تصور کنید در حال ساخت یک ربات هستید. این ربات برای انجام وظایفش نیاز دارد تا بداند در هر لحظه در چه موقعیتی قرار دارد. برای این کار از سنسورهایی استفاده می‌کنیم که موقعیت را اندازه‌گیری می‌کنند. یکی از این سنسورها، انکودر چرخشی نام دارد. اما انکودرهای چرخشی انواع مختلفی دارند که دو نوع اصلی آن‌ها افزایشی (Incremental) و مطلق (Absolute) هستند. در این مطلب به بررسی تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute می‌پردازیم.
معرفی انکودرهای چرخشی و اهمیت درک تفاوت‌ها
انکودرهای چرخشی یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های اتوماسیون و کنترل صنعتی هستند که به‌منظور اندازه‌گیری و بازخورد موقعیت یا سرعت چرخش محورهای مختلف به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها به‌طور گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، رباتیک و تولید استفاده می‌شوند.
تقسیم‌بندی انکودرهای چرخشی
انکودرهای چرخشی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: انکودر افزایشی و انکودر مطلق. تفاوت‌های اصلی بین این دو نوع، در روش اندازه‌گیری و نوع داده‌های خروجی آن‌هاست. انکودرهای افزایشی اطلاعات مربوط به تغییرات موقعیت را با تولید پالس‌های الکتریکی ارائه می‌دهند. هر پالس به معنای یک تغییر کوچک در موقعیت است و تعداد پالس‌ها می‌تواند به محاسبه موقعیت نسبی و سرعت چرخش کمک کند. در این نوع انکودر، موقعیت مطلق محور پس از خاموش شدن دستگاه یا قطع برق قابل بازیابی نیست و نیاز به بازنشانی دارد.
برخلاف انکودرهای افزایشی
برخلاف انکودرهای افزایشی، انکودرهای مطلق موقعیت واقعی محور را در هر لحظه به‌طور مستقیم گزارش می‌دهند و دارای یک کد منحصربه‌فرد برای هر موقعیت هستند. این ویژگی به آن‌ها این امکان را می‌دهد که موقعیت مطلق را حتی پس از قطع برق حفظ کنند و نیازی به بازنشانی مجدد نباشد.
درک تفاوت‌های میان این دو انکودر
درک تفاوت‌های میان این دو نوع انکودر بسیار مهم است؛ زیرا انتخاب نادرست می‌تواند بر دقت سیستم، زمان‌بندی و هزینه‌های عملیاتی تأثیر بگذارد. انکودرهای افزایشی برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری تغییرات سریع و کم‌هزینه دارند مناسب‌ترند، درحالی‌که انکودرهای مطلق برای سیستم‌هایی که نیاز به دقت بالا و بازخورد موقعیت مطلق دارند، انتخاب بهتری هستند.
تعریف انکودر Incremental و Absolute
انکودرها به‌عنوان حسگرهایی برای اندازه‌گیری و بازخورد موقعیت و سرعت چرخش در سیستم‌های مختلف صنعتی و اتوماسیونی استفاده می‌شوند. این ابزارها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: انکودرهای افزایشی و انکودرهای مطلق. هر یک از این نوع انکودرها ویژگی‌ها، اصول عملکرد و کاربردهای خاص خود را دارند. اگر قصد دارید تا تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute را بدانید، ما در این بخش به تفصیل آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.
انکودر افزایشی (Incremental Encoder)
انکودرهای افزایشی به منظور اندازه‌گیری تغییرات موقعیت محور به کار می‌روند. این نوع انکودر به تولید پالس‌های الکتریکی می‌پردازد که هر پالس نشان‌دهنده یک تغییر کوچک در موقعیت محور است. در این سیستم، معمولا یک دیسک شفاف با الگوهای معین از خطوط یا حفره‌ها بر روی یک محور چرخان نصب می‌شود. این دیسک با استفاده از یک منبع نور و سنسور نوری بررسی می‌شود. وقتی دیسک می‌چرخد، نور از میان خطوط یا حفره‌ها عبور کرده و سنسور نوری سیگنال‌های پالس تولید می‌کند.
ویژگی‌ها و کاربردها:
- موقعیت نسبی: انکودر افزایشی اطلاعات مربوط به تغییرات موقعیت را به‌صورت نسبی ارائه می‌دهد و نیاز به اندازه‌گیری مجدد از صفر دارد.
- ساده و کم‌هزینه: این نوع انکودر به دلیل طراحی ساده و هزینه کمتر در بسیاری از کاربردهای صنعتی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- عدم ذخیره موقعیت مطلق: در صورت خاموش شدن دستگاه یا قطع برق، موقعیت فعلی قابل بازیابی نیست و نیاز به بازنشانی مجدد است.
انکودر مطلق (Absolute Encoder)
انکودرهای مطلق به ارائه موقعیت مطلق محور در هر لحظه می‌پردازند و دارای کد منحصربه‌فرد برای هر موقعیت هستند. این انکودرها معمولا از یک دیسک با الگوهای خاص استفاده می‌کنند که هر ناحیه از آن معادل یک کد باینری یا کد دیجیتال خاص است. این الگوها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که موقعیت مطلق محور را به‌صورت یک عدد منحصربه‌فرد نشان می‌دهند.
ویژگی‌ها و کاربردها:
- موقعیت مطلق: انکودر مطلق می‌تواند موقعیت دقیق محور را حتی پس از خاموش شدن دستگاه یا قطع برق حفظ کند. این ویژگی برای سیستم‌هایی که نیاز به دقت بالا و ثبت موقعیت دقیق دارند، بسیار مهم است.
- دقت بالا: این نوع انکودرها در کاربردهایی که نیاز به دقت و صحت بالای موقعیت دارند، مانند رباتیک و تجهیزات پزشکی، استفاده می‌شوند.
- پایداری: به دلیل حفظ موقعیت مطلق، این نوع انکودرها برای کاربردهایی که به بازخورد موقعیت در زمان واقعی نیاز دارند، انتخاب مناسبی هستند.
مقایسه تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute و انتخاب آن‌ها
انتخاب بین انکودر افزایشی و مطلق بستگی به نیازهای خاص سیستم و کاربرد مورد نظر دارد. انکودرهای افزایشی برای کاربردهایی که به اندازه‌گیری تغییرات موقعیت و هزینه‌های کمتر نیاز دارند، مناسب هستند. درحالی‌که انکودرهای مطلق برای سیستم‌هایی که نیاز به دقت و حفظ موقعیت مطلق دارند، انتخاب بهتری هستند. در نهایت، انتخاب صحیح می‌تواند تأثیر بسزایی بر عملکرد، دقت و هزینه‌های سیستم داشته باشد.
مقایسه ویژگی‌ها و کاربردهای هر کدام
انکودرهای چرخشی افزایشی و مطلق دو نوع اصلی از حسگرهای موقعیت هستند که در سیستم‌های کنترل حرکت به‌طور گسترده استفاده می‌شوند. هر کدام از این انکودرها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این بخش از مقاله، به مقایسه دقیق این دو نوع انکودر می‌پردازیم و با استفاده از یک جدول، تفاوت‌های آن‌ها را به‌صورت خلاصه ارائه خواهیم داد.
انکودر افزایشی (Incremental Encoder)
انکودر افزایشی تغییرات در موقعیت شفت را به‌صورت پالس‌های دیجیتال گزارش می‌دهد. این پالس‌ها نشان می‌دهند که شفت چه مقدار و در چه جهتی چرخیده است. برای تعیین موقعیت مطلق شفت، باید تعداد پالس‌ها از یک نقطه مرجع شمارش شود.
ویژگی‌های اصلی:
- سادگی: ساختار ساده‌تر و هزینه کمتر نسبت به انکودرهای مطلق.
- سرعت بالا: قابلیت شمارش پالس با سرعت بالا و مناسب برای کاربردهای با سرعت بالا.
- نیاز به مرجع: برای تعیین موقعیت مطلق، نیاز به یک نقطه مرجع (home position) دارد.
- حساسیت به نویز: پالس‌های خروجی ممکن است تحت تأثیر نویز الکترومغناطیسی قرار بگیرند.
انکودر مطلق (Absolute Encoder)
انکودر مطلق موقعیت دقیق شفت را در هر لحظه به‌صورت یک کد دیجیتال منحصربه‌فرد ارائه می‌دهد. این کد مستقل از تاریخچه حرکت شفت است و به این معنی است که حتی اگر سیستم خاموش شده و دوباره روشن شود، موقعیت دقیق شفت حفظ می‌گردد.
ویژگی‌های اصلی:
- دقت بالا: ارائه موقعیت دقیق و بدون نیاز به شمارش پالس از یک نقطه مرجع.
- قابلیت اطمینان بالا: موقعیت دقیق حتی پس از قطع برق حفظ می‌شود.
- پیچیدگی بیشتر: ساختار پیچیده‌تر و هزینه بالاتر نسبت به انکودرهای افزایشی.
- سرعت کمتر: سرعت شمارش پالس نسبت به انکودرهای افزایشی کمتر است.
جدول مقایسه
| ویژگی | انکودر افزایشی | انکودر مطلق |
| خروجی | پالس‌های دیجیتال | کد دیجیتال منحصربه‌فرد |
| تعیین موقعیت | نیاز به شمارش پالس از یک نقطه مرجع | مستقل از تاریخچه حرکت |
| دقت | کمتر | بالاتر |
| سرعت | بالاتر | کمتر |
| پیچیدگی | ساده‌تر | پیچیده‌تر |
| هزینه | کمتر | بیشتر |
| قابلیت اطمینان در برابر نویز | کمتر | بیشتر |
| کاربردهای اصلی | کنترل سرعت، موقعیت نسبی، سیستم‌های ساده | کنترل موقعیت دقیق، رباتیک، سیستم‌های ایمنی |
مشاهده این جدول به شما در خرید انکودر کمک شایانی می‌کند.
کاربردهای اصلی
- انکودر افزایشی: کنترل سرعت موتور، سیستم‌های موقعیت‌یابی نسبی، روبات‌های ساده، ماشین‌آلات صنعتی با دقت متوسط.
- انکودر مطلق: رباتیک، سیستم‌های کنترل حرکت دقیق، ماشین‌آلات CNC، سیستم‌های ایمنی، آسانسورها، بالابرها.
راهنمای خرید و انتخاب انکودر چرخشی Incremental و Absolute
انکودرهای چرخشی ابزارهای اساسی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و کنترل موقعیت هستند. انتخاب صحیح نوع انکودر می‌تواند تأثیر زیادی بر دقت، کارایی و هزینه‌های سیستم داشته باشد. در این راهنما، نکات کلیدی در انتخاب و تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute، مثال‌های کاربردی، توصیه‌های بهینه‌سازی عملکرد و نکات نصب و راه‌اندازی ارائه می‌شود.
نکات مهم در انتخاب بین انکودر افزایشی و مطلق
توجه به این نکات به شما در انتخاب درست بین انکودر مطلق و افزایشی کمک می‌کند.
الف. نیاز به دقت و موقعیت مطلق
- انکودر افزایشی: اگر سیستم شما نیاز به اندازه‌گیری تغییرات موقعیت و سرعت داشته باشد و موقعیت مطلق پس از خاموش شدن مهم نباشد، انکودر افزایشی گزینه مناسبی است. این انکودرها به‌دلیل طراحی ساده و هزینه کمتر، در بسیاری از کاربردهای عمومی استفاده می‌شوند.
- انکودر مطلق: در سیستم‌هایی که نیاز به دقت بالا و حفظ موقعیت مطلق حتی پس از خاموش شدن دستگاه دارند، انکودر مطلق انتخاب بهتری است. این نوع انکودر برای کاربردهایی که نیاز به ثبت موقعیت دقیق و بدون نیاز به بازنشانی مجدد دارند، مناسب است.
ب. محیط کاری و شرایط عملیاتی
- انکودر افزایشی: این انکودرها برای محیط‌های کمتر حساس و کاربردهایی که نیاز به دقت بالا ندارند، مناسب هستند. در شرایطی که ممکن است دستگاه به‌صورت مداوم خاموش و روشن شود، حفظ موقعیت مطلق اهمیت زیادی ندارد.
- انکودر مطلق: در محیط‌های صنعتی سخت و کاربردهایی که نیاز به کارکرد پایدار و دقیق در شرایط سخت دارند، انکودر مطلق عملکرد بهتری دارد. این انکودرها به‌دلیل دقت و قابلیت حفظ موقعیت، در صنایع دقیق مانند پزشکی و رباتیک کاربرد دارند.
ج. هزینه و پیچیدگی سیستم
- انکودر افزایشی: این انکودرها معمولا ارزان‌تر و ساده‌تر هستند و برای سیستم‌هایی با بودجه محدود و نیاز به عملکرد پایه مناسب‌اند.
- انکودر مطلق: هزینه بالاتر و پیچیدگی بیشتری نسبت به نوع افزایشی دارد، اما به‌دلیل ویژگی‌های پیشرفته‌اش، برای سیستم‌های حساس و دقیق ضروری است.
مثال‌های کاربردی از استفاده هر انکودر در صنعت
هر انکودر چه کاربردی در صنعت دارند؟ در ادامه هب این موضوع پرداختیم.
الف. انکودر افزایشی
- صنعت خودروسازی: برای اندازه‌گیری سرعت و موقعیت موتورهای خودرو، جایی که دقت مطلق موقعیت پس از خاموش شدن اهمیت ندارد.
- دستگاه‌های CNC: برای اندازه‌گیری تغییرات موقعیت ابزار و کنترل سرعت حرکت، جایی که موقعیت مطلق نیاز به بازیابی ندارد.
ب. انکودر مطلق
- صنعت رباتیک: در بازوی رباتیک که نیاز به دقت بالا و موقعیت مطلق برای انجام وظایف پیچیده دارد.
- تجهیزات پزشکی: مانند دستگاه‌های MRI و سیستم‌های جراحی که نیاز به دقت و پایداری موقعیت مطلق برای عملکرد صحیح دارند.
توصیه‌هایی برای بهینه‌سازی عملکرد هر نوع از انکودرها
برای بهینه سازی انکودر افزایشی و انکودر مطلق توصیه‌هایی وجود دارد که نیازمند رعایت و بررسی هستند.
الف. انکودر افزایشی
- کالیبراسیون منظم: کالیبراسیون منظم و بررسی صحت عملکرد می‌تواند دقت اندازه‌گیری را افزایش دهد و از خطاهای موقعیتی جلوگیری کند.
- محافظت از نویز الکترومغناطیسی: استفاده از فیلترها و پوشش‌های مناسب برای کاهش تأثیر نویز الکترومغناطیسی بر عملکرد انکودر.
ب. انکودر مطلق
- تست عملکرد در شرایط مختلف: تست عملکرد انکودر در دماهای مختلف و شرایط عملیاتی متفاوت برای اطمینان از دقت و عملکرد صحیح در شرایط واقعی.
- پشتیبانی از بازخورد مداوم: استفاده از سیستم‌های بازخورد مداوم برای بهینه‌سازی عملکرد و دقت موقعیت.
نکات نصب و راه‌اندازی در تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute
در ادامه به نکات مهم نصب و راه‌اندازی در تفاوت این دو انکودر پرداختیم که عبارتند از:
الف. نصب انکودر افزایشی
- تراز و هم‌راستایی دقیق: نصب دقیق انکودر و دیسک برای جلوگیری از خطاهای اندازه‌گیری. انکودر باید به‌طور مستقیم و با محور چرخش هم‌راستا باشد.
- اتصالات الکتریکی صحیح: اطمینان از اتصالات الکتریکی درست برای جلوگیری از خطاهای سیگنال و پالس‌های نادرست.
ب. نصب انکودر مطلق
- نصب محکم و بدون لرزش: انکودر مطلق باید به‌طور محکم و بدون لرزش نصب شود تا دقت موقعیت مطلق حفظ گردد.
- بررسی سیستم‌های کدگذاری: بررسی و تنظیم دقیق سیستم‌های کدگذاری برای اطمینان از دقت و صحت کدهای تولیدی.
در نهایت، انتخاب بین انکودر افزایشی و مطلق باید بر اساس نیازهای خاص سیستم، شرایط محیطی، دقت مورد نیاز و بودجه انجام شود. باتوجه‌به موارد فوق، می‌توان تصمیم مناسبی در مورد نوع انکودر و نحوه نصب و راه‌اندازی آن گرفت تا بهترین عملکرد و دقت ممکن در سیستم حاصل شود.
نتیجه‌گیری
در تفاوت انکودر چرخشی Incremental و Absolute باید گفت که انکودرهای چرخشی افزایشی (Incremental) و مطلق (Absolute) برای اندازه‌گیری موقعیت و سرعت در سیستم‌های صنعتی استفاده می‌شوند. در مقابل، انکودرهای مطلق موقعیت مطلق را به‌صورت یک کد منحصربه‌فرد ارائه می‌دهند و توانایی حفظ موقعیت پس از خاموش شدن را دارند. برای خرید انکودرهای چرخشی با کیفیت و مشاوره تخصصی، پیمان الکتریک گزینه‌ای مناسب است که با ارائه محصولات برتر و خدمات حرفه‌ای، نیازهای شما را برآورده می‌کند.
سوالات متداول
1. تفاوت اصلی بین انکودر افزایشی و مطلق چیست؟
تفاوت اصلی بین انکودرهای افزایشی و مطلق در نحوه گزارش موقعیت است. انکودر افزایشی تغییرات در موقعیت را به‌صورت پالس‌های دیجیتال گزارش می‌دهد و برای تعیین موقعیت مطلق نیاز به یک نقطه مرجع دارد. به‌عبارت دیگر، این انکودرها مانند یک کیلومترشمار عمل می‌کنند و فقط تغییرات مسافت را نشان می‌دهند. از طرف دیگر، انکودر مطلق موقعیت دقیق شفت را در هر لحظه به‌صورت یک کد دیجیتال منحصربه‌فرد ارائه می‌دهد.
این کد مستقل از تاریخچه حرکت شفت بوده و به این معنی است که حتی اگر سیستم خاموش شده و دوباره روشن شود، موقعیت دقیق شفت حفظ می‌گردد. به‌عبارت ساده‌تر، انکودر مطلق مانند یک GPS عمل می‌کند و همیشه موقعیت دقیق را نشان می‌دهد.
2. چه زمانی باید از انکودر افزایشی و چه زمانی از انکودر مطلق استفاده کنیم؟
انتخاب بین انکودر افزایشی و مطلق به عوامل مختلفی بستگی دارد. اگر به دقت بالا و قابلیت اطمینان در تعیین موقعیت مطلق نیاز دارید، انکودر مطلق انتخاب بهتری است. این انکودرها در کاربردهایی مانند رباتیک، سیستم‌های کنترل حرکت دقیق و ماشین‌آلات CNC بسیار مناسب هستند. از سوی دیگر، اگر به یک سنسور ساده و ارزان‌قیمت نیاز دارید و دقت بسیار بالایی برایتان اهمیت ندارد، انکودر افزایشی گزینه مناسبی است. این انکودرها در کاربردهایی مانند کنترل سرعت موتور و سیستم‌های موقعیت‌یابی نسبی استفاده می‌شوند.
3. کدام یک از این دو نوع انکودر برای سیستم‌های ایمنی مناسب‌تر است؟
انکودرهای مطلق به دلیل قابلیت اطمینان بالا و ارائه موقعیت دقیق در هر لحظه، برای سیستم‌های ایمنی مناسب‌تر هستند. در سیستم‌های ایمنی، دانستن موقعیت دقیق اجزا بسیار حیاتی است تا بتوان از وقوع حوادث جلوگیری کرد. درصورتی‌که از انکودر افزایشی در یک سیستم ایمنی استفاده شود، در صورت قطع برق یا بروز خطا، سیستم ممکن است موقعیت خود را از دست بدهد و این می‌تواند منجر به بروز مشکلات جدی شود. درحالی‌که انکودر مطلق حتی پس از قطع برق، موقعیت دقیق را حفظ کرده و به این ترتیب ایمنی سیستم را تضمین می‌کند.