Bạn mới tìm hiểu về lĩnh vực gia công cơ khí? Bạn chưa biết Encoder là gì? Nó có cấu tạo và hoạt động ra sao? Ngành nghề nào thì cần phải sử dụng đến loại thiết bị này? Vậy thì bạn tìm đến đúng nơi rồi đấy. Trong bài viết này Amazen sẽ cung cấp đến bạn thông tin tổng quan nhất về Encoder hay còn được gọi với một cái tên khác là bộ mã hóa vòng quay. Hãy cùng tôi tìm hiểu nhé! 1/ Encoder là gì?
Encoder (Rotary Encoder) là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu analog hoặc tín hiệu kỹ thuật số (digital) đáp ứng với chuyển động. Loại thiết bị cơ điện này có khả năng biến đổi chuyển động (chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của trục, ...) thành tín hiệu đầu ra số hoặc xung.
Encoder (bộ mã hóa vòng quay)
Encoder hay Bộ mã hóa vòng quay được ứng dụng chủ yếu để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ… của động cơ bằng cách đếm số vòng mà trục quay được. Bạn hãy liên tưởng rằng Encoder đóng vai trò như là bộ phận công tơ mét trên xe máy hay ô tô.
Trong công nghệ chế tạo máy & gia công cơ khí tự động, điển hình như máy CNC (máy cắt, máy tiện, máy phay, máy bào, ...), encoder được bố trí trong các cánh tay robot để điều khiển và xác định góc quay của dao hoặc bàn gá. Thông số này được hiển thị trên máy tính là đường thẳng hoặc góc bao nhiêu độ.
2/ Cấu tạo của Encoder
Một bộ mã hóa Encoder gồm có các bộ phận chính:
- Thân và trục
- Nguồn phát sáng (lightsource): là 1 đèn LED
- Đĩa mã hóa (code disk): có rãnh nhỏ quay quanh trục, khi đĩa này quay và chiếu đèn LED lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra. Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau. Một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn.
- Bộ cảm biến ánh sáng thu tín hiệu (photosensor): là một con mắt thu quang điện để nhận tín hiệu từ đĩa quay
- Bo mạch điện tử (electronic board): giúp khuếch đại tín hiệu
3/ Nguyên lý hoạt động của Encoder
Encoder hoạt động theo nguyên lý đĩa quay quanh trục. Trên đĩa mã hóa có các rãnh nhỏ để nguồn phát sáng chiếu tín hiệu quang qua đĩa. Chỗ có rãnh thì ánh sáng xuyên qua được, chỗ không có rãnh ánh sáng không xuyên qua được.
Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần ánh sáng bị cắt.
Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục để tạo ra các xung vuông. Việc sử dụng các bộ mã hóa sẽ ghi nhận lại số xung và tốc độ xung. Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm (vi xử lý, PLC,…) và từ đó kỹ sư cơ khí sẽ biết được vị trí và tốc độ của động cơ.
Ví dụ: Ở trên đĩa có 1 lỗ duy nhất, khi mỗi lần con mắt thu nhận được 1 tín hiệu đèn Led thì cũng có nghĩa là đĩa đã quay được 1 vòng.
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 thì khi đó tín hiệu thu nhận sẽ khác hơn.
Tham khảo thêm về cách mà bộ mã hóa vòng quay hoạt động
4/ Encoder có những loại nào?
Phân loại theo tín hiệu đầu ra:
Tín hiệu đầu ra của Encoder thường có 2 loại là tín hiệu tuyệt đối và tín hiệu tương đối. Tương ứng với 2 loại tín hiệu đầu ra này, các bộ mã hóa cũng được phân thành 2 loại cơ bản là Encoder tuyệt đối và Encoder tương đối.
Encoder tuyệt đối (Absolute encoder):
Cấu tạo từ nguồn phát sáng (LED), đĩa mã hóa và 1 bộ cảm biến thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra. Đặc biệt, đĩa mã hóa chế tạo từ vật liệu trong suốt và mặt đĩa được chia thành các góc đều nhau cùng các đường tròn đồng tâm.
Tín hiệu từ loại encoder này có thể giúp kỹ sư chế tạo máy xác định chính xác vị trí của encoder mà không cần phải thông qua quá trình xử lý nào khác.
Encoder tương đối (Incremental encoder):
Gồm 1 bộ thu phát quang (LED phát – LED thu), 1 hệ thống lỗ (rãnh) được bố trí trên một đĩa tròn mã hóa hoặc một thanh thẳng theo một quy tắc nào đó.
Đĩa mã hóa của encoder tương đối sử dụng theo mã nhị phân hoặc mã Gray, gồm một dãy băng tạo xung được chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau. Nó có thể có 1,2 hoặc tối đa 3 vòng lỗ và thường có thêm một lỗ định vị. Chất liệu đĩa mã hóa thường là trong suốt để ánh sáng chiếu qua.
Bộ mã hóa tương đối sẽ phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ.
So sánh ưu/nhược điểm và phân biệt bộ mã hóa vòng quay tương đối & tuyệt đối:
So sánh 2 loại bộ mã hóa
| | Bộ mã hóa tuyệt đối | Bộ mã hóa tương đối |
Ưu điểm |
- Độ phân giải tổng thể cao hơn loại tương đối
- Hiệu suất khởi động tốt hơn
- Phát hiện chuyển động chính xác theo nhiều trục
- Nhiều giao thức đầu ra
- Phục hồi tốt hơn sau sự cố hệ thống, có thể ghi nhớ vị trí bị mất nguồn do mỗi vị trí có mã tín hiệu riêng | - Xử lý tín hiệu trả về dễ dàng
- Thiết kế linh hoạt phù hợp với nhiều ứng dụng
- Có ít cảm biến liên quan nên hệ thống đơn giản và giá thành rẻ hơn so sới loại tuyệt đối |
Nhược điểm | - Giá thành cao vì chế tạo phức tạp
- Đọc tín hiệu khó hơn so với loại tương đối | - Dễ bị sai lệch về xung khi trả tín hiệu về
- Hoạt động lâu dài sẽ tích lũy sai số ngày càng lớn |
Phân biệt giữa bộ mã tương đối & tuyệt đối
- Absolute encoder (Tuyệt đối): Tương ứng đĩa quay 8 bit hay 8 dãy rãnh, cho ngõ ra dạng mã kỹ thuật số (BCD), Binary (nhị phân), Gray code
- Incremental encoder (Tương đối): Tương ứng đĩa 2 bit, cho ngõ ra dạng xung vuông pha AB, hoặc ABZ hoặc ABZ đảo. Loại Encoder có 2 tín hiệu xung A và B là phổ biến nhất. Tín hiệu khe Z là tín hiệu để xác định động cơ quay được một vòng.
Ngoài 2 loại thông dụng nhất phía trên, trong kỹ thuật điện rotary encoder còn được phân loại theo:Phân loại theo kiểu giao tiếp:
- Encoder loại xoay: Hoạt động dựa trên sự điều chỉnh núm vặn của nó.
- Encoder loại thẳng: Hoạt động chạy trên một thanh trượt dài và thẳng. Thường được sử dụng trong các máy in, máy photo, coppy, ...
- Encoder loại từ trường: Hoạt động dựa trên từ trường của nam châm vĩnh cửu làm xoay chuyển nó.
Phân loại theo công nghệ:
- - Encoder loại cơ khí (Mechanical encoder)
- - Encoder loại điện trở (Resistive encoder)
- - Encoder loại quang (Optical encoder)
-
- Encoder loại từ trường (Magnetic Encoder)
5/ Khi mua bộ mã hóa vòng quay cần quan tâm những thông số nào?
- Đường kính trục: Đường kính trục từ 5~50mm
- Dạng trục: Dạng trục âm (lõm) hoặc trục dương (lồi)
- Độ phân giải (số xung): Tương ứng số tín hiệu encoder đếm được khi quay 1 vòng. Số xung dùng cho thang máy thường là 1024p/r, chế tạo máy tầm 360p/r, 1000p/r. Ngoài ra còn có các xung lên đến 6000p/r hoặc 6pr.
- Điện áp: Chọn nguồn cấp chính xác để đề phòng làm cháy encoder trong quá trình lắp đặt rồi phải thay thế cả con. Nếu bộ mã hóa có dãy điện áp: 5-24V thì rất dễ. Tuy nhiên với 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. Số dây được kí hiệu trên tem sẽ giúp ta xác định được tín hiệu ngõ ra.
- 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: Dây tiêu chuẩn từ 1-3m. Đôi khi lên đến 10m theo nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên dây cáp càng dài càng dễ bị nhiễu.
- 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.
6/ Nên mua encoder thương hiệu nào?
Encoder Omron
Encoder Omron được thiết kế theo công nghệ của Nhật bản, gồm rất nhiều linh kiện bán dẫn tốt chất lượng để đo số vòng quay tương đương độ phân giải của nó ví dụ như 1 vòng quay được 360 xung để từ đó người lập trình có thể tính toán và lập trình điều khiển chính xác tốc độ của động cơ. Đặc biệt bộ mã hóa Omron cho ra 3 pha A, B, Z nên người dùng có thể dùng để xem chiều quay thuận hay nghịch.
Bộ mã hóa trục Omron ngày nay đã đặt làm tại Trung Quốc với mục đích để giảm giá thành cạnh tranh với các hãng khác. Mặc dù giá thành giảm nhưng chất lượng vượt trội của thiết bị cảm biến encoder của thương hiệu Omron này vẫn được đánh giá cao.
Encoder Autonics
Bộ mã hóa vòng quay Autonics được cấu thành từ vật liệu bền bỉ, độ an toàn cao, kiểu dáng nhỏ gọn, trong lượng nhẹ giúp tháo và lắp dễ dàng trong không gian nhỏ hẹp. Đặc biệt encoder Autonics có thể hoạt động tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và tuổi thọ sử dụng lâu dài.
Cảm biến encoder của Autonics có dạng trục, lỗ, trục rỗng, đa dạng ngõ ra điều khiển, độ tin cậy và độ chính xác cao. Do đó, bộ mã hóa của hãng này luôn đáp ứng được yêu cầu sử dụng khắt nghe trong môi trường công nghiệp.
Có thể bạn quan tâm: "Cảm biến Autonics chính hãng, giá tốt"
Encoder Hanyoung
Hiện nay, Encoder Hanyoung là sản phẩm đang được đánh giá tốt cả về chất lượng và giá cả. Thiết bị cảm biến của thương hiệu này được thiết kế, lắp ráp cẩn thận, chắc chắn với khớp nối có sẵn để truyền chuyển động. Độ tin cậy cùng độ chính xác cao, hoạt động ổn định và tuổi thọ lâu dài là những ưu điểm nổi bật nhất của bộ mã hóa vòng quay do Hanyoung sản xuất.
Tham khảo một số mẫu cảm biến Hanyoung: https://amazen.com.vn/bo-ma-hoa-vong-quay/hanyoung.html
7/ Encoder được ứng dụng trong lĩnh vực nào?
Dưới đây, tôi sẽ liệt kê một số ứng dụng tiêu biểu nhất của encoder trong thực tiễn:
- Biểu thị tốc độ: Khi một máy bơm được có lắp biến tần dùng để bơm chất lỏng vào bồn chứa, chất lỏng chảy vào bồn phải có một tốc độ nhất định. Lúc này bộ mã hóa sẽ được kết nối với biến tần và phản hồi tốc độ thực tế dòng chảy của chất lỏng.
- Đo lường: Khi cần cắt các cuộn nhôm, bao bì, dải nhựa rất dài (hàng nghìn mét) thành từng tấm có kích thước cụ thể bằng máy cắt CNC, người kỹ sư cơ khí sẽ lắp encoder vào băng tải, thiết bị này đọc nguyên liệu mỗi khi đi qua nó và tính độ dài của sản phẩm từ khi cho vào đến vị trí cắt. Có thể điều chỉnh dao cắt theo độ dài được yêu cầu.
- Đếm số lượng: Khi lắp encoder vào chương trình của các băng chuyền sản phẩm, nó sẽ giúp ta xác nhận mỗi chai sản phẩm vào và ra trạm trên băng chuyền. Nếu các chai không ra khỏi trạm trong khoảng thời gian đã được lập trình sẵn có nghĩa là máy móc đã bị hư hỏng.
- Trong ngành cơ khí: Encoder là một bộ phận không thể thay thế trong hệ thống sơ đồ cấu tạo của một máy CNC. Với sự trợ giúp của encoder, các kỹ sư cơ khí có thể dễ dàng đo lường và gia công khi điều chỉnh được vị trí để cắt dao chuẩn xác.
- Một số ứng dụng khác:
- Cảm biến chuyển động cơ học và áp dụng để kiểm soát tốc độ cho ô tô
- Được sử dụng như thiết bị cảm biến trong thiết bị văn phòng như máy in và máy quét
- Dùng trong máy dán nhãn, đóng gói hàng hóa sản xuất và chế tạo máy với bộ điều khiển động cơ đơn và đa trục
- Dùng trong máy quét y tế, điều khiển chuyển động bằng kính hiển vi hoặc nano của các thiết bị tự động
- Ứng dụng trong ăng ten định vị cũng như là trong việc định vị kính viễn vọng quan sát
Lời kết:
Encoder gồm 2 loại được sử dụng thông dụng nhất là encoder tương đối và tuyệt đối. Thông qua nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của từng loại cùng các thông số lưu ý khi chọn thiết bị, tôi tin rằng các bạn đã nắm bắt được những thông tin thiết yếu nhất về bộ mã hóa vòng quay.
Trong trường hợp các bạn có nhu cầu mua encoder hay có thắc mắc cần tư vấn thêm đừng ngần ngại liên hệ với Amazen thông qua:
- Hotline: 0934 399 068 - Sales: 0938 072 058
- Email: amazen@amazen.com.vn
Với đội ngũ hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn bán hàng chuyên môn cao, công ty chúng tôi tự tin rằng sẽ mang lại cho bạn trải nghiệm mua hàng tuyệt vời nhất.
Amazen cam kết mọi sản phẩm Encoder mà chúng tôi hiện cung cấp là hàng chính hãng, mới hoàn toàn 100%, đảm bảo chất lượng và đầy đủ giấy tờ chứng nhận đi kèm.