رفتن به مطلب
جستجو در
  • تنظیمات بیشتر ...
نمایش نتایجی که شامل ...
جستجو در ...

آشنایی با اینکودرهای نوری


ampoursha مهمان

ارسال های توصیه شده

شاید بتوان گفت موقعیت یا جابجای اولین کمیت فیزیکی است که انسان با آن آشنا می شود و این امر خود دلیلی بر اهمیت و فراوانی آن در زندگی ماست. انجام بسیاری از امور وابسته به حرکت و اندازه گیری موقعیت جسم متحرک است که باید با دقت زیادی انجام شود و این دقت از حدود بینایی آدمی فراتر می رود. باید توجه داشت که بسیاری از کمیت های دیگر را نیز می توان به کمک مبدل ها به جابجایی تبدیل کرده و اندازه گیری نمود. پس وجود ابزارهایی لازم است که این کار را انجام دهند و قابلیت انتقال اطلاعات خود به سایر ماشینها و رایانه ها را داشته باشند تا امکان انجام خودکار امور بدون حضور مستقیم انسان به وجود آید. یک نوع از این حسگرها انکودرها می باشند که امروزه با پیشرفت علم به کمک نکنولوژی های نوین بسیار دقیق و کارامد ساخته می شوند.

 

انکودرها از لحاظ تکنولوژی ساخت به سه دسته زیر تقسیم می شوند :

  • Mechanical Contact

  • Magnetic
  • Optical یا Photoelectric

و هر یک بسته به نوع استفاده دارای مزایا و معایبی هستند. چون هدف ما انکودرهای نوری است در زیر برخی از مزایای این نوع شرح داده می شود :

  • High Accuracy
  • High Reliability
  • Relatively Low Cost

دقت انکودرهای نوری در مقایسه با دو نوع دیگر بسیار بالاست و به کمک مدارات الکترونیکی قابل افزایش است تا جایی که در برخی انواع خطی به ( 1nm یک نانومتر ودر برخی انواع زاویه ای به 0.00001 درجه می رسد.)

 

کاربردهای انکودر نوری :

موارد استفاده این انکودرها بسیار متنوع و متعدد است و به ویژه در کاربردهایی که دقت و حساسیت از اهمیت زیاد و حیاتی برخوردار هستند مانند دستگاه های پزشکی یا صنایع نظامی و ... مورد استفاده واقع می شوند.

برخی از عمده ترین کابردهای انکودرهای نوری در زیر آمده است :

  • ماشین های صنعتی مثل CNC
  • صنایع روباتیک
  • تجهیزات کالیبراسیون
  • صنایع هوانوردی و فضایی
  • تجهیزات پزشکی مانند دستگاه های عکسبرداری MRI , X-Ray Imaging
  • کارخانجات نیمه هادی
  • تجهیزات نقشه برداری
  • تلسکوپ ها و آنتن های مخابراتی بزرگ

 

اجزای اصلی یک انکودر نوری :

اغلب انکودرهای خطی و زاویه ای که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد بر اساس اسکن فتو الکتریکی خطوط بسیار نازک عمل می کنند.

 

اجزای اصلی این انکودرها به شرح زیر می باشد :

  • منبع نور (Light Source)
  • لنز متمرکز کننده پرتوهای نور (Condenser Lens)
  • بخش مشبّک (Scanning Reticle)
  • دیسک مدرّج (Graduated Disk)
  • سلولهای نوری (Photovoltaic Cells)

وقتی صفحه مدرج حرکت میکند خطوط مدرج بطور متناوب در مقابل منبع نور و فتوسل قرار میگیرند و دو موج سینوسی با اختلاف فاز 90 درجه تولید می نمایند.

 

دسته بندی:

انکودرها از لحاظ ساختار فیزیکی و نوع حرکتی که اندازه گیری می کنند به سه دسته عمده زیر تقسیم می شوند :

  • Rotary Multi turn می تواند به طور مداوم در حال چرخش باشد.

  • Angle Single turn برای یک دور چرخش ساخته می شود.
  • Linear برای اندازه گیری حرکت خطی مورد استفاده قرار می گیرد.

انکودر های استفاده شده در موتورهای سروو از نوع Rotary Multi turn هستند.

 

انکودرهای نوری چرخان:

این انکودرها به لحاظ تکنیک ساخت به سه دسته زیر تقسیم می شوند :

  • افزایشی (Incremental)

  • مطلق (Absolute)
  • مطلق مجازی (Virtual Absolute)

 

 

انکودرهای نوری افزایشی چرخان:

این نوع انکودرها برای سنجش موقعیت درحرکتهای دورانی مورد استفاده قرار می گیرند. اساس کار این نوع انکودرها تولید قطار پالس مربعی یا موج سینوسی در دو کانال A , B است که با هم به اندازه 90 درجه الکتریکی اختلاف فاز دارند. به همین دلیل به این روش ربعی یا Quadrature نیز می گویند. تعداد این پالسها در هر دور گردش ، رزولوشن انکودر را تعیین می کند. یعنی هرچه تعداد این پالسها بیشتر باشد ، محیط دایره به قسمتهای کوچکتری تقسیم شده و امکان اندازه گیری حرکتهای بسیار کوچک فراهم می شود. در این روش با شمارش پالسهای خروجی میتوان موقعیت را تعیین کرد و تغییر جهت چرخش نیز از اختلاف فاز دو کانال A , B مشخص می شود که می تواند 90+ یا 90- درجه باشد واین اختلاف فاز است که با توجه به جدول حالت زیر موجب افزایشی یا کاهشی شدن شمارنده می شود.

 

انکودرهای نوری مطلق چرخان:

این نوع انکودرها برای تشخیص موقعیت در حرکت دورانی استفاده می شوند. در این نوع انکودرها خروجی بصورت چند بیت ( بسته به رزولوشن مورد نیاز) در دسترس است که این بیتها وقتی در کنار هم قرار می گیرند کد گری (Gray Code) را تشکیل می دهند و با استفاده ازیک مدار منطقی ساده می توان آن را به کد باینری تبدیل کرد که این مقدار باینری موقعیت محور را تعیین می کند. هر چه تعداد این بیتها بیشتر باشد رزولوشن نیز بیشتر است.

 

در بسیاری از کاربردها تعداد دفعات چرخش کامل بیش ا ز یک بار است ، برای این منظور یک سنسور و متناظر با آن یک بیت برای شمارش دفعات چرخش تعبیه شده است. مزیت این نوع نسبت به افزایشی در این است که در لحظه راه اندازی موقعیت محور مشخص است و نیازی به دوران اولیه برای یافتن نقطه مبدا وجود ندارد. این نوع انکودرها ممکن است به علت محدودیت فضایی تعداد سنسورها رزولوشن پایین تری نسبت به انکودرهای افزایشی داشته باشند و از طرفی هم هر چه تعداد بیتها افزوده شود قیمت انکودر نیز بصورت تصاعدی افزایش می یابد.

 

برای رفع مشکل رزولوشن و همچنین کاهش قیمت برخی انکودرها به طور همزمان هم دارای خروجی مطلق و هم دارای خروجی افزایشی هستند ، این نوع انکودر این امکان را فراهم می کنند که برای یافتن نقطه مبدا تنها به اندازه بسیار کوچکی ( به اندازه تغییر بیت کم ارزش قسمت مطلق ) دوران صورت گیرد تا موقعیت محور مشخص شود و پس از آن از قسمت افزایشی که دارای رزولوشن بالایی است استفاده می شود و موقعیت اندازه گیری می شود. بنابراین بطور همزمان دو مزیت رزولوشن بالا و داشتن موقعیت لحظه شروع فراهم می شود.

 

انکودرهای نوری مطلق مجازی:

در این نوع انکودرها هم از قسمت افزایشی استفاده شده و هم قسمت مطلق وجود دارد با این تفاوت که قسمت مطلق دارای ساختار کد گری (Gray Code) نبوده و از ساختار سریال کد یا بارکد استفاده می کند. این نوع انکودر دارای رزولوشن انکودرهای افزایشی و همچنین مزیت نقطه شروع حرکت انکودرهای مطلق می باشد و قیمت آن نیز از نوع مطلق کمتر است. توجه شود که این نامگذاری توسط برخی شرکت ها انجام شده و گاهی در مجموعه تولیدات دیگر شرکتها از این نوع به عنوان انکودرهای مطلق یاد می شود.

 

انکودرهای نوری زاویه ای:

این انکودرها از روشی مشابه انکودرهای نوری افزایشی خطی بهره می گیرند.

باید توجه داشت که برای اندازه گیری زاویه فقط یک دور کامل حرکت دورانی کافیست ، بنابراین روش فوق که بصورت نوعی کدینگ انجام پذیرفته بسیار بهینه است.

 

زیر نوار مدرج مربوط به قسمت افزایشی نقاطی با فواصل مساوی 1000 خط وجود دارد که بین آنها نیز نقاط میانی با فواصل متغیر قرار گرفته اند. همانطور که مشخص است این فواصل بین هیچ دو نقطه ای ثابت نیست. برای پیدا کردن نقطه شروع حرکت لازم است حداقل از دو نقطه ( با احتساب نقطه میانی ) عبور شود. با عبور از دو نقطه و شمردن خطوط بین آنها از آنجایی که هیچیک از فواصل مساوی نیست و با توجه به جهت چرخش که از طریق نوار مدرج بیرونی که مربوط به قسمت افزایشی است مشخص می شود ، موقعیت نقطه شروع قابل تعیین است. با مشخص شدن نقطه شروع وظیفه قسمت مدرج پایینی به پایان می رسد. بنابر این در این حالت با توجه به شکل حداکثر باید کمتر از 1000 خط عبور شود تا نقطه شروع مشخص گردد.

 

انکودرهای نوری خطی:

این انکودرها از لحاظ تکنیک ساخت به دو دسته زیر تقسیم می شوند :

  • افزایشی (Incremental)

  • مطلق (Absolute)

 

انکودرهای نوری افزایشی خطی:

این نوع انکودر نیز ساختاری مشابه انکودرهای چرخان افزایشی دارد با این تفاوت که خطوط مدرج به جای دیسک دوار بر روی یک صفحه خط کش مانند قرار دارد .این انکودرها از لحاظ مبدا حرکت به دو صورت ساخته می شوند. در نوع اولیه و ساده تنها یک نقطه مبدا وجود دارد و برای شروع اندازه گیری ابتدا باید موقعیت جسم متحرک به اندازه زیادی تغییر کند تا به نقطه مبدا برسد سپس اندازه گیری انجام می شود. در نوع پیچیده تر که کاربرد بیشتری نیز دارد.

 

نقاطی با فاصله های مساوی 20 میلی متر بر روی نوار مدرج پایینی قراردارد که در میان هر دو نقطه نیز نقاطی با فاصله های متغیر نسبت به دو نقطه اولیه وجود دارد که در واقع نوعی کدینگ صورت گرفته یعنی اولین نقطه میانی در فاصله 10.02 از نقطه 0 و فاصله 9.98 از نقطه 20 قراردارد در قسمت بعدی نقطه میانی با فاصه 10.04 از 20 و 9.96 از 40 قرار دارد بنابراین مشاهده می شودکه فاصله هیچ دو نقطه ای از هم برابر نیست که از این خاصیت به طریق زیر استفاده می شود.

 

فرض کنیم در لحظه شروع با عبور از نقطه اول مقدار اندازه گیری شده تا نقطه بعدی 10.04 میلیمتر با شد . این امر بیانگر این مطلب است که نقطه دوم یا نقطه 20 است و یا نقطه 30.04 حال با توجه به اختلاف فاز دو کانال A , B که به کمک نوار مدرج بالایی که از خطوطی با فاصله مساوی برای روش Quadrature تشکیل شده جهت حرکت مشخص می شود و اگر جهت حرکت به سمت چپ باشد در نقطه 20 و اگر به سمت راست باشد در نقطه 30.04 قرارداریم و به این ترتیب مبدا حرکت مشخص می شود و از این به بعد نوار مدرج پایینی نقشی نخواهد داشت.

 

مشکل این روش در این است که برای یافتن نقطه شروع اندازه گیری لازم است حد اکثر کمتر از 20 میلیمتر حرکت صورت گیرد.

 

انکودرهای نوری مطلق خطی:

این نوع انکودرها برای اندازه گیری موقعیت خطی بکار می روند و به طور عمده به دو صورت طراحی می شوند. نوع اول که برای تولید کد گری ( Gray Code ) طراحی شده و دارای چند ردیف نوارمدرج موازی است که تعداد بیتها و درنتیجه رزولوشن را مشخص می کند. در این نوع بدلیل محدودیت فضایی تعداد سنسورها رزولوشن محدود است. مزیت این نوع نسبت به نوع افزایشی این است که در هنگام شروع حرکت نقطه ابتدایی مشخص است.

 

منبع: وبلاگ ازار دقیق

لینک ارسال
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

  • پاسخ 0
  • ایجاد شد
  • آخرین پاسخ

بایگانی شده

این موضوع بایگانی و قفل شده و دیگر امکان ارسال پاسخ نیست.


×
×
  • اضافه کردن...

اطلاعات مهم

ابتدا قوانین سایت را مطالعه کنید.