Encoder ottico: funzionamento, tipi, interfaccia e sue applicazioni

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Encoder è un dispositivo di rilevamento del movimento che fornisce feedback all'interno di un sistema di controllo a circuito chiuso . La funzione principale di un encoder è trasformare il movimento rotatorio o il movimento lineare di una parte del dispositivo in un segnale elettrico dopo il quale invia al sistema di controllo, utilizzando un encoder, la posizione precisa dei componenti del dispositivo, la velocità di rotazione o la sua direzione e l'angolo & no. delle trasformazioni dell'albero motore possono essere riconosciute. Esistono diversi tipi di encoder disponibili sul mercato che sono classificati in base al tipo di tecnologia, movimento, vari parametri, ecc. Gli encoder basati sul movimento sono classificati in lineari, rotanti e angolari. Gli encoder basati sulla posizione sono classificati in codificatore assoluto E codificatore incrementale . Gli encoder basati sulla tecnologia di rilevamento sono classificati in ottici, magnetici e capacitivi. Gli encoder basati sul canale sono classificati in singolo canale e quadratura. Questo articolo discute una panoramica di uno dei tipi di codificatore vale a dire codificatore ottico – il lavoro e le sue applicazioni.


Cos'è l'encoder ottico?

Un dispositivo elettromeccanico che viene utilizzato per modificare la posizione da rotante o lineare a un segnale elettrico utilizzando una sorgente luminosa, un reticolo ottico e un rilevatore fotosensibile è noto come codificatore ottico. Questi encoder sono ampiamente utilizzati in diverse macchine utensili, apparecchiature per ufficio e come sensori di controllo della posizione ad alta precisione nei robot industriali.



  Codificatore ottico
Codifica ottica R

Design dell'encoder ottico

L'encoder ottico è progettato con un LED, fotosensori e un disco noto come ruota del codice che include fessure all'interno della direzione radiale e rileva i dati sulla posizione di rotazione come segnale ottico. Una volta che una ruota codificatrice collegata a un albero rotante come un motore ruota, verrà generato un segnale ottico in base al fatto che la luce prodotta da un elemento che emette luce permanente passi o meno attraverso la fenditura di una ruota codificatrice. Il fotosensore rileva il segnale ottico e lo trasforma in un segnale elettrico e lo emette.

  Design dell'encoder ottico
Design dell'encoder ottico

Dispositivo che emette luce

Negli encoder ottici vengono utilizzati LED IR economici, sebbene a volte vengano utilizzati LED colorati con lunghezze d'onda più corte per contenere la diffusione della luce. Inoltre, vengono utilizzati costosi diodi laser dove sono necessarie alta risoluzione e alte prestazioni.



Lente

La luce LED è luce diffusa attraverso una piccola direttività in modo che una lente convessa venga utilizzata per rendere paralleli.

Codice Ruota

La ruota del codice si presenta come un disco con fessure che consentono o bloccano la luce emessa dal diodo ad emissione luminosa . La ruota del codice è realizzata con materiali in metallo, vetro e resina. Qui, il materiale metallico è resistente alla temperatura, all'umidità e alle vibrazioni.

Il materiale in resina non è costoso ma appropriato per la produzione di massa e utilizzato per applicazioni di consumo. Il materiale in vetro viene utilizzato principalmente dove sono necessarie la massima risoluzione e precisione. Inoltre, una fenditura fissa è disposta vicino alla ruota del codice per chiarire il passaggio o il blocco della luce dai LED passa attraverso la ruota del codice e va nell'elemento di raccolta della luce.

Sensore fotografico

Un sensore fotografico è normalmente un fototransistor/fotodiodo realizzato con materiale semiconduttore come fosfuro di silicio, germanio e indio gallio.

Come funziona l'encoder ottico?

Un codificatore ottico rileva semplicemente i segnali ottici che passano attraverso la fenditura e li trasforma in segnali elettrici. Rispetto all'encoder magnetico, questo encoder è molto semplice da migliorare la precisione e la risoluzione da utilizzare in applicazioni in cui viene prodotto un forte campo magnetico. L'encoder ottico consente a diversi controller di misurare diversi tipi di movimento. Questi encoder offrono segnali di feedback molto precisi utilizzati per verificare la posizione, l'accelerazione e la velocità effettive del motore o dell'attuatore lineare.

Encoder ottico Arduino

Qui impareremo come collegare un encoder rotativo ottico utilizzando arduino uno . Questo è un dispositivo meccanico con un albero rotante in un alloggiamento cilindrico. Su un disco piatto circolare sono presenti due serie di fessure. Su qualsiasi lato di questo disco, i sensori ottici sono collegati in cui il set trasmettitore si trova su un lato e il ricevitore inviato si trova su un altro lato. Ogni volta che il disco scanalato ruota tra il sensore, lo taglia sensore ottico , quindi il segnale verrà prodotto alle estremità del ricevitore. Qui il ricevitore è collegato ad un microcontrollore per l'elaborazione del segnale generato, in questo modo possiamo identificare quanto ruota l'albero. La direzione di rotazione dell'albero può essere determinata semplicemente confrontando la polarità del segnale per due o/p perché i due set di fessure sul disco circolare sono in un certo offset.

Di seguito è mostrato l'encoder ottico che si interfaccia con Arduino. I componenti richiesti per questa interfaccia includono principalmente un codificatore ottico, una scheda Arduino Uno e cavi di collegamento. Le connessioni di questa interfaccia seguono come;

  Encoder ottico che si interfaccia con la scheda Arduino
Encoder ottico che si interfaccia con la scheda Arduino
  • Il filo di colore rosso di questo encoder è collegato al pin 5V di Arduino Uno.
  • Il filo di colore nero di questo encoder è collegato al pin GND di Arduino Uno.
  • Il filo di colore bianco (OUT A) di un encoder ottico è collegato al pin dell'interruttore di Arduino Uno come Pin-3.
  • Il filo di colore verde (OUT B) di questo encoder è collegato all'altro pin dell'interruttore di Arduino Uno come Pin-2.

Qui i fili di uscita dall'encoder ottico come i fili di colore bianco e verde dovrebbero essere collegati solo al pin di interruzione della scheda Arduino Uno, altrimenti la scheda Arduino non registrerà ogni impulso da questo encoder.

Codice

temperatura lunga volatile, contatore = 0; //Questa variabile aumenterà o diminuirà a seconda della rotazione dell'encoder
impostazione vuota()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // pin di ingresso pullup interno 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // pin di ingresso pullup interno 3
//Impostazione dell'interrupt
//Un impulso crescente da endenren ha attivato ai0(). AttachInterrupt 0 è DigitalPin nr 2 su Arduino.
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B impulso crescente da endenren attivato ai1(). AttachInterrupt 1 è DigitalPin nr 3 su Arduino.
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
ciclo vuoto() {
// Invia il valore del contatore
if( contatore != temp ){
Serial.println (contatore);
temp = contatore;
}
}
void ai0() {
// ai0 è attivato se DigitalPin nr 2 sta passando da LOW a HIGH
// Controlla il pin 3 per determinare la direzione
if(digitalRead(3)==LOW) {
contatore++;
}altro{
contatore-;
}
}
void ai1() {
// ai0 è attivato se il DigitalPin nr 3 sta passando da LOW a HIGH
// Controlla con il pin 2 per determinare la direzione
if(digitalRead(2)==LOW) {
contatore-;
}altro{
contatore++;
}
}
Una volta caricato il codice sopra nella scheda Arduino Uno, apri il monitor seriale e ruota l'albero dell'encoder ottico. Se si ruota l'encoder ottico in senso orario, è possibile notare l'aumento del valore e se si ruota questo encoder in senso antiorario, il valore verrà ridotto. Se il valore mostra reverse significa dare un valore negativo per un movimento in senso orario. Quindi puoi invertire i fili bianco e verde.

Tipi di codificatori ottici

Gli encoder ottici sono disponibili in due tipi di tipo trasmissivo e di tipo riflettente discussi di seguito.

Tipo trasmissivo

In un codificatore ottico di tipo trasmissivo, il fotosensore rileva se il segnale luminoso emesso dai diodi emettitori di luce passa o meno attraverso la fenditura della ruota codificatrice. I principali vantaggi di un encoder ottico di tipo trasmissivo includono; migliora facilmente la precisione del segnale e lo sviluppo semplice a causa della corsia ottica abbastanza semplice.

Tipo riflettente

In un codificatore ottico di tipo riflettente, il fotosensore rileva se il segnale luminoso emesso dal diodo a emissione di luce viene riflesso o meno attraverso la ruota codificatrice. I vantaggi degli encoder ottici di tipo riflettente includono principalmente; è semplice da miniaturizzare e assottigliare. Poiché questi sono progettati attraverso la tecnica dell'impilamento; quindi la procedura di assemblaggio può essere semplificata.

Encoder ottico Vs Encoder magnetico

La differenza tra un codificatore ottico e un codificatore magnetico include quanto segue.

Codificatore ottico

Codificatore magnetico

L'encoder ottico è un tipo di trasduttore utilizzato per misurare il movimento rotatorio. L'encoder magnetico è un tipo di encoder rotante che utilizza sensori per identificare i cambiamenti all'interno dei campi magnetici da un anello/ruota magnetizzato rotante.
Questo encoder è anche noto come trasduttore di movimento digitale/a generazione di impulsi. Questo encoder è anche noto come encoder assoluto di rilevamento dell'angolo.
Ha bisogno di una linea di vista molto chiara. La linea di vista in questo codificatore è piena di polvere o altri contaminanti.
Questo codificatore dovrebbe mantenere un traferro <.25mm. Questo codificatore è preciso attraverso traferri fino a 4 mm.
È vulnerabile alla compressione sul disco rotante all'interno di umidità e calore fluttuante. È resistente all'umidità e al calore.
Precisione compromessa in ambienti soggetti a urti o vibrazioni. È resistente alle vibrazioni e agli urti.
Ha bisogno di un involucro sigillato e di grandi dimensioni per funzionare bene in ambienti difficili. È solido, robusto ea basso costo senza un grande guscio esterno.
Include parti mobili. Non include parti mobili.
Questo encoder non può essere adattato alle configurazioni. Questo codificatore può essere personalizzato.
La sua escursione termica è media. Il suo intervallo di temperatura è ristretto.
Il suo consumo di corrente è elevato. Il suo consumo di corrente è medio.
La sua gamma di risoluzione è ampia. La sua gamma di risoluzione è ristretta.
Ha un'elevata immunità magnetica. Ha una bassa immunità magnetica.

Vantaggi e svantaggi

IL vantaggi di un encoder ottico include il seguente.

  • L'encoder ottico migliora facilmente la precisione e la risoluzione sviluppando la forma della fenditura perché dispone di un meccanismo per rilevare se la luce del LED passa o meno attraverso la fenditura.
  • Questo codificatore non è influenzato dal vicino campo magnetico.
  • Questi codificatori forniscono le risoluzioni più elevate.
  • Questi sono più resistenti all'interferenza del rumore elettrico da correnti parassite.
  • Questi encoder hanno opzioni di montaggio flessibili.

IL svantaggi degli encoder ottici include il seguente.

  • Lo svantaggio principale di questo encoder è che: è meccanicamente poco robusto.
  • Questi encoder hanno un sottile disco di vetro che può essere danneggiato da urti estremi o forti vibrazioni.
  • Questi codificatori dipendono dalla 'linea di vista', quindi sono principalmente vulnerabili a sporco, olio e polvere.
  • I dischi ottici in questo codificatore sono normalmente progettati con plastica o vetro, quindi c'è più possibilità di essere danneggiati da temperature estreme, vibrazioni e contaminazione.

Applicazioni

IL applicazioni di encoder ottici include il seguente.

  • Questi encoder sono ideali per applicazioni che richiedono un alto livello di precisione e accuratezza.
  • Questi sono usati dove viene prodotto un forte campo magnetico.
  • È applicabile in dispositivi che utilizzano motori di grande diametro.
  • Questi codificatori aiutano a rilevare i segnali ottici che passano attraverso la fenditura e li trasformano in segnali elettrici.
  • Questi encoder sono molto utili per misurare e controllare il movimento rotatorio in un'ampia gamma di applicazioni come spettrometri, apparecchiature di laboratorio, centrifughe, dispositivi medici, sistemi di scansione TC, ecc.
  • Questi encoder sono utilizzati in applicazioni basate su coppia elevata in aree estremamente ristrette.
  • Questi sono utilizzati nei dispositivi di ispezione programmabili.
  • Questi sono utilizzati in apparecchiature commerciali o industriali.
  • Questi sono utilizzati nelle apparecchiature di dosaggio chimico.

1). Perché vengono utilizzati gli encoder ottici?

Gli encoder ottici migliorano facilmente la precisione e la risoluzione rispetto all'encoder magnetico. Quindi questi possono essere utilizzati ovunque venga creato un forte campo magnetico.

2). Qual è l'uscita di un codificatore ottico?

L'uscita dell'encoder ottico è un impulso elettronico utilizzato come 'orologio' per il campionamento dei dati.

3). Qual è la risoluzione di un encoder ottico?

La risoluzione di un encoder ottico è di 20k impulsi per ogni giro della ruota che viene utilizzato per i calcoli dell'odometria.

4). Perché gli Encoder sono migliori dei Potenziometri?

Gli encoder possono ruotare in una direzione simile per un periodo indefinito mentre un potenziometro normalmente compie un singolo giro.

5). Quale tipo di codificatore è ampiamente utilizzato nella robotica?

Gli encoder ottici sono utilizzati nella robotica per registrare misure assolute o incrementali.

Questa è una panoramica di un'ottica codificatore – tipi , interfacciamento, funzionamento e applicazioni. Gli encoder ottici utilizzano la luce che viene fatta passare attraverso il vetro e identificata attraverso un ricevitore. Questi tipi di encoder sono componenti molto accurati e molto necessari in vari sistemi meccanici di molti settori per fornire informazioni di feedback precise. Ecco una domanda per te, cos'è un encoder lineare?