تعريف الانكودر – Encoder | دليل كامل، أنواعه ومكوناته

يعد الانكودر جهازًا أساسيًا في العديد من المجالات، بما في ذلك الأتمتة الصناعية والروبوتات وأنظمة التحكم. يلعب دورًا رئيسيًا في القياس الدقيق لحركات ومواقف المكونات الكهربائية والميكانيكية. من خلال تحويل الحركة إلى إشارات كهربائية أو رقمية، يوفر الإنكودر معلومات مهمة حول موضع الأجزاء المتحركة وسرعتها واتجاهها. وهذا يسمح بالتحكم الدقيق والتنظيم الفعال والتحسين الشامل في أداء النظام. في هذه المقالة، سوف نستكشف بالتفصيل تشغيل وأنواع ومزايا وأسلاك الانكودرات.

تعريف الانكودر

الانكودر (Encoder) عبارة عن جهاز قياس يستخدم لتحويل الحركة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية أو رقمية. إنه مصمم لتوفير معلومات دقيقة عن الموقع والسرعة والتوجيه للمكونات الكهربائية والميكانيكية.

مكونات الانكودر

يتكون الانكودر عادة من قرص دائري من الزجاج أو مادة مماثلة ، والتي تنقسم إلى مجموعة من الدوائر متحدة المركز. ثم يتم تقسيم هذه الدوائر طوليًا بطريقة هندسية، وعادة ما تكون بعلامات أو رموز محددة. نظرًا لأن القرص يدور جنبًا إلى جنب مع حركة المكون الميكانيكي ، يتم اكتشاف أقسام وعلامات الإنكودر وتحويلها إلى إشارات كهربائية أو رقمية، مما يسمح بقياس موضع المكون وسرعته واتجاهه بدقة.

دور الإنكودر

يعد دور الإنكودر في المحركات والتركيبات الكهربائية أمرًا حاسمًا للتحكم والتنظيم. يوفر معلومات في الوقت الفعلي عن موضع وحركة المكونات ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في سرعة المحرك واتجاهه وإيقافه. تُستخدم أجهزة التشفير على نطاق واسع في العديد من التطبيقات ، مثل المحركات الصناعية والروبوتات وأدوات الآلات وأنظمة تحديد المواقع ، حيث تعد الدقة والتنظيم ضروريين لضمان الأداء الأمثل وزيادة السلامة.

كيف يعمل الانكودر مع المحرك؟

يعمل الإنكودر اعتمادا على قرص مثقوب ومستشعر ضوئي لاكتشاف حركة المحرك. إنه يحول هذه الحركات إلى نبضات كهربائية يمكن استخدامها لقياس موضع وسرعة واتجاه المحرك ، مما يسمح بالتحكم الدقيق وتنظيم الحركة. فيما يلي مبدأ التشغيل المبسط لجهاز انكودر Encodeur:

دوران قرص الإنكودر الزجاجي

يتكون الانكودر من قرص دائري من الزجاج أو مادة مماثلة مثقوبة بفتحات صغيرة متباعدة بشكل متساوٍ. 

أثناء دوران المحرك (Motor)، يقوم عمود الانكودر (Shaft) أيضًا بتدوير القرص المثقوب. ترتبط سرعة دوران القرص ارتباطًا مباشرًا بسرعة دوران المحرك. يحتوي هذا القرص على وجهين: الجانب الأول يحتوي على مصدر ضوئي، بينما يحتوي الجانب الثاني على مستشعر ضوئي.

مصدر الضوء والمستشعر

يتم وضع مصدر الضوء على جانب واحد من القرص المثقوب، بينما يتم وضع مستشعر الضوء على الجانب الآخر. عندما يمر الضوء المنبعث من المصدر عبر الفتحات الموجودة في القرص ، فإنه يصل إلى الحساس الضوئي.

عندما تمر الثقوب الموجودة في القرص أمام مستشعر الضوء ، فإنه يكتشف الضوء ويولد إشارة كهربائية تتوافق مع كل ثقب متقاطع. هذه الإشارات تسمى النبضات.

عد الثقوب وكشف الإشارة

تقوم العدسة بعد ذلك بحساب عدد الثقوب التي تمر عبر القرص الدوار في الثانية. ثم يتم نقل هذا العدد إلى دائرة متكاملة (IC)،  إذا افترضنا أن القرص يحتوي على 365 ثقبًا ، فسنحصل على 365 نبضة لكل دورة. ويتوافق عدد النبضات مع المسافة المقطوعة أو زاوية دوران المحرك ، اعتمادًا على تصميم الانكودر.

تحول إشارات الثقوب إلى موجات رقمية أو كهربائية أكثر تعقيدًا باستخدام الدوائر الإلكترونية.  تنقسم هذه الموجات إلى أربع إشارات مميزة: A و B و C و D. بالإضافة إلى ذلك ، كل إشارة لها معنى محدد. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الإشارات للتحكم في حركة الموتور وتنظيمها أو لتوفير معلومات دقيقة حول موضع المكونات الكهربائية والميكانيكية وسرعتها واتجاهها.

أنواع الإنكودر

توجد أنواع مختلفة من أجهزة الانكودر المستخدمة لقياس الحركة وتشفيرها، ويوفر كل نوع وظائف محددة للقياس الدقيق للموضع والسرعة واتجاه المكونات الكهربائية والميكانيكية. تنقسم الانكودرات (Encoders) إلى جزئين وهما الجزء الميكانيكي والكهربائي:

– الجزء الميكانيكي:

• جهاز إنكودر دوراني (Rotary encoder): يستخدم لقياس حركات الدوران. يمكنه توفير معلومات حول الموضع الزاوي وسرعة واتجاه الدوران.

• جهاز انكودر خطي (Longitudinal encoder): يستخدم للتطبيقات الخطية، فهو يقيس الإزاحة الخطية. يمكن أن يوفر الموقع الخطي والسرعة واتجاه معلومات الحركة.

– الجزء الكهربائي:

انكودر مطلق Absolute encoder

الانكودرات المطلقة هي أجهزة قياس تستخدم لتحديد الموقع الدقيق للمكون. على عكس الانكودر التزايدي، وتوفر قيمة فريدة لكل موضع، مما يعني أنها تستطيع تحديد الموضع الحالي بدقة دون الحاجة إلى عملية تهيئة.

دور الكود الرمادي (Gray code) هو توليد خرج نبضي يتوافق مع زاوية دوران Encoder. ويستخدم لتمثيل كل موضع بشكل فريد. يمكن لجهاز الانكودر المطلق تحديد الموضع الدقيق حتى بعد انقطاع الكهرباء أو إعادة تشغيل النظام. إنها تلغي الحاجة إلى العد المرجعي أو التزايدي ، وتبسيط عملية القراءة والتحكم في الموضع..

انكودر تزايدي Incremental encoder

يعتمد تشغيل الانكودر التزايدي على الإشارات الدورية المتولدة أثناء حركة المكون. يشتمل انكودر تزايدي عادةً على قناتين رئيسيتين للإخراج ، A و B، والتي تنتج إشارات تكون ربع الفترة خارج الطور مع بعضها البعض. يتم أيضًا استكمال هذه الإشارات، أي أن هناك إشارات “A” و “B” في الطور مع الإشارات “A” و “B” على التوالي ، ولكن بقطبية معاكسة.

من خلال تحليل التحولات والحالات للإشارات A و B ، من الممكن تحديد اتجاه وعدد خطوات الحركة. على سبيل المثال ، إذا كانت الإشارة A تسبق الإشارة B في انتقال، فإنها تشير إلى دوران في اتجاه عقارب الساعة، بينما إذا سبقت الإشارة B الإشارة A، فإنها تشير إلى دوران عكس اتجاه عقارب الساعة. يمكن حساب عدد انتقالات الإشارات A و B لحساب الإزاحة النسبية أو الدوران.

– هناك أنواع مختلفة من الإنكودرات التي تتعامل نظام الترميز (Coding) لتمثيل المعلومات في تنسيقات محددة وتمكين نقل البيانات أو تفسيرها بدقة، ومنها:

• انكودر ثنائي مطلق – Absolute binary encoder
• إنكودر رموز رمادية مطلقة – Absolute gray code encoder
• Natural binary code (BCD) encoders
• Excess-3 (XS-3) Code Encoders
• Reflective Code Encoders

أسلاك الانكودر – Signal Wires

قد تختلف أسلاك الانكودر تبعًا للطراز المحدد للجهاز المستخدم (model of encoder). ومع ذلك ، فيما يلي وصف عام للأسلاك التي يشيع وجودها في الإنكودرات:

– سلك الطاقة – Power (VDC): يوفر هذا السلك الطاقة للانكودر. عادة ما يكون لونه أحمر أو يتم تمييزه بالرمز “+“.

– السلك الأرضي (GND): يستخدم هذا السلك لتوصيل الانكودر بالأرض أو مرجع الفولت (voltage reference). عادة ما يكون أسود اللون أو مميز برمز “GND”.

– أسلاك إشارات الإخراج (Output signals wires): تنقل هذه الأسلاك معلومات الموقع أو الحركة (Motion) التي يلتقطها الانكودر. الإشارات A و B هي إشارات ربع فترة خارج الطور مع بعضها البعض، ويمكن استخدام الإشارة Z كإشارة مرجعية لموضع بداية محدد (spcific starting position). غالبًا ما تكون أسلاك الإشارة بلون مختلف أو يتم تمييزها بالأحرف المقابلة (A ، B ، Z).

– سلك الحلقة الأرضية (Ground Loop): قد تحتوي بعض أجهزة الانكودر على سلك إضافي يسمى حلقة أرضية أو درع. يستخدم هذا السلك لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي ويمكن توصيله بأرضي أو بالحاوية المعدنية لجهاز الانكودر (Metal enclosure of the encoder).

اعطال الانكودر

تشمل الأعطال الشائعة لجهاز الإنكودر فقدان الإشارة ، وأخطاء تحديد الموقع ، وتقلبات الإشارة ، والأعطال الميكانيكية، ومشاكل إمدادات الطاقة، ومشاكل التوصيل أو الأسلاك، والحمل الزائد أو الظروف البيئية المعاكسة. من المهم التحقق من التوصيلات وإمدادات الطاقة والمكونات الميكانيكية والبحث عن أي تداخل أو ظروف غير مواتية لاستكشاف المشكلات وإصلاحها. إذا استمرت المشاكل ، فقد تكون هناك حاجة إلى مساعدة مهنية.

خاتمة

الانكودر جهاز أساسي للتحكم الدقيق وتنظيم الحركات في المحركات والتركيبات الكهربائية. إذ أنه يوفر معلومات دقيقة حول موضع وسرعة واتجاه المكونات المتحركة. بفضل تشغيل الإنكودر وأنواعه المختلفة، فإنه يوفر مزايا كبيرة من حيث دقة الأداء والمراقبة والتشخيص.