光学式エンコーダー：動​​作、タイプ、インターフェース、およびそのアプリケーション

エンコーダーは、モーション検出デバイスであり、フィードバックを提供します。 閉ループ制御システム .エンコーダの主な機能は、デバイス部品の回転運動または直線運動を電気信号に変換した後、制御システムに送信することです。エンコーダを使用することにより、デバイス コンポーネントの正確な位置、回転速度またはその方向が得られます。そして角度＆いいえ。モーターシャフトの変形が確認できます。市場にはさまざまなタイプのエンコーダがあり、技術のタイプ、モーション、さまざまなパラメータなどに基づいて分類されています。モーションに基づくエンコーダは、リニア、ロータリー、および角度に分類されます。位置に基づくエンコーダは、 アブソリュートエンコーダ と インクリメンタルエンコーダ .センシング技術に基づくエンコーダーは、光学式、磁気式、静電容量式に分類されます。チャネルに基づくエンコーダは、単一チャネルと直交に分類されます。この記事では、エンコーダーのタイプの 1 つの概要について説明します。 光学式エンコーダ – 作業とその応用。

光エンコーダとは

光源、光学格子、感光検出器を使用して位置を回転または直線から電気信号に変更するために使用される電気機械デバイスは、光学エンコーダとして知られています。これらのエンコーダは、さまざまな工作機械、オフィス機器、および産業用ロボットの高精度位置制御センサーとして広く使用されています。

光学式エンコーダの設計

光学式エンコーダーは、LED、フォトセンサー、およびコードホイールと呼ばれるディスクで構成され、半径方向にスリットがあり、回転位置データを光信号として検出します。モーターのような回転軸に接続されたコードホイールが回転すると、永久発光素子から生成された光がコードホイールのスリットを通過するかどうかに基づいて、光信号が生成されます。フォトセンサーは光信号を感知し、電気信号に変換して出力します。

発光装置

光学式エンコーダでは、安価な IR LED が使用されますが、光の拡散を抑えるために、より短い波長のカラー LED が使用されることもあります。さらに、高解像度と高性能が必要な場所では、高価なレーザー ダイオードが使用されます。

レンズ

LEDの光は指向性の小さい拡散光なので、凸レンズで平行にしています。

コードホイール

コード ホイールは、ディスクからの放射光を許可または遮断するスリットを含むディスクのように見えます。 発光ダイオード .コードホイールは金属、ガラス、樹脂素材で作られています。ここで、金属素材は温度湿度と振動に強いです。

樹脂材料は高価ではありませんが、大量生産に適しており、消費者ベースの用途に利用されています。ガラス素材は主に、最大の解像度と精度が必要な場所に使用されます。さらに、コード ホイールの近くに固定スリットが配置されており、LED からの光がコード ホイールを通過して集光要素に入る光の通過または遮断を明確にします。

フォトセンサー

フォトセンサーは通常、シリコン、ゲルマニウム、リン化インジウムガリウムなどの半導体材料で作られたフォトトランジスタ/フォトダイオードです。

光学式エンコーダーの仕組み

光学式エンコーダは、スリットを通過する光信号を単純に検出し、電気信号に変換します。磁気エンコーダーと比較して、このエンコーダーは、強力な磁場が発生するあらゆるアプリケーションで使用するために、精度と分解能を向上させることが非常に簡単です。光学式エンコーダにより、さまざまなタイプのモーションを測定するためのさまざまなコントローラが可能になります。これらのエンコーダは、実際のモーターまたはリニア アクチュエータの位置、加速度、および速度を検証するために使用される非常に正確なフィードバック信号を提供します。

光エンコーダ Arduino

ここでは、光学式ロータリーエンコーダを使用して接続する方法を学習します。 Arduino宇野 .これは、円筒形のハウジングに回転軸を備えた機械装置です。円形の平らなディスクには、2 組のスロットがあります。このディスクのいずれかの面には、光センサーが接続されており、送信機セットが一方の面にあり、送信される受信機がもう一方の面にあります。スロット付きディスクがセンサーの間で回転するたびに、センサーを切断します。 光センサー 、したがって、信号は受信側で生成されます。ここでは、生成された信号を処理するために受信機がマイクロコントローラーに接続されています。このようにして、シャフトがどれだけ回転するかを特定できます。シャフトの回転方向は、2 つの o/ps の信号の極性を比較するだけで決定できます。これは、円形ディスク上の 2 組のスロットがオフセットされているためです。

Arduino とインターフェイスする光学式エンコーダを以下に示します。このインターフェースに必要なコンポーネントには、主に光学エンコーダ、Arduino Uno ボード、および接続ワイヤが含まれます。このインターフェースの接続は次のとおりです。

• このエンコーダーの赤色のワイヤーは Arduino Uno の 5V ピンに接続されています。
• このエンコーダーの黒色のワイヤーは Arduino Uno の GND ピンに接続されています。
• 光学式エンコーダーの白色のワイヤー (OUT A) は、ピン 3 のような Arduino Uno のインタラプター ピンに接続されます。
• このエンコーダの緑色のワイヤ (OUT B) は、ピン 2 のような Arduino Uno の他のインタラプタ ピンに接続されています。

ここで、白と緑のワイヤのような光学エンコーダからの出力ワイヤは、Arduino Uno ボードの割り込みピンにのみ接続する必要があります。そうしないと、Arduino ボードはこのエンコーダからの各パルスを記録しません。

コード

揮発性の長時間温度、カウンター = 0; //この変数は、エンコーダの回転に応じて増減します
ボイドセットアップ()

{

Serial.begin (9600);

pinMode(2, INPUT_PULLUP); // 内部プルアップ入力ピン 2
pinMode(3, INPUT_PULLUP); // 内部プルアップ入力ピン 3
//割り込み設定
//endenren からの立ち上がりパルスにより、ai0() がアクティブになります。 AttachInterrupt 0 は、Arduino の DigitalPin nr 2 です。
attachInterrupt(0, ai0, RISING);
//B エンデンレンからの立ち上がりパルス ai1(). AttachInterrupt 1 は、Arduino の DigitalPin nr 3 です。
attachInterrupt(1, ai1, RISING);
}
ボイドループ() {
// カウンターの値を送る
if( カウンター != 温度 ){
Serial.println (カウンター);
temp = カウンター;
}
}
ボイド ai0() {
// DigitalPin nr 2 が LOW から HIGH になると、ai0 がアクティブになります
// ピン 3 をチェックして方向を決定します
if(digitalRead(3)==LOW) {
カウンター++;
}それ以外{
カウンター-;
}
}
ボイド ai1() {
// DigitalPin nr 3 が LOW から HIGH になると、ai0 がアクティブになります
// ピン 2 でチェックして方向を決定します
if(digitalRead(2)==LOW) {
カウンター-;
}それ以外{
カウンター++;
}
}
上記のコードを Arduino Uno ボードにアップロードしたら、シリアル モニターを開き、光学式エンコーダーのシャフトを回します。光学式エンコーダーを時計回りに回すと値が増加し、このエンコーダーを反時計回りに回すと値が減少します。値が逆を示している場合は、時計回りの動きに負の値を与えることを意味します。これで、白と緑の配線を逆にすることができます。

光学式エンコーダの種類

光学式エンコーダには、透過型と反射型の 2 種類があり、以下で説明します。

透過型

透過型の光学式エンコーダでは、発光ダイオードから放射された光信号がコード ホイールのスリットを通過するかどうかを光センサーが検出します。透過型光学式エンコーダの主な利点は次のとおりです。かなりシンプルなオプティカルレーンのため、信号の精度を簡単かつ簡単に開発できます。

反射型

反射型光学式エンコーダでは、光センサは、発光ダイオードからの放射光信号がコードホイールを介して反射されているかどうかを認識します。反射型光学式エンコーダの主な利点は次のとおりです。小型化と薄型化が簡単です。これらは積み重ね技術によって設計されているため、組み立て手順を簡素化できます。

光学式エンコーダと磁気式エンコーダ

光学式エンコーダと磁気式エンコーダの違いは次のとおりです。

長所と短所

の 光学式エンコーダの利点 以下のものが含まれます。

• 光学式エンコーダは、LEDからの光がスリットを通過したか否かを検知する機構を持っているため、スリットの形状を工夫することで精度や分解能を向上させやすくなっています。
• このエンコーダは、近くの磁場の影響を受けません。
• これらのエンコーダーは最高の解像度を提供します。
• これらは、渦電流による電気ノイズの干渉に対してより耐性があります。
• これらのエンコーダには柔軟な取り付けオプションがあります。

の 光学式エンコーダの欠点 以下のものが含まれます。

• このエンコーダーの主な欠点は、機械的に強くないことです。
• これらのエンコーダには、極度の衝撃や激しい振動によって損傷する可能性のある薄いガラス ディスクがあります。
• これらのエンコーダは「視線」に依存しているため、主に汚れ、油、ほこりの影響を受けやすくなっています。
• このエンコーダの光ディスクは通常、プラスチックまたはガラスで設計されているため、極端な温度、振動、および汚染によって損傷を受ける可能性が高くなります。

アプリケーション

の 光学式エンコーダの応用 以下のものが含まれます。

• これらのエンコーダは、高レベルの精度と精度を必要とするアプリケーションに最適です。
• これらは、強い磁場が発生する場所で使用されます。
• 大口径モータを使用する装置に適用できます。
• これらのエンコーダは、スリットを通過して電気信号に変換する光信号を検出するのに役立ちます。
• これらのエンコーダは、分光計、実験装置、遠心分離機、医療機器、CT スキャン システムなど、幅広い用途で回転運動の測定と制御に非常に役立ちます。
• これらのエンコーダは、非常に制限された領域での高トルクベースのアプリケーションで使用されます。
• これらはプログラム可能な検査装置で使用されます。
• これらは、商業用または産業用機器で使用されます。
• これらは化学薬品注入装置で使用されます。

1)。光学式エンコーダが使用される理由

光学式エンコーダは、磁気式エンコーダに比べて精度と分解能を簡単に向上させることができます。そのため、強力な磁場が発生する場所ならどこでも使用できます。

2)。光エンコーダの出力は何ですか?

光学エンコーダ出力は、データサンプリングの「クロック」として使用される電子パルスです。

3)。光学式エンコーダの分解能は?

光学式エンコーダの分解能は、オドメトリの計算に使用されるホイールの回転ごとに 20k パルスです。

4)。エンコーダーがポテンショメーターよりも優れているのはなぜですか?

エンコーダは無期限に同じ方向に回転できますが、ポテンショメータは通常 1 回転します。

5)。ロボット工学で広く使用されているエンコーダのタイプはどれですか?

光学式エンコーダは、ロボット工学で絶対測定またはインクリメンタル測定を記録するために使用されます。

これは、光学式の概要です。 エンコーダ – タイプ 、インターフェース、作業、およびアプリケーション。光学式エンコーダーは、ガラスを通過し、レシーバーで識別される光を使用します。これらのタイプのエンコーダは非常に正確であり、正確なフィードバック情報を提供するために、多くの業界のさまざまな機械システムで非常に必要なコンポーネントです。ここで質問です。リニアエンコーダとは何ですか?