Badacz z AGH opracował tańszy enkoder optyczny

Enkoder „tłumaczy” dane o położeniu jakiejś konstrukcji na sygnał elektryczny. Przydaje się na przykład w windach, w manipulatorach robotycznych czy w optycznych myszach komputerowych. Dzięki niemu można wyznaczać maszynom precyzyjne działania. Tańszy od konkurencyjnych urządzeń enkoder optyczny opracował Tomasz Dziwiński z Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej.

 

Naukowiec zastosował pionierskie rozwiązania w zakresie kodowania informacji.

 

Fundamentalnym czynnikiem na drodze rewolucji technologicznej XX w. była idea sprzężenia zwrotnego. Pętla sprzężenia zwrotnego pozwala na osiągnięcie zadanej wartości w systemie automatycznej regulacji.

 

„Informacja o bieżącej pozycji kabiny w szybie sprawia, że winda zatrzymuje się na wybranych piętrach. Dzięki sprzężeniu zwrotnemu końcówka manipulatora robotycznego osiąga zadane współrzędne z bardzo wysoką precyzją – tłumaczy PAP wynalazca. –  W każdym z tych przypadków mamy do czynienia z układem regulacji posiadającym informacje o pewnej wielkości fizycznej, jak prędkość, czy położenie. Jednak, zanim informacja ta zostanie przekazana do elektronicznego układu sterowania, konieczne jest przetworzenie wielkości fizycznej na pewien sygnał elektryczny”.

 

Jednym z podstawowych przetworników położenia na sygnał elektryczny jest enkoder. Dla pomiaru położenia kątowego w ruchu obrotowym posługujemy się enkoderami obrotowymi, natomiast dla pomiaru pozycji w ruchu postępowym enkoderami liniowymi.

 

Jak wylicza Dziwiński, w technice spotyka się enkodery dwóch podstawowych typów: enkodery absolutne lub przyrostowe. Te pierwsze zawsze przekazują wartość względem pozycji zerowej. Enkodery przyrostowe natomiast generują ciąg impulsów w czasie, kiedy pozycja enkodera ulega zmianie.

 

Enkodery absolutne są bardziej zaawansowane technicznie i wymagają większej precyzji wykonania, jednak w wielu aplikacjach są niezbędne i nie mogą zostać zastąpione tańszymi i prostszymi enkoderami przyrostowymi. Wynalazek Tomasza Dziwińskiego to właśnie absolutny enkoder optyczny, trwały i precyzyjny. Zawiera on obrotową tarczę kodową oraz czujnik. Tarcza enkodera obraca się wraz z wałem, na którym jest osadzona, natomiast nieruchomy czujnik potrafi określić pozycję tarczy, odczytując zakodowaną na niej informację.

 

„Prosty optyczny czujnik potrafi wykonać zdjęcia o niskiej rozdzielczości, lecz z dużą częstotliwością. Tego typu czujniki wbudowane są w komputerowe myszki optyczne, gdzie analizowany jest obraz podłoża pod myszką i porównywany z obrazem zrobionym chwilę wcześniej. Jednak, aby było możliwe zastosowanie takich czujników w enkoderach, konieczne okazało się opracowanie odpowiedniego sposobu kodowania informacji na tarczy enkodera” – mówi Tomasz Dziwiński.

 

Tłumaczy, że w klasycznych enkoderach słowem kodowym jest ciąg stanów logicznych reprezentowanych przez cyfry O i 1. Taki ciąg bardzo łatwo jest przekształcić z systemu binarnego na dziesiętny, a następnie przypisać odpowiednią wartość kątową wyrażoną w stopniach.

 

Enkoder prezentowany przez inżyniera z AGH działa zupełnie inaczej. W tym przypadku nie ciąg stanów logicznych a macierze stanów są przedmiotem interpretacji. Kodowanie informacji w postaci macierzy logicznych jest bardzo korzystne, gdyż pozwala zaoszczędzić miejsce na tarczy kodowej. „Aby zakodować na tarczy 4096 pozycji w klasycznym rozwiązaniu potrzeba słów kodowych złożonych z 12 bitów – tarcza musi zawierać 12 linii kodowych. Natomiast w rozwiązaniu według wynalazku do zakodowania pozycji wystarczy kwadratowa macierz o wymiarze 4x4 – tarcza musi zawierać jedynie 4 linie kodowe” – wylicza badacz.

 

Absolutne enkodery optyczne bardzo często kosztują ponad 1000 zł, ponieważ zawierają specjalistyczne czujniki optyczne i wymagają gęsto zakodowanej informacji na precyzyjnej tarczy kodowej. Jak szacuje Dziwiński, jego rozwiązanie może obniżyć koszty wytworzenia absolutnych enkoderów optycznych i przyczynić się do miniaturyzacji enkoderów.

 

Jego wynalazek jest kierowany przede wszystkim do odbiorców przemysłowych. Odbiorcy tego typu często wybierają podzespoły znanych i sprawdzonych producentów, firm z wieloletnim doświadczeniem w branży. Produkcja enkoderów według proponowanego projektu nie wiązałby się z dodatkowymi kosztami opracowywania elementów mechanicznych (obudowa, wał, łożyskowanie wału, tarcza), ponieważ pozostają one identyczne w stosunku do stosowanych dotychczas.

 

Źródło: PAP – Nauka w Polsce