Encoder tuyệt đối là gì? So sánh Encoder tuyệt đối và tương đối

Encoder tuyệt đối là một thiết bị quan trọng trong các hệ thống tự động hóa, cung cấp thông tin vị trí chính xác và đáng tin cậy. Vậy encoder tuyệt đối là gì? Bài viết lần này của Thanh Thiên Phú sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về encoder tuyệt đối từ định nghĩa, nguyên lý, cấu tạo, ưu nhược điểm cho đến các ứng dụng và lưu ý khi lựa chọn.

1. Encoder tuyệt đối là gì?

Encoder tuyệt đối là một loại cảm biến vị trí góc cung cấp một mã đầu ra duy nhất, đặc trưng cho từng vị trí trong phạm vi chuyển động của nó.

Điều này có nghĩa là, ngay cả khi mất điện, encoder tuyệt đối vẫn duy trì thông tin về vị trí và cung cấp giá trị vị trí chính xác ngay khi được cấp nguồn trở lại mà không cần phải thực hiện bất kỳ thao tác xác định lại vị trí ban đầu nào. Tính năng chính của encoder tuyệt đối bao gồm:

• Phản hồi vị trí tuyệt đối: Mỗi vị trí có một mã đầu ra duy nhất.
• Duy trì thông tin vị trí: Giữ lại thông tin vị trí ngay cả khi mất điện.
• Không cần xác định lại vị trí ban đầu: Sẵn sàng hoạt động ngay khi bật nguồn.

Encoder tuyệt đối được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và khả năng xác định vị trí ngay lập tức, chẳng hạn như robot công nghiệp, máy CNC, thiết bị y tế, và các hệ thống tự động hóa khác.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối có cấu tạo phức tạp hơn so với encoder tương đối, bao gồm các bộ phận chính sau:

• Đĩa quay: Là một đĩa tròn có các dải mã hóa được phân chia thành các phần bằng nhau. Mỗi phần trên đĩa, tương ứng với một vị trí góc (hoặc vị trí thẳng), được gán một mã nhị phân duy nhất.
• Cảm biến (Sensor): Bộ phận này có nhiệm vụ đọc mã nhị phân trên đĩa mã hóa. Cảm biến có thể là cảm biến từ tính, cảm biến quang học hoặc cảm biến điện trở.
• Mạch điều khiển: Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến, giải mã tín hiệu đó thành giá trị vị trí tuyệt đối và truyền giá trị vị trí này đến hệ thống điều khiển bên ngoài thông qua các giao thức truyền thông.

Nguyên lý hoạt động của encoder tuyệt đối:

• Đĩa mã hóa quay: Khi trục của encoder quay (hoặc di chuyển trong trường hợp encoder tuyến tính), đĩa mã hóa gắn liền với trục cũng quay (hoặc di chuyển) theo.
• Cảm biến đọc mã: Cảm biến liên tục quét và đọc mã nhị phân trên đĩa mã hóa tại vị trí hiện tại.
• Giải mã và xuất tín hiệu: Mạch điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến, giải mã tín hiệu đó thành giá trị vị trí tuyệt đối. Giá trị vị trí tuyệt đối này sau đó được truyền đến hệ thống điều khiển bên ngoài.
• Giao diện và đọc giá trị: Giá trị vị trí tuyệt đối được truyền qua giao diện của encoder tuyệt đối để có thể đọc và sử dụng trong hệ thống điều khiển hoặc ứng dụng khác. Giao diện có thể là giao diện analog, giao diện số hoặc giao diện truyền thông như RS-485, SSI,…

Vì mỗi vị trí trên đĩa có một mã duy nhất và cố định nên encoder luôn biết chính xác vị trí của trục, ngay cả sau khi mất điện và khởi động lại.

3. Ưu điểm và nhược điểm của Encoder tuyệt đối

3.1. Ưu điểm

• Độ chính xác cao: Encoder tuyệt đối cung cấp thông tin vị trí chính xác tại mọi thời điểm, không bị tích lũy sai số như encoder tương đối.
• Độ tin cậy: Encoder tuyệt đối có khả năng giữ lại thông tin vị trí ngay cả khi mất điện, không cần phải thực hiện thao tác “về gốc” (homing) khi khởi động lại.
• Đọc vị trí trực tiếp: Encoder tuyệt đối cung cấp giá trị vị trí tuyệt đối ngay lập tức khi được cấp nguồn, giúp hệ thống điều khiển phản ứng nhanh chóng.
• Khả năng chống nhiễu: Một số loại encoder tuyệt đối (ví dụ: loại từ tính) có khả năng chống nhiễu tốt hơn so với encoder tương đối.

3.2. Nhược điểm

• Chi phí: Encoder tuyệt đối thường có giá thành cao hơn so với encoder tương đối do cấu tạo phức tạp hơn.
• Độ phức tạp: Thiết kế và triển khai encoder tuyệt đối phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều linh kiện hơn và quá trình xử lý tín hiệu phức tạp hơn.
• Kích thước: Encoder tuyệt đối có thể có kích thước lớn hơn so với encoder tương đối, đặc biệt là loại quang học có độ phân giải cao.
• Tín hiệu đầu ra: Phức tạp và cần bộ điều khiển có thể giải mã được.

4. So sánh Encoder tuyệt đối và Encoder tương đối

Để giúp bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa encoder tuyệt đối và encoder tương đối, dưới đây là bảng so sánh chi tiết:

5. Ứng dụng của Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối, với khả năng cung cấp thông tin vị trí chính xác và tin cậy, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định:

• Tự động hóa công nghiệp: Encoder tuyệt đối được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa để điều khiển vị trí, tốc độ và hướng di chuyển của các bộ phận máy móc, băng tải, robot,… trong các quy trình sản xuất như đóng gói, phân loại, xử lý vật liệu, lắp ráp, và gia công.
• Robot: Trong robot công nghiệp, encoder tuyệt đối được gắn ở các khớp để giám sát chính xác vị trí và góc quay của từng khớp, đảm bảo robot di chuyển và thao tác chính xác theo chương trình đã được lập trình.
• Máy CNC: Máy CNC (Computer Numerical Control) sử dụng encoder tuyệt đối để đảm bảo độ chính xác trong các quy trình gia công (cắt, phay, tiện,…). Encoder đo vị trí trục chính và các trục di chuyển của máy, cung cấp thông tin phản hồi cho hệ thống điều khiển để đạt được độ chính xác gia công cao.

• Thiết bị y tế: Encoder tuyệt đối được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy quét CT, máy MRI, máy xạ trị,… để xác định chính xác vị trí của các bộ phận, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình chẩn đoán và điều trị.
• Ô tô: Trong ngành công nghiệp ô tô, encoder tuyệt đối được sử dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ (ví dụ: giám sát vị trí trục cam, trục khuỷu), hệ thống phanh ABS, hệ thống lái trợ lực điện tử,…
• In ấn và quét: Encoder tuyệt đối được sử dụng trong máy in, máy scan, máy photocopy để đảm bảo định vị chính xác đầu in, đầu quét, giúp tạo ra bản in, bản quét chất lượng cao.

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ Encoder

Tuổi thọ của encoder, dù là encoder tuyệt đối hay tương đối, đều bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là:

• Điều kiện cơ học: Vòng bi là bộ phận chịu ảnh hưởng nhiều nhất. Tải trọng (tĩnh hoặc động) tác động lên trục, tốc độ quay càng cao và điều kiện bôi trơn kém sẽ càng làm vòng bi nhanh mòn, giảm tuổi thọ encoder. Số chu kỳ hoạt động (số vòng quay) cũng là một yếu tố liên quan.
• Điều kiện môi trường: Môi trường khắc nghiệt có thể rút ngắn đáng kể tuổi thọ encoder. Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, bụi bẩn, dầu mỡ, hóa chất, độ ẩm, rung động và va đập mạnh đều có thể gây hư hỏng các bộ phận bên trong, đặc biệt là đĩa mã hóa (trong encoder quang) và các linh kiện điện tử.
• Điều kiện hoạt động: Tải trọng tĩnh, tải trọng động, tốc độ quay và số chu kỳ hoạt động đều góp phần vào sự hao mòn của encoder. Cần đảm bảo encoder hoạt động trong phạm vi thông số cho phép.
• Chất lượng và lắp đặt: Encoder chất lượng kém, vật liệu không tốt, hoặc lắp đặt không đúng cách (ví dụ: lệch trục, rung lắc) cũng sẽ nhanh hỏng hơn. Việc chọn encoder phù hợp với ứng dụng và điều kiện hoạt động là rất quan trọng.

7. Lưu ý khi lựa chọn Encoder tuyệt đối

Việc lựa chọn encoder tuyệt đối phù hợp đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy. Cần cân nhắc các yếu tố sau:

• Độ phân giải: Độ phân giải càng cao, phép đo vị trí càng chính xác. Lựa chọn độ phân giải phù hợp với yêu cầu ứng dụng để tối ưu chi phí và hiệu suất.
• Điện áp cung cấp: Chọn encoder có điện áp hoạt động tương thích với hệ thống.
• Loại tín hiệu đầu ra: Chọn loại tín hiệu đầu ra phù hợp với hệ thống điều khiển. Ví dụ, giao tiếp SSI, BiSS, Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT.
• Khả năng chống chịu môi trường: Xem xét các điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn) và chọn encoder có cấp bảo vệ (IP rating) phù hợp.
• Thương hiệu: Ưu tiên các thương hiệu uy tín như Baumer, Omron, Autonics, Sick, Heidenhain,… để đảm bảo chất lượng và độ tin cậy.

8. Các yếu tố ảnh hưởng đến giá thành của Encoder

Giá của một encoder tuyệt đối phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Loại encoder: Encoder tuyệt đối thường đắt hơn encoder tương đối do cấu tạo phức tạp hơn và khả năng cung cấp thông tin vị trí tuyệt đối.
• Thương hiệu: Các thương hiệu encoder nổi tiếng và uy tín thường có giá cao hơn do chất lượng sản phẩm và dịch vụ hỗ trợ tốt hơn.
• Độ phân giải: Độ phân giải càng cao, giá thành càng cao.
• Giao thức truyền thông: Encoder hỗ trợ các giao thức truyền thông phức tạp (ví dụ: EtherCAT, Profinet) thường đắt hơn so với encoder chỉ có tín hiệu đầu ra đơn giản.
• Vật liệu chế tạo: Vật liệu chế tạo cao cấp, cho phép encoder hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, sẽ làm tăng giá thành.
• Tính năng: Encoder có nhiều tính năng tích hợp (ví dụ: bộ đếm, bộ nhớ) thường có giá cao hơn.

Xem thêm:

• Sensor là gì? Khái niệm, các loại cảm biến phổ biến và ứng dụng
• Cảm biến chuyển động là gì? Nguyên lý hoạt động và cách lắp đặt
• Biến tần là gì? Cấu tạo, ứng dụng và nguyên lý hoạt động

Encoder tuyệt đối là một thiết bị cảm biến vị trí quan trọng, cung cấp thông tin vị trí tuyệt đối chính xác và đáng tin cậy, ngay cả khi mất điện. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về encoder tuyệt đối và lựa chọn được loại encoder phù hợp với ứng dụng của mình. Hẹn gặp lại bạn trong những chủ đề tiếp theo.