Encoder là gì? Cấu tạo và phân loại encoder? Những ứng dụng của Encoder phổ biến hiện nay sẽ được Hoàng Vina tổng hợp qua bài sau. Cùng theo dõi nhé.
1. Encoder là gì?
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng chuyển động. Chúng có khả năng làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số hoặc xung.
Bộ mã hóa Encoder là một bộ phận vô cùng quan trọng trong cấu tạo của máy CNC nói riêng và ngành gia công cơ khí chính xác nói chung. Encoder giúp điều khiển và xác định các góc quay của dao hoặc bàn gá, hiển thị trên máy tính là đường thẳng hoặc góc bao nhiêu độ.
Ngoài ra chúng còn dùng cho các động cơ để giúp người dùng đọc được tốc độ và vị trí của động cơ. Nhờ các xung vuông có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Encoder
Cấu tạo
Một encoder sẽ bao gồm:
- 1 đĩa quay có khoét lỗ gắn vào trục động cơ.
- 1 đèn Led dùng làm nguồn phát sáng.
- 1 mắt thu quang điện được sắp xếp thẳng hàng.
- Bảng mạch điện giúp khuếch đại tín hiệu.
Bạn hãy quan sát hình ảnh mô tả dưới đây để hiểu rõ hơn nhé.
Nguyên lý hoạt động
Khi Encoder chuyển động, bộ chuyển đổi sẽ xử lý các chuyển động và chuyển thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu điện được truyền đến các thiết bị điều khiển PLC và được xử lý để biểu thị các giá trị cần đo bằng chương trình riêng biệt.
Đối với các tín hiệu có ánh sáng chiếu qua hay không có ánh sáng chiếu qua, người ta vẫn có thể ghi nhận được đèn LED có chiếu qua lỗ này hay không. Hơn thế nữa, số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần mà sánh sáng bị cắt.
Ví dụ
Trên đĩa có 1 lỗ duy nhất, mỗi lần con mắt thu nhận được 1 tín hiệu đèn LED thì có nghĩa là đĩa đã quay được 1 vòng. Bởi vậy đây chính là nguyên lý hoạt động của Encoder cơ bản.
Còn đối với nhiều chủng loại Encoder khác thì khi đĩa quay có nhiều lỗ hơn khi đó tín hiệu thu nhận sẽ khác hơn.
3. Phân loại bộ mã hóa Encoder
Encoder tuyệt đối
Encoder tuyệt đối có tên tiếng Anh là Adsolute encoder. Theo như tên gọi thì Encoder này cho ta nhận được tín hiệu về chính xác vị trí của chúng mà người sử dụng không cần thêm bước xử lý nào.
Cấu tạo của Encoder tuyệt đối bao gồm:
- Bộ phát ánh sáng (LED)
- Bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra (photosensor)
- Đĩa mã hóa có chứa dải băng mang tín hiệu.
Các đặc điểm cơ bản của dòng encoder bao gồm:
- Sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray.
- Đĩa mã hóa ở Encoder được chế tạo từ vật liệu trong suốt, người ta đã chia mặt đĩa thành các góc đều nhau cùng các đường tròn đồng tâm.
- Ưu điểm: giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn.
- Nhược điểm: giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó.
Encoder tương đối
Encoder tương đối có tên gọi tiếng Anh là Incremental encoder. Loại thiết bị này phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ. Với các đặc điểm như sau:
- Đĩa mã hóa bao gồm một dãy băng tạo xung, thường được chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau.
- Chất liệu có thể là trong suốt để giúp ánh sáng chiếu qua.
- Là Encoder chỉ có 1,2 hoặc tối đa 3 vòng lỗ, và thường có thêm một lỗ định vị.
- Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả về dễ dàng.
- Nhược điểm: dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Sẽ tích lũy sai số khi hoạt động lâu dài.
Phân loại Encoder theo công nghệ
- Bên cạnh các loại encoder tuyệt đối và tương đối thì chúng ta còn có một số cách phân loại khác và có các loại như:
- Encoder Magnetic (loại từ trường)
- Encoder Mechanical (loại cơ khí)
- Encoder Resistive (loại điện trở)
- Encoder Optical (loại quang)
4. Xác định chiều quay của encoder
Một Encoder thông thường sẽ có 2 tín hiệu xung A và B để giúp chúng tác xác định được chiều quay của động cơ, Và tín hiệu khe Z là tín hiệu chỉ xuất ra khi động cơ quay được một vòng.
Xem hình minh họa dưới đây bạn sẽ thấy. Khi đèn LED phát tín hiệu, hai pha A và B có nhiệm vụ thu tín hiệu và tạo ra các xung vuông bật tắt theo trình tự. Lúc này sự chênh lệch tần số giữa A và B có thể phận được chiều quay của động cơ. Giống như trên hình ta thấy pha A có chu kỳ trước pha B. Ta quy ước đó là chiều thuận và ngược lại.
Encoder thường sẽ có 4 hoặc 6 dây tùy theo từng loại. Nhưng chắc chắn sẽ gồm có những dây sau: 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B, 1 dây pha Z.
Hai dây pha A, B giúp xác định được số vòng quay, vận tốc và chiều quay. Để lập trình xử lý tín hiệu encoder thì bạn có thể nối 2 dây tín hiệu A và B vào 2 chân timer hoặc ngắt ngoài của vi điều khiển. Thiết lập vi điều khiển ở chế độ counter, vi điều khiển sẽ đếm xung từ vi điều khiển.
5. Vị trí lắp của Encoder
Encoder thường được lắp đặt 3 vị trí cơ bản như:
- Lắp phía sau động cơ Servo
- Gắn trên trục động cơ Linear, ứng dụng cho các chuyển động tịnh tiến
- Gắn trên băng tải: xác định tốc độ của băng tải,…
6. Thông số cần quan tâm khi lựa chọn Encoder
Dưới đây là những thông số mà trước khi lựa chọn mua Encoder bạn phải tham khảo qua.
Đường kính trục, dạng trục
Encoder có dạng trục dương hoặc trục âm và đường kính trục thường là 5 ~50mm. Thường loại encoder có đường kính lớn hơn 6mm sẽ là loại trục âm hay còn gọi là trục lõm
Độ phân giải
Độ phân giải còn được gọi là số xung – tương ứng số tín hiệu encoder đếm khi quay 1 vòng. Encoder có số xung càng cao thì giá càng cao.
Ví dụ như thang máy sẽ thường dùng loại có xung 1024p/r, chế tạo máy thường dùng loại khoảng 360p/r, 1000p/r. Ngoài ra còn có các xung lên đến 6000p/r hoặc 6pr.
Điện áp
Nếu bạn không để ý đến nguồn cấp thì encoder sẽ thường xuyên bị cháy. Do đó khi lắp đặt bạn phải đọc kỹ thông số này. Vì một khi cháy bạn sẽ phải thay thế luôn cái mới rất tốn kém.
- Nếu encoder có dãy điện áp:5~24V thì rất dễ
- Một số encoder trục lớn: 30-40mm, encoder theo máy sẽ thường gặp điện áp xác định: 5V, 12V hoặc 15V
Ngõ ra
AB, ABZ, AB đảo, ABZ đảo. Bạn dễ dàng xác định tín hiệu ngõ ra bằng cách xem số dây được kí hiệu trên tem
Dạng ngõ ra
Có nhiều dạng ngõ ra, liệt kê sơ sơ gồm: Open Collector, Voltage Output, Complemental, Totem Pole, Line Driver. Dạng ngõ ra quy định nguồn cấp, đầu đọc thông tin …
Dây cáp
Cáp càng dài càng dễ bị nhiễu. Dây tiêu chuẩn từ 1-3m. Đôi khi lên đến 10m theo nhu cầu sử dụng.
Phụ kiện
Đi kèm encoder trục dương là Coubling, encoder trục âm là Pass. Coubling giúp nối encoder trục dương với motor trục dương, Pass giúp gắn encoder vào máy. Một encoder trục âm có 1-2 pass tùy loại.
7. Ứng dụng của Encoder
Rất nhiều các ứng dụng liên quan đến tốc độ, hướng, khoảng cách hiện nay đang sử dụng Encoder. Với khả năng cho phép người dùng kiểm soát chính xác, nên chúng rất phổ biến.
Ứng dụng về biểu thị tốc độ
Một máy bơm khi được kết nối với biến tần để bơm chất lỏng vào bồn chứa thì khi đó chất lỏng chảy vào bồn phải có một tốc độ nhất định.
Encoder được kết nối với biến tần sẽ phản hồi tốc độ thực tế của dòng chảy chất lỏng.
Ứng dụng về đo lường
Khi bạn cần cắt nhôm, sắt với độ dài lên đến hàng trăm hàng nghìn mét thành nhưng tấm có kích thước nhất định khi thông qua máy cắt.
Thì Encoder sẽ được lắp vào băng tải, đọc nguyên liệu mỗi khi đi qua Encoder và tính độ dài của vật liệu từ khi cho vào đến vị trí cắt. Có thể điều chỉnh dao cắt theo độ dài được yêu cầu thông qua các thông số về kích thước tấm nhôm.
Ứng dụng về đếm số lượng
Ứng dụng này sử dụng cho các băng chuyền sản phẩm, giúp xác nhận mỗi chai sản phẩm vào và trạm trên băng chuyền.
Nếu như chai không ra khỏi chạm trong khoảng thời gian đã được lập trình và không đúng như giá trị mà Encoder đã đếm, cũng có nghĩa là máy móc đã bị hư hỏng.
Ứng dụng Encoder trong ngành cơ khí
Trong các máy CNC thì Encoder được trang bị như một thiết bị giúp đo lường và xác định được vị trí chính xác nhất của các trục máy cũng như vị trí mà dao cắt.
Hơn thế nữa, thông qua tín hiệu của Encoder báo về hệ thống điều khiển của PLC. Từ đó người dùng có thể điều chỉnh được vị trí cắt dao nhằm hạn chế sai sót.
Ứng dụng trong các ngành công nghiệp
Ô tô: được sử dụng làm cảm biến chuyển động cơ học, kiểm soát tốc độ.
Điện tử tiêu dùng và thiết bị văn phòng: PC, máy in, máy quét,…
Công nghiệp: máy dán nhãn, đóng gói, chế tạo máy,…
Y tế: máy quét y tế, kính hiển vi hoặc nano, thiết bị tự động và bơm phân phối,…
Quân đội: sử dụng trong ứng dụng ăng ten định vị.
Dụng cụ khoa học: thực hiện các bộ mã hóa Encoder trong việc định vị kính viễn vọng quan sát.
>>> Xem thêm: Servo motor là gì?
