Đối với những người làm trong lĩnh vực gia công cơ khí thì chắc hẳn sẽ không còn xa lạ gì với thiết bị Encoder này. Thế nhưng đối với những bạn mới tìm hiểu về lĩnh vực này thì có lẽ thiết bị này sẽ tương đối mới lạ hoặc chưa hiểu gì nhiều về nó. Chính vì thế bài viết này sẽ đi giải thích cho bạn Encoder là gì? Motor Encoder là gì? Bộ đếm xung Encoder là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như những ứng dụng của Encoder.
Encoder là gì?
– Khái niệm Encoder
Encoder là gì? Rotary encoder là gì? Rotary Encoder hay còn được gọi tắt là Encoder. Ngoài ra nó còn được gọi với cái tên khác là bộ mã hóa. Nó là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu số đồng điệu với chuyển động. Encoder dạng chuyển động quay (Rotary Encoder) là một thiết bị cơ điện có khả năng làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số digital hoặc xung.
– Chức năng của Encoder
Đây là một bộ phận rất quan trọng trong sơ đồ cấu tạo của máy CNC. Cụ thể, thiết bị này giúp đo và hiển thị các thông số về tốc độ của máy. Trong động cơ thì encoder cũng là một thành phần không thể thiếu. Nó giúp chúng ta đọc được tốc độ và vị trí của động cơ nhờ vào các xung vuông có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động cơ.
Phân loại Encoder
Trước khi đi tìm hiểu các loại Encoder thì chúng ta sẽ đi xem Encoder được cấu tạo như thế nào nhé.
– Cấu tạo Encoder
Nhìn vào hình trên có thể thấy cấu tạo Encoder cũng không quá phức tạp. Cụ thể nó bao gồm:
- 1 đĩa quay tròn có khoét lỗ gắn xoay quanh trục cố định của động cơ.
- 1 đèn Led có vị trí gần đĩa xoay dùng làm nguồn phát sáng.
- 1 mắt thu quang điện được sắp xếp theo hàng thẳng
- Bảng mạch điện có chức năng khuếch đại tín hiệu.
– Các loại Encoder cơ bản
Encoder thường được phân loại theo các phương tiện đầu ra của nó. Có 2 loại Encoder đó là: Incremental Encoder và Absolute Encoder.
Vậy câu hỏi đặt ra là Incremental Encoder là gì? Absolute Encoder là gì?
Thông tin về Incremental Encoder (Encoder tương đối)
Incremental Encoder hay còn được gọi là Encoder tương đối. Đây là loại thiết bị cơ điện sẽ phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ bao gồm những đặc điểm sau:
+ Đĩa mã hóa bao gồm một dãy băng tạo xung. Nó thường được chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau.
+ Chất liệu có thể sẽ được làm trong suốt với mục đích cho ánh sáng chiếu qua dễ dàng
+ Đây là loại Encoder chỉ có 1 hay 2 cho đến tối đa là 3 vòng lỗ. Và thường thì sẽ có thêm một lỗ định vị nữa.
Ưu điểm: Giá thành tương đối rẻ vì được chế tạo đơn giản. Nó giúp xử lý tín hiệu trả về một cách dễ dàng
Nhược điểm: dễ xảy ra tình trạng sai lệch xung khi trả về. Đặc biệt khi hoạt động lâu dài còn có thể sẽ tích lũy sai số.
Xem thêm: Hướng dẫn cách vệ sinh giày chuẩn nhất
Thông tin về Absolute Encoder (Encoder tuyệt đối)
Encoder tuyệt đối có cái tên tiếng Anh là Absolute Encoder. Đúng như tên gọi, Encoder tuyệt đối tức là tín hiệu ta nhận được từ Encoder cho biết chính xác vị trí của Encoder. Khi đó người sử dụng sẽ không phải can thiệp hay xử lý thêm bất cứ điều gì cả. Thiết bị này được sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray.
Encoder tuyệt đối được bao gồm những đặc điểm cơ bản sau:
– Đĩa: được sử dụng theo mã nhị phân hoặc mã Gray
– Kết cấu gồm có: bộ phát ánh sáng (LED), đĩa mã hóa (chứa dải băng mang tín hiệu), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra (photosensor).
– Đĩa mã hóa Encoder được làm bằng vật liệu trong suốt. Trong đó, người ta chia mặt đĩa thành các góc đều nhau cùng các đường tròn đồng tâm.
Ưu điểm: Khi Encoder mất nguồn thì sẽ vẫn được giá trị tuyệt đối
Nhược điểm: Có giá thành cao do việc chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó.
Một số loại Encoder khác
Ngoài 2 loại Encoder kể trên còn có thể phân loại Encoder theo công nghệ. Do đó các loại Encoder có thể liệt kê ra như sau:
+ Encoder loại từ trường hay còn gọi là Encoder Magnetic
+ Encoder loại cơ khí còn được gọi là Encoder Mechanical
+ Encoder loại điện trở thường được biết đến với cái tên Encoder Resistive
+ Encoder loại quang có tên tiếng Anh là Encoder Optical
Nguyên lý hoạt động của Encoder
Với nội dung được trình bày ở trên chúng ta đã biết được Encoder là gì rồi đúng không nào. Tiếp đến khi tìm hiểu một thiết bị nào đó thì không thể bỏ qua nguyên lý hoạt động của thiết bị đó được.
Encoder được hoạt động trên nguyên lý đĩa quay quanh trục. Cụ thể, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa (Led). Như vậy thì các chỗ có rãnh thì ánh sáng sẽ xuyên qua được. Ngược lại những chỗ không có rãnh (lỗ) thì ánh sáng tất nhiên sẽ không thể xuyên qua.
Người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua rãnh hay không nhờ vào các tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua. Bên cạnh đó, số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần ánh sáng bị cắt. Ví dụ cụ thể: Trên đĩa có một lỗ duy nhất. Chính vì thế, khi mỗi lần con mắt mà thu nhận được 1 tín hiệu đèn Led thì bạn có thể hiểu rằng đĩa đã quay được 1 vòng.
Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục và tạo ra các xung vuông. Khi sử dụng các bộ mã hóa sẽ giúp ghi nhận lại số xung và tốc độ xung. Sau đó tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm và giúp người điều khiển biết được vị trí cũng như tốc độ của động cơ.
Đây chính là nguyên lý hoạt động của Encoder một cách cơ bản và chung nhất. Ngoài ra, đối với các chủng loại Encoder khác thì tín hiệu thu nhận có thể sẽ khác nếu đĩa quay có nhiều lỗ hơn.
Xem thêm: Adapter là gì? Chức năng và cách sử dụng adapter đúng cách?
Cách thức xác định chiều quay của Encoder
Theo thường lệ, Encoder có 2 tín hiệu xung A và B có chức năng xác định chiều quay của động cơ. Khi động cơ quay được 1 vòng thì tín hiệu khe Z mới xuất hiện.
Để xác định chiều quay của Encoder thì bạn hãy nhìn vào hình trên để có thể hình dung dễ dàng hơn.Theo hình bên trái, khi mà đèn Led bắt đầu phát tín hiệu thì 2 pha A và B có nhiệm vụ thu tín hiệu. Sau đó, 2 pha A, B sẽ tạo ra các xung vuông và bật tắt theo trình tự. Dựa vào sự chênh lệch của tần số xung giữa A và B mà ta có thể phân biệt được chiều quay của động cơ. Dựa vào hình bên phải, ta có thể thấy được pha A có chu kỳ trước pha B và được quy ước đó là chiều thuận và ngược lại.
Tùy vào từng loại mà Encoder có số dây khác nhau. Nó có thể có 6 hoặc 4 dây. Trong đó bao gồm: 2 dây nguồn, 2 dây pha A và B và cuối cùng là 1 dây pha Z.
Hai dây pha A và B có nhiệm vụ xác định được số vòng quay, vận tốc, chiều quay của động cơ. Khi lập trình xử lý tín hiệu Encoder, bạn cần tiến hành nối 2 dây tín hiệu A và B vào 2 chân timer hoặc cũng có thể ngắt ngoài vi điều khiển. Sau đó thiết lập vi điều khiển ở chế độ counter. Lúc này vi điều khiển sẽ đếm xung từ vi điều khiển.
Ứng dụng của Encoder
Trong bài viết này chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu về ứng dụng của Encoder trong công nghiệp
Trong ngành công nghiệp ô tô: Encoder được sử dụng để làm cảm biến chuyển động cơ học. Nhiệm vụ của nó là kiểm soát tốc độ
Trong điện tử tiêu dùng và thiết bị văn phòng: Encoder đóng vai trò như thiết bị dựa trên PC, máy in và máy quét
Trong công nghiệp: Encoder được dùng trong máy dán nhãn, đóng gói và chế tạo máy với bộ điều khiển động cơ đơn và đa trục
Encoder trong lĩnh vực Y tế
Trong Y tế, Encoder được dùng trong máy quét y tế, có nhiệm vụ điều khiển chuyển động bằng kính hiển vi hoặc nano.
Trong Quân đội: được ứng dụng trong ăng ten định vị
Trong Khoa học: ứng dụng trong việc định vị kính viễn vọng quan sát
Trong lĩnh vực sản xuất: Các sản phẩm được cuộn lại như ngành nhựa, bao bì,… Số lượng sản phẩm khi đó sẽ được quy đổi bằng mét. Lúc này Encoder sẽ có nhiệm vụ đo số mét sản phẩm dựa theo nguyên lý đo vòng quay của trục rulo.
Trong lĩnh vực thi công cắt tỉa: Ở lĩnh vực này, Encoder sẽ có vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí cắt và tạo góc cách với mức chính xác gần như tuyệt đối. Vì vậy, việc khoan lỗ, cắt sắt thép hay uốn cong được một cách chuẩn xác đều nhờ vào Encoder.
Trong sản xuất bánh kẹo: Chúng ta có thể thấy, các loại bánh kẹo cùng khi được sản xuất trên một dây chuyền sẽ cho ra cùng một loại kích thước, kiểu dáng. Điều này là nhờ vào công dụng của Encoder trong các động cơ servo motor,…
Thông số cần lưu ý khi chọn Encoder
Trước khi lựa chọn Encoder phù hợp bạn cần phải biết những thông số cơ bản sau:
- Điện áp: Nếu khi lắp đặt mà không chú ý nguồn điện áp cung cấp thì Encoder rất dễ bị cháy. Ví dụ nếu Encoder có dãy điện áp 5~24V thì bạn có thể hoàn toàn yên tâm khi lắp đặt. Tuy nhiên cần lưu ý với những Encoder có trục lớn 30-40 mm thì thường gặp những điện áp đã được xác định là 5V, 12V hoặc 15V. Vì vậy, khi lắp đặt cần đọc kỹ thông số điện áp.
- Ngõ ra của Encoder: Để xác định tín hiệu ngõ ra bạn chỉ cần xem số dây được kí hiệu trên tem. Ví dụ, ta có các ngõ ra như AB, AB đảo, ABZ, ABZ đảo.
- Độ phân giải: còn có tên gọi khác là số xung. Bộ mã hóa Encoder có số xung càng cao thì giá thành lại càng đắt đỏ. Số xung tương ứng với số tín hiệu Encoder đếm được khi quay 1 vòng. Ví dụ thang máy thường dùng xung 1024p/r.
- Dây cáp: Độ dài tiêu chuẩn của dây cáp là từ 1-3m nhưng đôi khi tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng mà có thể lên đến 10m. Không nên chọn dây cáp dài vì càng dài thì càng dễ bị nhiễu.
- Phụ kiện: có 2 phụ kiện đi kèm đó là Coupling và Pass. Coupling có nhiệm vụ nối Encoder trục dương với motor trục dương còn Pass thì giúp gắn Encoder vào máy.
Sau khi đi tìm hiểu các thông số cơ bản của Encoder thì chúng ta sẽ chuyển sang cách đọc thông số Encoder. Ví dụ ta có thông số của 1 Encoder tuyệt đối sau: Encoder LS Mecapion (Metronix) S50. Để đọc được thông số của Encoder này thì đầu tiên ta cần xác định các đầu dây của Encoder. Việc xác định cũng khá đơn giản vì mỗi loại Encoder thường có tài liệu kỹ thuật đi kèm đã chỉ ra rõ các màu dây được tương ứng với các tín hiệu.
Tuy cậy, đối với một số Encoder cũ hoặc Encoder có các mắt đọc rời thì sẽ được phân biệt dây theo cách sau:
Các đầu dây của Encoder thường có 4 màu: màu đỏ, màu trắng, màu vàng và màu xanh. Trong đó dây đỏ là dây cấp 5V, dây xanh là GND. Cuối cùng dây trắng, dây vàng lần lượt là kênh A, B và ngược pha nhau 90 độ.
Trên đây là bài viết về thông tin Encoder. Bài viết đã giải đáp được Encoder là gì? Rotary Encoder là gì? Và cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của Encoder ra sao. Hy vọng với bài viết này đã giúp bạn hiểu được cơ bản về bộ mã hóa Encoder này.
