Shaft Encoder شفت انکودر
مقدمه :
امروزه موتورها و محرکه های دورانی، به طور گسترده ای در صنایع مختلف
مورد استفاده قرار می گیرند و در بسیاری از کاربردها اندازه گیری سرعت
دورانی و یا موقعیت محور دوران مورد نظر می باشد، همین نیاز سبب شده است
که حسگر اندازه گیری موقعیت و سرعت زاویه ای بیش از گذشته مورد توجه
قرار گیرند. این د سته از حسگرها را به طور کلی می توان به دو دسته دیجیتال
و آنالوگ تقسیم کرد.شفت انکودرها که جزء دسته اول می باشند به دلیل دقت بالا
بسیار مورد توجه قرار گرفته اند .
شفت انکودر :
شفت انکودر،حسگری است که به یک محور گردنده وصل می شود و می تواند
میزان چرخش محور را اندازه گیری کند .با اندازه گیری میزان چرخش می توان
جابجایی دورانی ،سرعت و شتاب زاویه ای را تعیین کرد.معمولا انکودرها از
نوع نوری می باشند و عملکرد آنها به این صورت است که یک صفحه دایره ای
شیاردار به محور گردنده متصل شده و در یک سمت آن یک فرستنده نوری و در
طرف دیگر یک گیرنده نوری قرار داده شده است.با چرخش صفحه و عبور
شیارها از مقابل فرستنده نوری ،در سمت گیرنده پالس های الکتریکی تولید می
شود،به عبارت دیگر می توان گفت زمانی که نور ارسالی توسط فرستنده از
شیارهای چرخنده عبور می کند توسط گیرنده دریافت می گردد و مقدار ولتاژ
خروجی یک می شود و زمانی که نور ارسالی به پره ها برخورد می کند توسط
گیرنده دریافت نمی شود و مقدار خروجی گیرنده صفر می گردد، به این ترتیب
پالس های الکتریکی تولید می شود .
)شفت انکودر هر وسیله ای است که اجازه می دهد سرعت یا موقعیت زاویه ای
یک شفت چرخان را به یک سیستم کنترل اندازه گیری کند. (
1 (انکودرها از لحاظ ساختمان به 2 مدل تقسیم می شوند :
الف(انکودرهای خطی
ب(انکودرهای چرخشی و یا دوران ی
2 (انکودرها از لحاظ عملکرد و ساختمان داخلی به 3
دسته تقسیم میشوند:
الف(نوری
ب(مغناطیسی
ج(خازنی
3 (انکودرها از نظر نوع خروجی سیگنال به 2 دسته
تقسیم می شوند:
الف(مطلق
ب(افزایشی
کاربرد انکودرها :
1 (اندازه گیری سرعت
2(اندازه گیری وکنترل موقعی ت
3 (جهت چرخش شفت
انکودر افزایشی:
در انکودرهای افزایشی از یک جفت شمارنده نوری در دو طرف چرخ شیاردار
با فاصله مشخص استفاده می شود،نحوه قرارگیری این جفت به گونه ای است که
با چرخش صفحه چرخنده دو پالس خروجی داریم که با یکدیگر اختلاف فاز 90
درجه دارند و بر اساس آن می توان جهت چرخش را نیز مشخص نمود.تا زمانی
که انکودر در حال حرکت است در خروجی پالس و سیگنال داریم و برای اندازه
گیری سرعت و موقعیت باید در کنترلر تعداد پالس ها شمارش شود،ولی اگر
کنترلر بازنشانی شود موقعیت قبلی انکودر را فراموش کرده است. این نوع از
انکودرها پرکاربردترین نوع انکودر می باشند .
مزایا: 1 (قیمت مناسب و مکانیزم ساده 2 (دقت بسیار بالا 3 (مناسب برای شمارش
پالس های ساده یا مانیتورینگ فرکانس هایی همچون سرعت،جهت و
موقعیت 4 (اندازه گیری مغناطیسی 5 (دارای رزولوشن 50.000
عیب:موقعیت قبلی و واقعی انکودر را نمی توان متوجه شد .
انکودر مطلق:
ویژگی اساسی انکودرهای مطلق در این است که موقعیت را به صورت مطلق و
بدون وابستگی به نقطه شروع حرکت در اختیار ما قرار می دهند.در انکودرهای
مطلق از یک صفحه شفاف پلاستیکی یا شیشه ای استفاده می شودکه بخش های
خاصی از آن سیاه شده اند و از چندین فرستنده و گیرنده نوری استفاده می
شود.در هر لحظه تعدادی از این گیرنده ها صفر و برخی یک را نشان می
دهند،بدین ترتیب یک عدد باینری تولید می شود که زاویه بین صفر تا 360 درجه
را می توان محاسبه کرد.
مزایا: 1 (حفظ و به یادآوری موقعیت بعد از خاموشی دستگاه و تداوم مانیتورینگ
موقعیت 2 (امکان تعیین موقعیت ماشین و امکان ذخیره سازی دیتا
الکترونیک 3 (امکان استفاده از گزینه های چندگانه
مانند:سریال،پررل،آنالوگ… 4 (استفاده از اندازه گیری نوری و مغناطیسی 5(دارای
رزولوشن 16 بیت و یا 65.536 پالس در هر چرخش
معایب: 1(قیمت با لا 2 (مکانیزم پیچیده تر نسبت به انکودر افزایشی
انکودر نوری :
از 4 قسمت تشکیل شده است :
1 (منبع نور 2 (دیسک متحرک 3(ماسک ثابت 4(سنسو ر
نور از یک سمت شفت می درخشد.چرخ انکودر یا دیسک دارای یک سری شیار
روی آن است. ماسک برای هر شیار روی دیسک انکودر نوری شیار متناظر
دارد و سوراخ های کوچک به نام “ویندوز” در طول شیارهای موجود در ماسک
بریده می شوند.)در واقع انکودر نوری تشکیل شده ازیک یا چند فرستنده،گیرنده
و یک صفحه شیار،که وقتی فرستنده از نوری را منتظر می کند اگر در مقابل آن
شیاری)خالی(باشد نور به گیرنده می رسد و اگر نه نور بهگیرنده نمی رسد. (
با حرکت دیسک ،ویندوزهای مختلفی در ماسک پوشیده یا باز می شوند و
حرکت و موقعیت شفت انکودر نوری را نشان می دهند .
هر یک از چرخش ها موقعیت متفاوتی را نشان می دهد و الگوی متفاوتی از
ویندوزهای باز/بسته دارد .
سنسور پشت ماسک الگوی فعلی انکودر نوری را مشخص می کند.هر سنسور
نماینده ی یک سیگنال تک برای انکودر نوری است .
مزایا: 1(بسیار دقی ق 2 (قابلیت اطمینان با لا 3(هزینه نسبتا پایی ن
معایب: 1 (توانایی کار کردن در شرایط نامناسب مثل گرد و غبار و ارتعاشات
ندارد .
انکودر مغناطیسی:
انکودر نوری از نور برای شناسایی موقعیت های منحصر به فرد برای انکودر
استفاده می کند .
انکودر مغناطیسی از همان اصل برای تعیین موقعیت استفاده می کند،اما این کار
را با استفاده از میدان های مغناطیسی به جای نور انجام می دهد.
با یک انکودر مغناطیسی،یک چرخ مغناطیسی بزرگ روی صفحه ای از
سنسورهای مقاومت در برابر مغناطیس می چرخد.درست همانطور که دیسک
روی ماسک می چرخد تا نور را در الگوهای قابل پیش بینی بگذارد،چرخ بر
اساس قدرت میدان مغناطیسی باعث ایجاد پاسخ های قابل پیش بینی در سنسور
می شود.پاسخ مغناطیسی از طریق یک مدار الکتریکی سیگنال تغذیه می شود .
مزایا: 1 (بسیار محکم و با دوام و قابل استفاده در شرایط نا مناسب 2(نصب
آسان 3(بازه دمای کاری بیشتر نسبت به انکودر نور ی
معایب: 1 (دقت کمتر نسبت به انکودر نوری
انکودر خازنی:
انکودر های خازنی نسبت به 2مدل قبل در دنیای صنعت تازه وارد محسوب می
شوند.انکودرهای خازنی از نظر نیرومندی مانند مدل های مغناطیسی هستند ولی
قدرت تفکیک پذیری انکودرهای نوری از انکودر های خازنی بالاتر است.البته
انکودرهای خازنی بدون توجه به نوع تکنولوژی مورد استفاده قابلیت تشخی ص
حرکت و تبدیل آن به سیگنال های استاندارد رایج در صنعت را دارا هستند .
منابع:
1)Controltech.ir
2)how to mechatronics.com
3)dynapar.com
4)asanrobot.com
5)nabat.biz
6 (واحد تحقیق و توسعه خاوران صنعت پاسارگاد
7 (جزوه ی آزمایشگاه ابزار دقیق دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی