De eerste vraag die je jezelf stelt bij het zoeken naar een passende encoder is: wil ik de absolute positiewaarde weten of volstaat het om alleen incrementele positieveranderingen te registreren?
Tot voor kort sloeg de balans meestal door naar incrementele oplossingen, maar dat is aan het veranderen. Absolute encoders vormen steeds vaker het antwoord.
Absolute encoders kennen altijd hun positie zonder dat daar homing voor nodig is. Daardoor start de machine snel op. Bovendien kan met een absolute encoder bij onvoorziene omstandigheden, zoals stroomuitval, de machine doorgaan waar hij gebleven is. Dit maakt de kans op uitval klein.
Niet elke sensortechnologie laat het toe om eenvoudig absoluut meten aan de encoder toe te voegen. Het grootste deel van onze capacitieve encoders is kostenefficiënt met absolute meting verkrijgbaar.
Welke technologieën zijn er?
Er bestaan vier hoofdtechnologieën voor encoders: optisch, inductief, magnetisch en capacitief. In de basis werken ze grofweg hetzelfde. Een zender stuurt een signaal of een veld uit naar een schaal met een repeterend patroon dat effect heeft op dat signaal. Een ontvanger registreert die verandering en kan uit de sinusvormige variatie daarin opmaken hoeveel stapjes op de schaal zijn gepasseerd.
Optische encoder
Optisch encoders worden veel gebruikt, en zijn vooral erg geschikt voor de hightechmarkt. De zender is een LED of een laser. Het licht weerkaatst op een geëtst streepjespatroon en de ontvanger registreert de variatie in intensiteit. De LED-variant is goedkoper dan een laseroplossing maar er is wel een lens nodig om de bundel te convergeren dus is deze variant iets groter. Het oplossend vermogen van optische encoders is heel hoog.
De grootte van de stapjes die je kunt onderscheiden, kan zelfs een nanometer bedragen. Deze optische encoders zijn zelf ook klein. Tegenwoordig zijn ze verkrijgbaar in chipformaat van zo’n zes bij zes millimeter. Dat maakt ze makkelijk te integreren in je ontwerp, wat bijvoorbeeld interessant is in medische robotica. Ze zijn geschikt voor vacuüm en ongevoelig voor elektromagnetische velden, maar ze kunnen minder goed tegen vervuiling zoals stof en vocht. Ook wanneer er grote variaties zitten in de afstand tussen de sensor en de schaal, kun je beter voor een andere techniek kiezen.
Inductieve encoders
Inductieve encoders gebruiken twee spoeltjes en een schaal met koperen stripjes die het veld van de zendspoel beïnvloeden. Omdat er een limiet zit aan hoe nauwkeurig je die stripjes kunt plaatsen, haal je niet de resolutie van optische encoders. Een nauwkeurigheid van een paar micrometer (of 0.05°) is voor veel toepassingen echter ruim voldoende.
Inductieve encoders zijn bestand tegen grotere variatie in leeshoogte en tegen vervuiling. Ze zijn bovendien een stuk goedkoper dan optische encoders.
Een encoder, zoals deze inductieve encoder, bestaat uit twee delen: de schaal (lineair of roterend) en een encoderkop.
Magnetische encoders
De schaal in magnetische encoders bestaat uit afwisselende noord- en zuidpolen. De pitch daarvan is relatief groot en dat vormt de basis van de nauwkeurigheid. Deze encoders zijn dus niet super precies, maar kunnen wel heel goed omgaan met bewegingsvariatie. Veel minder dan bij optische en zelfs minder dan bij inductieve encoders hoef je te letten op de nauwkeurigheid van de beweging over de schaal.
Een nadeel is dat de elektronica behoorlijk wat vermogen verbruikt. Daardoor zijn ze niet geschikt voor gebruik in vacuüm omdat ze in die omgeving hun warmte niet kwijt kunnen en doorbranden. Uiteraard werken magnetische encoders ook niet in de buurt van permanente magneten en motoren.
Capacitieve encoders
Een capacitieve encoder bouwt een elektrisch veld op tussen twee elementen. Het bewegende element beïnvloedt de capaciteitswaarde van dit systeem waardoor nauwkeurig de positie bepaald kan worden. Capacitieve encoders bieden een hoge resolutie en nauwkeurige positiemeting, namelijk tot 1 μm (of 5 miligraad). Ze zijn ongevoelig voor vervuiling zoals stof, olie, en andere organische materialen. Daarbij worden ze niet beïnvloed door magnetische velden. Wel is dit type encoder gevoelig voor vocht. Door de relatief hoge inbouwtoleranties bouw je een capacitieve encoder makkelijk in en is deze ongevoelig voor trillingen.
Vergelijk 4 encoder technologieën
Op welke eigenschappen moet je letten bij jouw technologie-keuze? Met deze infographic vergelijk je capacitieve, optische, inductieve en magnetische (MR) encoders.
