Enkoderler, yüksek hassasiyetli endüstriyel servo sistemler için en yaygın şekilde uygulanabilen geri besleme cihazlarıdır. Lineer, rotary ve sinüs kodlayıcıların çalışma prensiplerini ve uygun uygulamalarını ve ayrıca en hassas ve güvenilir servo sistem kontrolü için EMI/RFI gürültüsünü nasıl azaltacağınızı öğrenin.
Kodlayıcılar: Yüksek Çözünürlüklü Geri Besleme Seçimi
Kodlayıcılar üç temel kategoriye ayrılır: rotary veya lineer; artımlı veya mutlak; sinyalin üretildiği optik, manyetik veya temaslı yollar. Temassız kodlayıcılar temas eden cihazlardan daha yaygındır. Bu kategoride de manyetik olanlardan daha yaygın ve hassas olan optik kodlayıcılara odaklanacağız.
Optik kodlayıcılar ilk çıktığında, hem düşük hem de yüksek hızlı uygulamalarda yüksek doğruluk sunma yetenekleri nedeniyle beğeni topladı. Ancak ilk versiyonlar bazen güvenilmez olarak görülüyordu. Sorunun çoğu sadece yanlış uygulamadan kaynaklanıyordu: Ağır endüstriyel ekipmanlara takıldığında, titreşim ve sıcaklık bazen kırılgan elektroniklere ve cam kodlama disklerine zarar veriyordu.
Günümüzdeki versiyonlar daha sağlam, daha iyi korunan elektronik ve optiklere sahip. Buna rağmen, çoğu üretici hâlâ 90ºC'nin altındaki sıcaklıklara ve 20 G'nin altındaki titreşimlere maruz kaldıkları daha hafif endüstriyel uygulamalar için optik kodlayıcıların tercih edilmesini önermektedir.
Lineer Enkoderler
Lineer enkoderler lineer bir yol ve bir okuma kafası içerir ve genellikle X-Y aşamaları ve konum tabloları gibi lineer hareketi izleyen sistemlerle kullanılır. Lineer yol birkaç inçten birkaç fite kadar değişebilir. Hareket bileşenleri hareket ettikçe okuma kafası tarafından taranan yarıklarla kazınır. Okuma kafası, konum ve yön verisi sağlamak için birden fazla kanal algılar. Sinüzoidal çıkışlı enkoderler, çözünürlüğü elektronik olarak iyileştirmek için ek interpolasyon devresi kullanır.
Özellikle yüksek çözünürlük gerektiren ekipmanlar için, lineer enkoderler kendi sınıflarında en iyi seçimdir. 0,1 mikrona kadar çözünürlükler yaygındır, bazı sistemler 20 nanometreye kadar çözünürlük sunar. Genellikle metre başına 20 mikron olan doğruluk, yolun seyahat mesafesi arttıkça lineer olarak azalabilir. Ancak bu, herhangi bir hatayı metre başına 5 mikronun altına düşürmek için eğim hatası düzeltmesiyle telafi edilebilir.
Yüksek hızlarda çalışan makineler lineer enkoderler kullanır çünkü bu cihazlar genellikle diğer geri besleme cihazlarından daha yüksek hızlarda çalışır. Hızı potansiyel olarak sınırlayabilecek birincil faktör, elektronik sayım devresinin hızı yakalayıp yakalayamayacağıdır.
Optik Rotary Enkoderler
Optik rotary enkoder bir ışık kaynağı, dönen bir kod diski ve bir ışık dedektöründen oluşur. Disk, kendisini eşit aralıklı karanlık ve aydınlık alanlara bölen yarıklara veya çentiklere sahiptir. Bu işaretler genellikle çizgiler olarak adlandırılır, dolayısıyla ölçü birimi devir başına çizgidir (LPR). Bu ölçüm bir enkoderin çözünürlüğünü veya granülaritesini gösterir.
Enkoderler için doğruluk, belirli sayıda satır veya sayının artı (+) veya eksi (–) değeri olarak tanımlanır. Doğruluk ve çözünürlüğün farklı nitelikler olduğunu, ancak sıklıkla ilişkili olduklarını belirtmek önemlidir. Enkoderlerle, sayım çözünürlüğü arttıkça belirli bir sayım içindeki doğruluk da artar. Bu, çözünürlüğü daha fazla interpolasyonla artırmanın (örneğin 12 bit yerine 16 bit) doğruluğu artırmadığı çözücülerin tam tersidir. Aslında, çözücü sistemlerinin çözünürlükten 100 kat daha az doğruluğa sahip olması oldukça yaygındır.
Bir enkoderin bağlı bileşenleri döndükçe, ışık dedektörü diskten geçen ışığın açık-kapalı düzenini kaydeder. Dedektör bu açık-kapalı düzenini kare dalgalara benzeyen elektronik bir dijital sinyale dönüştürür. Tipik olarak, iki sıra yarık veya işaret, genişliklerinin yarısı veya tam bir çevrimin dörtte biri (90 elektrik derecesi) kadar kaydırılır ve Kanal A ve Kanal B olarak bilinen iki elektrik sinyali üretilir. Bu kaydırma, kontrolün mil dönüş yönünü belirlemesine olanak tanır. Bu da başlatma sırasında sürücü için önemli, çift yönlü hareket sağlayan servo sistemler için de gerekli bir bilgi teşkil eder.
Bazı enkoderler sadece iki kanal kullanmak yerine, mil konumunu izlemek veya gürültü bağışıklığına yardımcı olmak için ek kanallar kullanır. Bu kanallar, indeks ve tamamlayıcı kanallar olarak adlandırılanları içerir. Mil konumunu izlemenin bir diğer yolu da bir komütasyon veya Hall eş değeri kanal eklemektir. Bunlar motorun A fazı, B fazı ve C fazı (U, V ve W olarak da bilinir) geri EMF'sine hizalanmayı temsil eder.
Enkoderin A ve B kanallarını nasıl saydığına bağlı olarak çözünürlük dört katına çıkabilir. Bu özellik, sayım devresinin her iki sinyalin hem inen hem de yükselen kenarlarını izlemesiyle ortaya çıkar, buna kareleme algılaması da denir. Çözünürlüğü artırmak sistemin tekrarlanabilirliğini artırır. Yüksek çözünürlük ayrıca konum ve hız döngüleri için daha yüksek kazanım sağlayarak tam sistem bant genişliğini garanti eder.
Çoğu satıcıda devir başına 50 ila 5.000 satırlık enkoder çözünürlükleri standarttır ancak 100.000'e kadar satır sayısı mevcuttur. Yüksek doğruluklu uygulamalarda sistem doğruluğu; kılavuz vida kümülatif hatası, termal genleşme veya somun geri tepmesi gibi diğer kaynaklardan gelen hatalardan etkilenir. Lineer enkoderler bu sorunların üstesinden gelebilir.
Sinüs Enkoderler
Sinüs enkoderler, geri besleme cihazı spektrumunun yüksek maliyetli, yüksek doğruluklu, yüksek hassasiyetli ucundadır. Bunlar artımlı enkoderler benzerdir ancak A ve B veri kanalları genellikle kare dalgalar yerine bir volt tepeden tepeye sinüs dalgaları olarak denetleyiciye gönderilir.
Avantajı, bu cihazların her tam sinüs dalgasını interpole edebilmesi, sistem çözünürlüğünü artırabilmesi ve hız kontrol cihazına daha fazla bilgi sağlayabilmesidir. Bu, kesme ve nicemleme hatalarını azaltarak daha yüksek döngü kazanımlarına olanak tanır.
Sinüs enkoderler, devir başına 2 milyondan fazla sayım veya yaklaşık 0,62 ark saniyelik çözünürlük elde edebilir. Bu özellik, yüksek hassasiyet gerektiren veya yüksek ataletli yüklere sahip uygulamalar için oldukça uygundur.
Diğer enkoderler gibi sinüs enkoderler de komütasyon yollarına, Hall emülasyon yollarına veya C ve D adı verilen yardımcı sinüzoidal kanallara sahip olabilir ve bunlar bir devir içinde mutlak konum sağlar. C ve D kanalları çözücülerde kullanılan sinüs ve kosinüs sinyallerine benzer.
Sinüs enkoderlerin bir çeşidi de multiple-turn sinüs enkoderlerdir. Çok dönüşlü versiyonlar, dâhilî mekanik dişli kutusu, Wiegand sensörü veya pil yedekleme mekanizması kullanılarak uygulanır. Bu, cihazın birden fazla dönüşü boyunca mutlak konumlandırma sağlar. Bu enkoderler, devir başına en fazla 8.192 adım ve 8.192 mil devri sağlayabilir ve interpolasyondan önce toplam 26 bit mutlak çözünürlük sağlar.
Sinüs enkoderler, yüksek hızlı kayıttan film kaplamaya ve web kontrolüne kadar uzanan uygulamalar için yüksek hassasiyet, çözünürlük ve doğruluk sunar. Sinüs enkoderler ayrıca sorunsuz dönüşün kritik önem taşıdığı düşük hızlı işlemler için de uygundur. Hareket sistemlerinin döner tablalarda, indeksleme montaj makinelerinde ve rulo tahriklerinde yüksek kazanımlar, üstün sertlik ve konum doğruluğu elde etmesine yardımcı olurlar.
Gürültünün Azaltılması
Geri besleme cihazları elektriksel veya optik sinyaller üretebilir. Geri besleme sinyalleri için optik iletim hatları kullanmanın avantajlarından biri, aksi durumda temiz sinyalleri etkileyip sürücüye gönderilen verileri bozarak yüksek kaliteli konum, hız ve tork kontrolü sağlama olanağını tehlikeye atabilecek yüksek gürültü veya elektromanyetik parazit/radyo frekansı paraziti (EMI/RFI) ortamlarına karşı bağışık olmalarıdır.
Sinyalleri elektriksel olarak gönderirken gürültülü sinyalleri değiştirmek için amplifikatörlere veya sinyal koşullandırma cihazlarına ihtiyaç duyulabilir. Daha yeni geri besleme cihazları, sinyalleri gürültüden etkilenmeyen ve kablodan sürücüye doğru yayılırken azalmayan daha sağlam dalga formlarına dönüştürmek ve interpole etmek için IC yongaları kullanır.
Daha fazla bilgi
Bu önemli hareket konusunda bilgi sahibi olmak için, burada ele aldığımız lineer, döner ve sinüs enkoderlere ek olarak, üst düzey seçim kriterlerimizi, Hall etkisi sensörlerini ve çözücülerini içeren Geri Besleme Cihazları başlıklı blog yazılarımızın üçünü de okuduğunuzdan emin olun. Aynı zamanda özel uygulamanızı görüşmek ve ihtiyaçlarınıza en uygun servo-döngü teknolojisi için öneriler almak üzere bir Kollmorgen mühendisiyle iletişime geçebilirsiniz.
