاغذ
• صنعت انرژی در توربین‌های بادی و نیروگاه‌های خورشیدی

​انکودر مطلق (Absolute Encoder)

در انکودر مطلق، این تجهیز به منظور سنجش موقعیت و زاویه اجسام به‌کار می‌رود و در طراحی آن، برای هر موقعیت زاویه‌ای در بازه 0 تا 360 درجه یک کد باینری منحصر‌به‌فرد تعریف شده است. این کدها از طریق دیسک کدگذاری‌شده و سیستم خوانش (نوری، مغناطیسی یا القایی) تولید و به صورت سیگنال‌های صفر و یک ارسال می‌شوند.

به همین دلیل حتی در صورت قطع برق یا خاموش شدن دستگاه، پس از راه‌اندازی مجدد، سیستم بدون نیاز به بازگشت به نقطه مرجع، موقعیت دقیق شافت را به‌طور مستقیم تشخیص می‌دهد.

​این تجهیز به دو صورت تک دور (Single-turn) و چند دور (Multi-turn) تولید می‌شود که در مدل‌های چند دور، تعداد چرخش‌های کامل نیز در حافظه انکودر باقی می‌ماند.

​مزیت فنی: امنیت بالا در دستگاه‌های حساس مانند جرثقیل‌های بزرگ یا بازوهای رباتیک که گم کردن موقعیت در آن‌ها می‌تواند خطرساز باشد.

کاربردهای انکودر مطلق 

مناسب برای کارهایی که حفظ موقعیت دقیق بعد از قطع برق حیاتی است:

• ماشین‌آلات CNC پیشرفته برای تعیین موقعیت دقیق ابزارها
• رباتیک صنعتی برای تشخیص موقعیت بازوها و حرکات چندمحوری
• سیستم‌های آسانسور برای تعیین موقعیت کابین بدون نیاز به مرجع‌گیری مجدد
• توربین‌های بادی برای اندازه‌گیری زاویه پره‌ها
• تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های تصویربرداری (CT Scan) و جراحی رباتیک
• صنایع هوافضا در سیستم‌های کنترل پرواز و هدایت موشک
• آنتن‌ها و تلسکوپ‌ها برای موقعیت‌یابی دقیق
• اتوماسیون فرآیند در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی

تفاوت کلیدی انکودر افزایشی و مطلق

انکودر افزایشی پس از قطع و وصل برق، اطلاعات موقعیت قبلی را در حافظه خود نگهداری نکرده و شمارش را از صفر شروع می‌کند. برای حفظ داده‌ها در این نوع انکودر، باید از یک واحد حافظه کمکی در مدار استفاده کنید. اما انکودر مطلق برخلاف نوع افزایشی، مجهز به سیستم کدگذاری خاصی است که موقعیت واقعی شافت را حتی پس از قطع برق ذخیره می‌کند. با روشن شدن مجدد، به طور دقیق همان نقطه قبلی را به سیستم اعلام می‌کند.

مهم‌ترین ویژگی‌های انکودر افزایشی و مطلق به منظور بررسی راحت‌تر و سریع‌تر به صورت جدول زیر ارائه شده است.

انواع انکودر از نظر ویژگی شافت

​در انتخاب یک انکودر صنعتی، چگونگی اتصال آن به بدنه موتور یا محور متحرک بسیار حائز اهمیت است. این تجهیزات از نظر ساختار فیزیکی اتصال به دو دسته انکودر شافت دار و هالو شافت تقسیم می‌شوند.

• ​انکودر شافت‌دار: در این مدل، یک محور صلب از بدنه انکودر بیرون آمده است. برای اتصال این تجهیز به موتور، باید از کوپلینگ‌های انعطاف‌پذیر استفاده کرد. کوپلینگ مانع از انتقال لرزش‌های ناگهانی و ناهماهنگی‌های محوری به مدارات حساس داخلی می‌شود.
• ​انکودر هالوشافت: این مدل دارای یک حفره مرکزی است که به‌طور مستقیم روی شافت موتور سوار و محکم می‌شود. حذف کوپلینگ در این طراحی باعث کاهش هزینه‌ها و اشغال فضای کمتر در تابلوها و بدنه دستگاه‌ها می‌گردد.

​ اهمیت درجه حفاظت IP در انتخاب انکودر صنعتی

​ انکودرها به دلیل بهره‌گیری از مدارات نوری و مغناطیسی، در برابر آلودگی‌های محیطی بسیار آسیب‌پذیر هستند. به همین دلیل هنگام بررسی انواع انکودر صنعتی، باید به عدد IP درج شده روی پلاک آن توجه ویژه داشت. برای مثال در محیط‌های دارای گرد و غبار غلیظ یا پاشش آب، استفاده از انکودرهایی با درجه حفاظت IP67 الزامی است. انتخاب ناصحیح این پارامتر می‌تواند منجر به کدر شدن دیسک نوری یا سوختن برد الکترونیکی در اثر رطوبت شود.