Spis treści:
Vyhledání výrazu “kodér” ve vyhledávači Google přinese širokou a poněkud matoucí škálu odpovědí. Jde o to, že snímače lze nalézt ve strojích užitečných v bezpočtu průmyslových odvětví. Řezání, vykreslování, třídění, plnění, balení, doprava, automatizace, robotika – možná je nevidíte, ale jsou tam.
(En)kódování v kostce
V češtině najdeme ‘encodér’, ale ‘encoding’ již neexistuje. Spíše se používají výrazy s různými předponami ke slovu ‘kódování’. Encoding tedy znamená převod informace z jedné formy nebo formátu do jiné, obvykle pomocí specifických pravidel nebo algoritmů. Jde o kódování nebo převod vstupních dat či signálů do podoby, které cílový systém nebo zařízení rozumí. Používá se v moderních telekomunikacích, při kompresi dat, zpracování signálů, různých zvukových multimédiích (analogové signály a digitální signály), technikách získávání obrazu nebo dokonce v kryptografii. Můžeme ji tedy chápat jako proces převodu informací nebo dat z jednoho formátu do jiného za účelem vhodného zpracování, přenosu, uložení nebo čtení.
Z čeho se skládá kodér a jak funguje?
Obecnou strukturu můžeme popsat jako konstrukci enkodéru se může lišit v závislosti na konkrétním typu kodéru a jeho použití. Zjednodušeně řečeno, enkodér je snímací zařízení, které poskytuje zpětnou vazbu.
Kodéry převádějí pohyb na elektrický signál, který může být snímán řídicím zařízením v systému řízení pohybu, jako je PLC. Snímač vysílá zpětnovazební signál, který lze použít k určení polohy, počtu, rychlosti nebo směru. Řídicí zařízení může tyto informace následně použít k vyslání příkazu pro určitou funkci. Podle starého pravidla, že nejlépe poučují příklady, uvádíme několik snadno pochopitelných příkladů:
- V aplikaci řezání na délku informuje snímač s měřicím kolečkem řídicí zařízení o množství podávaného materiálu, takže řídicí zařízení ví, kdy má řezat.
- Ve výtazích kolejových vozů poskytují snímače přesnou zpětnou vazbu pohybu, takže výtahy se zvedají ve shodě.
- V přesném průmyslovém systému, například pro aplikace etiketování, je signál ze snímače používán PLC k řízení časování a rychlosti otáčení lahví.
- Při tisku aktivuje zpětná vazba ze snímače tiskovou hlavu, aby vytvořila značku na určitém místě.
- U velkých jeřábů poskytují snímače namontované na hřídeli motoru zpětnou vazbu o poloze, takže jeřáb ví, kdy má zvednout nebo uvolnit náklad.
- Enkodéry ve výtahu informují řídicí jednotku o tom, že vozidlo dosáhlo správné podlahy a správné polohy. To znamená, že zpětná vazba pohybu snímače do řídicí jednotky výtahu zajišťuje, že se dveře výtahu otevírají v jedné rovině s podlahou. Bez snímačů by se mohlo stát, že bychom vylezli nebo vyskočili z kabiny výtahu – slyšeli jsme o mnoha případech, kdy se výtah zastavil mezi patry a s největší pravděpodobností tehdy selhal enkodér.
Kodéry používají k vytvoření signálu různé typy technologií, včetně mechanických, magnetických, odporových a optických, přičemž nejčastěji se používají poslední jmenované. Světelný paprsek vysílaný diodou LED prochází přes kotouč kodéru, který je pokryt neprůhlednými čarami – trochu jako paprsky v kole jízdního kola. Při otáčení hřídele kodéru je světelný paprsek z LED přerušován neprůhlednými čarami na kódovacím kotouči, než je zachycen sestavou fotodetektoru. Výsledkem je generování pulzního signálu: světlo = zapnuto; žádné světlo = vypnuto. Signál je odeslán do čítače nebo řídicí jednotky, která pak vyšle signál pro generování požadované funkce.
Enkodéry v elektronice a jejich typy
Pokud hovoříme o snímačích jako o elektronických součástkách, jedná se o zařízení, která se používají k převodu informací o poloze, rychlosti nebo jiných pohybech na digitální signály. Enkodéry se používají v aplikacích, jako jsou polohovací systémy, robotika, průmysl nebo spotřební elektronika. Lze je použít k měření otáčení, lineárního posunu, úhlové rychlosti a dalších parametrů souvisejících s pohybem. Pro začátek se podívejme na tři – optický, magnetický a odporový, z nichž každý má své jedinečné vlastnosti a použití. Všechny snímače poskytují výstupní signály ve formě impulzů nebo digitálních signálů, které mohou být dále zpracovány mikrokontroléry, řídicími systémy nebo jinými elektronickými systémy.
Optické eknodéry využívají světlo a fotodetektory ke čtení vzorů na speciálním disku nebo pásce a měří pohyb. Magnetické eknodéry sestávající z magnetického snímače a magnetu umístěného na pohyblivé součásti využívají k detekci pohybu principy magnetismu. Odporové enkodéry s odporovým kroužkem, pohyblivým posuvníkem a rozhraním využívají k záznamu pohybu měnící se odpor.
Všestrannost - enkodér jako senzor
To samozřejmě neznamená, že se nyní odkláníme od elektroniky, automatizace a robotiky. Enkodéry jsou nedílnou součástí robotiky, kde se používají k měření polohy, rychlosti a orientace pohybujících se částí robota. To umožňuje přesné řízení pohybu a sledování polohy malého vozidla v prostoru. V obráběcích strojích, jako jsou číslicově řízené (CNC) soustruhy a frézky, se enkodéry používají ke sledování polohy nástroje a pracovního stolu. Bez měření přesné polohy nástroje nelze obrábět přesně. V průmyslové automatizaci se snímače používají ke sledování polohy a rychlosti různých součástí, jako jsou dopravníkové pásy, motory, klouby nebo manipulátory. Měření přesných hodnot polohy umožňuje efektivní řízení a monitorování výrobních procesů.
Nechybí ani ve světě spotřební elektroniky a zařízení, která jsou nám všem blízká. Například fotoaparáty a další více či méně specializovaná optická zařízení – v digitálních zrcadlovkách, videokamerách, objektivech nebo dokonce dalekohledech se snímače používají k měření otáčení zoomového kroužku, ohniskové vzdálenosti, vyvážení bílé, zaostření a dalších parametrů. Enkodéry používají fotoaparáty Canon, Nikon, Sony, Fujifilm nebo Olympus.
Enkodér a konstrukce robota
V amatérské a poloprofesionální robotice mohou mít snímače různou podobu a vzhled v závislosti na konkrétní aplikaci a konstrukci robota. Relativně jednoduché obvody s LED diodami a fototranzistory generují impulsy v závislosti na pohybu součástky. Mohou být použity jako rotační enkodéry nebo lineární – to vše pro lepší snímání změn polohy. Magnetické enkodéry v konstrukcích robotů lze použít také k měření lineárního posunu.
Projekty Raspberry Pi a Arduino s enkodéry
Enkodéry se snadno připojují k minipočítačům Raspberry Pi a Arduino. Takové duo umožňuje vytvářet různé projekty, včetně robotiky, automatizace, monitorování polohy a dalších aplikací, které vyžadují měření pohybu a řízení polohy. Stačí identifikovat vývody enkodéru, připojit výstupy a můžete projektovat. Z předchozího odstavce lze snadno odvodit, že by někoho mohlo lákat vytvořit mobilního robota, například na kolečkách, s přesnou navigací a řízením polohy. Mezi další potenciální projekty patří interaktivní ovládací panely – například pro nastavení hlasitosti, jasu nebo vyvážení v závislosti na zařízení. Snímače a programování budou dobře fungovat prakticky všude tam, kde se používá sledování rychlosti, snímání pohybu nebo servořízení pro přesné polohování. V závislosti na vašich potřebách je vhodné použít Python, Arduino IDE nebo trochu zapátrat na komunitních fórech a repozitářích.
