مقدمه

در دنیای امروز که اتوماسیون صنعتی، رباتیک و کنترل حرکت نقش مهمی در افزایش بهره‌وری و دقت دارند، نیاز به حسگرهای دقیق برای اندازه‌گیری موقعیت و حرکت به‌شدت احساس می‌شود. یکی از پرکاربردترین این حسگرها انکودر چرخشی (Rotary Encoder) است. این ابزار، حرکت چرخشی محور یا شفت را به سیگنال‌های دیجیتال یا آنالوگ تبدیل کرده و اطلاعات حیاتی درباره موقعیت، سرعت و جهت چرخش فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی کامل انکودر چرخشی، عملکرد، انواع مختلف، مزایا، کاربردها و نکات کلیدی در انتخاب و نصب آن می‌پردازیم.

انکودر چرخشی چیست؟

انکودر چرخشی یک حسگر الکترومکانیکی است که حرکت زاویه‌ای (چرخشی) را اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه، چرخش یک شفت را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند که قابل تفسیر توسط سیستم‌های کنترلی است. انکودر چرخشی معمولاً در سیستم‌های حلقه بسته مورد استفاده قرار می‌گیرد تا اطلاعات دقیق بازخورد برای کنترل حرکت فراهم کند.

ساختار کلی انکودر چرخشی

اجزای اصلی انکودر چرخشی عبارتند از:

• شفت یا محور چرخشی: ورودی مکانیکی به انکودر.
• دیسک کدگذاری‌شده: دارای شیارها یا کدهای نوری/مغناطیسی.
• سنسور: برای تشخیص تغییرات در حرکت دیسک.
• مدار الکترونیکی پردازش: تبدیل داده‌ها به سیگنال دیجیتال یا آنالوگ.

بسته به نوع تکنولوژی، این اجزا ممکن است به روش‌های مختلفی کار کنند (مثلاً نوری، مغناطیسی یا خازنی).

انواع انکودر چرخشی

1. انکودر چرخشی افزایشی (Incremental Rotary Encoder)

در این نوع انکودر، سیگنال‌های خروجی به‌صورت پالس‌های دیجیتالی تولید می‌شوند که نمایانگر تغییرات زاویه‌ای هستند. کنترلر با شمارش این پالس‌ها، اطلاعات مربوط به حرکت را به‌دست می‌آورد. این انکودر معمولاً دارای دو کانال (A و B) برای تشخیص جهت چرخش و یک کانال Z برای پالس مرجع است.

ویژگی‌ها:

• قیمت پایین
• ساده و سریع
• نیاز به مرجع‌گیری اولیه

2. انکودر چرخشی مطلق (Absolute Rotary Encoder)

این انکودرها موقعیت دقیق زاویه‌ای را در هر لحظه ارائه می‌دهند. هر زاویه، کدی منحصر به‌فرد (معمولاً باینری یا گری) دارد. حتی پس از قطع برق، موقعیت حفظ می‌شود.

ویژگی‌ها:

• بدون نیاز به مرجع‌گیری
• ایمن‌تر در کاربردهای حیاتی
• گران‌تر و پیچیده‌تر

3. انکودر چرخشی نوری، مغناطیسی یا خازنی

• نوری: از پرتوهای نور و سنسور فتوالکتریک استفاده می‌کند.
• مغناطیسی: بر پایه تشخیص میدان مغناطیسی و سنسور Hall عمل می‌کند.
• خازنی: تغییرات ظرفیت الکتریکی بین سطوح را اندازه‌گیری می‌کند.

نکته: انکودرهای نوری دقت بالاتری دارند اما نسبت به آلودگی حساس‌ترند. انکودرهای مغناطیسی در محیط‌های خشن عملکرد بهتری دارند.

نحوه عملکرد انکودر چرخشی

1. با چرخش شفت، دیسک متصل به آن نیز می‌چرخد.
2. دیسک دارای شیارهای منظم (در انکودر نوری) یا قطب‌های مغناطیسی (در انکودر مغناطیسی) است.
3. با عبور نور از شیارها (یا عبور میدان مغناطیسی)، سنسورها پالس‌هایی تولید می‌کنند.
4. این پالس‌ها به سیگنال‌هایی قابل خواندن توسط کنترلر تبدیل می‌شوند.
5. از روی تعداد پالس‌ها و ترتیب سیگنال‌ها می‌توان سرعت، جهت و موقعیت را محاسبه کرد.

رزولوشن یا دقت انکودر چرخشی

دقت انکودر چرخشی به تعداد پالس یا کد در هر دور شفت بستگی دارد:

• در انکودر افزایشی: با اصطلاح PPR (Pulses Per Revolution) یا CPR (Counts Per Revolution) شناخته می‌شود.
• در انکودر مطلق: با Bit Resolution بیان می‌شود (مثلاً 12 بیت = 4096 موقعیت مجزا در هر دور).

افزایش رزولوشن باعث بهبود دقت کنترل موقعیت و سرعت می‌شود.

مزایا و معایب انکودر چرخشی

مزایا:

• دقت بالا در اندازه‌گیری زاویه و سرعت
• قابلیت استفاده در کنترل‌های حلقه بسته
• طیف وسیعی از رزولوشن‌ها برای انتخاب
• انواع مختلف بر اساس نیازهای محیطی و فنی

معایب:

• برخی مدل‌ها به آلودگی محیط حساس‌اند
• در نوع افزایشی، اطلاعات موقعیت با قطع برق از بین می‌رود
• نیاز به نصب دقیق و هم‌ترازی مکانیکی

کاربردهای انکودر چرخشی

1. سرووموتورها و استپر موتورها
   برای بازخورد دقیق موقعیت و سرعت در سیستم‌های کنترل حرکت.
2. ماشین‌های CNC و چاپگرها
   موقعیت‌یابی دقیق ابزار برش یا چاپ.
3. رباتیک و بازوهای مکانیکی
   کنترل دقیق مفاصل و حرکات پیچیده.
4. سیستم‌های آسانسور و پله‌برقی
   نظارت بر موقعیت و جهت حرکت.
5. اتوماسیون صنعتی و خطوط مونتاژ
   سنجش و کنترل سرعت نقاله‌ها، چرخنده‌ها و عملگرها.
6. تجهیزات اندازه‌گیری زاویه‌ای
   مانند تلسکوپ‌ها، آنتن‌های ماهواره‌ای، رادارها و ابزارهای آزمایشگاهی.

فاکتورهای مهم در انتخاب انکودر چرخشی

هنگام انتخاب انکودر چرخشی، به عوامل زیر توجه کنید:

• نوع انکودر (افزایشی یا مطلق)
• رزولوشن موردنیاز
• نوع سیگنال خروجی (TTL، HTL، RS422، SSI)
• محیط کاری (گرد و غبار، رطوبت، دما، ارتعاش)
• ابعاد و قطر شفت یا هالو شفت
• نوع نصب (فلنج‌دار، کوپل‌شونده، محوری)

تفاوت بین انکودر چرخشی و انکودر خطی

نکات نصب و نگهداری

• از کوپلینگ نرم برای اتصال شفت موتور به انکودر استفاده کنید.
• انکودر را از منابع نویز الکترومغناطیسی (مانند اینورترها) دور نگه دارید.
• در محیط‌های صنعتی، از کابل‌های شیلددار استفاده شود.
• از انکودرهای ضدآب و ضدگردوغبار (IP65 یا بالاتر) برای شرایط سخت استفاده کنید.
• به هم‌راستایی دقیق شفت و انکودر توجه کنید تا از آسیب مکانیکی جلوگیری شود.

نتیجه‌گیری

انکودر چرخشی یکی از ابزارهای حیاتی در دنیای کنترل حرکت و اتوماسیون صنعتی است. توانایی آن در اندازه‌گیری دقیق زاویه، سرعت و جهت چرخش، آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهای متنوعی در صنعت و فناوری تبدیل کرده است. انتخاب مناسب نوع انکودر، توجه به محیط کار و دقت نصب، نقش مهمی در عملکرد بهینه این ابزار دارد. با رشد فناوری، انکودرهای دیجیتال، هوشمند و شبکه‌پذیر نیز به بازار آمده‌اند که توانمندی‌های بیشتری در اختیار مهندسان و طراحان قرار می‌دهند.