Wprowadzenie do enkoderów optycznych – zasada działania i zastosowania

Inżynier pracujący na enkoderem optycznym

Automatyzacja wybranych procesów w przedsiębiorstwach jest coraz chętniej wybieraną ścieżką rozwoju. Jej wprowadzenie skutecznie wpływa na poprawę jakości produkcji i poziomu bezpieczeństwa.

W prawidłowo skonfigurowanej automatyzacji kluczowe jest dopasowanie czujników oraz urządzeń pomiarowych. Są to m.in. enkodery optyczne. Sprawdź, jak działają i dlaczego warto je stosować.

Spis treści:

  1. Jak działają i jakie są rodzaje enkoderów optycznych?
  2. Precyzyjne pomiary w produkcji z enkoderami optycznymi
  3. Jak enkodery optyczne przyczyniają się do eliminacji błędów i defektów w produkcji?
  4. Enkodery optyczne czy systemy sterowania? 

Jak działają i jakie są rodzaje enkoderów optycznych?

Enkodery to specjalne czujniki, przy pomocy których możliwe jest kontrolowanie ruchu i wprowadzenie automatyki do różnych procesów, np. produkcyjnych. Kiedy generowany jest ruch, to do enkodera dostarczany jest feedback, czyli informacja zwrotna.

Głównym zadaniem akcesoriów jest przetwarzanie ruchu liniowego lub obrotowego urządzenia, w którym są zamontowane, w sygnał elektryczny. Ten jest następnie kierowany do głównego sterownika. Wykorzystując enkodery w przedsiębiorstwach zautomatyzowanych, zyskuje się szerokie spektrum informacji dotyczących:

  • pozycji poszczególnych elementów maszyny,
  • kąta oraz liczby obrotów wału silnika,
  • prędkości obrotowej w urządzeniu oraz jej kierunku.

Działanie enkoderów optycznych wynika w dużej mierze z ich budowy. Głównym elementem w tym przypadku jest tarcza kodowa wykonana z przeźroczystego surowca. To właśnie dzięki niej możliwe jest dokładne programowanie, a następnie odczytywanie uzyskanych wyników. Kiedy IR LED generuje światło, to przechodzi ono przez wspomnianą tarczę, dostarczając informacje do światłoczułych elementów. Jest ono przetworzone w sygnał impulsowy.

Zastosowanie enkoderów optycznych w przedsiębiorstwie w znaczącym stopniu zwiększa jakość prac. Niezbędne jest jednak, aby dopasować model spełniający konkretne oczekiwania. Zależnie od rodzaju zastosowanej tarczy wyróżnia się:

  • enkodery przyrostowe, których zadaniem jest mierzenie przyrostu drogi kątowej,
  • enkodery absolutne, które mierzą bezwzględną wartość kąta obrotu.

Ze względu na obsługę można wyróżnić także enkodery inkrementalne. Nie mają one wewnętrznej pamięci, co generuje konieczność zerowania układu pomiarowego przy każdym włączeniu urządzenia.

Warto również zaznaczyć, że sama technologia wyrobu enkoderów uwzględnia również materiał, z którego wykonuje się tarczę. Te z transparentną tarczą są bardziej precyzyjne, a na samej tarczy umieszcza się nadrukowane przesłony. Mniej zaawansowane są enkodery z tarczą metalową.

Precyzyjne pomiary w produkcji z enkoderami optycznymi

Enkodery optyczne w zautomatyzowanej produkcji są jednymi z kluczowych elementów całego układu. To dzięki ich zastosowaniu możliwe jest między innymi bardzo precyzyjne mierzenie:

  • prędkości,
  • odległości,
  • przesunięcia,
  • przebytej drogi.

W dużym uproszczeniu enkoder optyczny umożliwia bardzo dokładne określenie tego, o ile obrócił się badany element, jak również jaką drogę w tym czasie przebył. Należy również zaznaczyć, że enkodery można podzielić ze względu na sam sposób ich działania. Wówczas wyróżnia się modele inkrementalne oraz absolutne.

Optyczne enkodery przyrostowe, czyli inkrementalne, składają się m.in. z tarczy kodowej, która przymocowywana jest do wału. Na niej wyróżnia się pola przeźroczyste oraz nieprzeźroczyste. Światło LED generowane przez enkoder oświetla tarczę, przechodząc dalej, kiedy napotka pole przeźroczyste. Umieszczony za tarczą odbiornik, odbiera sygnał świetlny, a następnie przekształca go w sygnał elektryczny.

Optyczny enkoder absolutny działa podobnie do inkrementalnego. Główna różnica to sposób wykonywanego pomiaru. Sygnał wyjściowy jest przetwarzany w formie analogowej za pomocą tarczy kodów unikalnej dla różnych pozycji. Dzięki takiemu rozwiązaniu każde położenie kątowe wału ma dokładnie przypisaną wartość. To ułatwia odczyt wartości zarówno po włączeniu maszynerii, jak i w momencie, kiedy doszło np. do awarii zasilania.

Jak enkodery optyczne przyczyniają się do eliminacji błędów i defektów w produkcji?

Działanie enkoderów optycznych i ich wykorzystanie ma bezpośredni wpływ na procesy automatyzacji w przedsiębiorstwie. Prawidłowo skonfigurowane wyposażenie monitoruje poszczególne etapy produkcyjne, chroniąc firmę przed wysokimi kosztami ewentualnych błędów.

Pomiar prędkości

Zastosowanie enkoderów optycznych pozwala m.in. na bardzo dokładne określenie prędkości, z jaką porusza się silnik. Dzięki czujnikowi możliwe jest dokładne określenie liczby obrotów wykonanych w ciągu jednej minuty pracy.

Pozyskanie tak dokładnego pomiaru pozwala odpowiednio wyregulować pracę silników w taki sposób, aby spełniały one normy przyjęte przez przedsiębiorstwo. Dzięki temu optyczny enkoder może wskazać miejsca na linii produkcyjnej wymagające usprawnienia. Wprowadzenie zmian wpłynie natomiast na uzyskanie lepszych wyników.

Poprawa powtarzalności i dokładności

Wprowadzenie automatyki ma za zadanie zwiększyć jakość oferowanych produktów oraz możliwości przerobowe w firmie. Cel ten można osiągnąć dzięki dokładności działań i ich powtarzalności, co daje zastosowanie enkodera optycznego.

Brak elementów kontrolujących produkcję mógłby spowodować powstanie krytycznych błędów. To z kolei wiązałoby się z wysokimi kosztami ich usunięcia. Enkoder optyczny pozwala uniknąć tego typu sytuacji, a w razie odchyleń od normy reaguje natychmiastowo, wysyłając sygnał do jednostki centralnej.

W kontekście optymalizacji procesów produkcyjnych warto przeczytać także o enkoderach magnetycznych.

Enkodery optyczne czy systemy sterowania? Precyzyjne informacje dla zoptymalizowanej kontroli procesów produkcyjnych

Nowoczesne systemy sterowania mają wpływ na optymalizację procesów i poprawę wyników produkcyjnych. Technologia ta nie byłaby jednak tak skuteczna, gdyby nie enkoder optyczny.

Jest on integralnym elementem w inteligentnych systemach sterowania. Ma więc ogromne znaczenie w kontroli i automatyzacji procesów produkcyjnych. Monitoruje ruch, pozycję i kierunek przesyłanych elementów. Wykrywa odchylenia od normy, eliminuje pomyłki i chroni przed utratą czasu. To wszystko wpływa na efektywność pracy i sukces firmy.

Spodobał Ci się ten artykuł?

Możesz dostawać od nas informacje o nowych artykułach i wydarzeniach.
Wystarczy, że zapiszesz się naszego newslettera.

Balluff - sprzedaż i serwis