Encoder tuyến tính là gì?

Encoder tuyến tính là một cảm biến đo vị trí hoặc hành trình theo một trục thẳng, có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động tuyến tính thành tín hiệu điện để hệ thống điều khiển xử lý. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như thanh dẫn hướng tích hợp Encoder tuyến tính, máy CNC, máy đo tọa độ CMM, thiết bị bán dẫn và hệ thống robot công nghiệp.

Encoder tuyến tính là một cảm biến đo vị trí hoặc hành trình theo một trục thẳng, có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động tuyến tính thành tín hiệu điện để hệ thống điều khiển xử lý. Thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như thanh dẫn hướng tích hợp Encoder tuyến tính, máy CNC, máy đo tọa độ CMM, thiết bị bán dẫn và hệ thống robot công nghiệp.

Khác với encoder quay (rotary encoder) dùng để đo chuyển động góc, encoder tuyến tính đo độ dịch chuyển theo đường thẳng. Cấu tạo cơ bản của encoder tuyến tính gồm hai phần chính: 

• Thước (scale): được lắp cố định, chứa các mốc hoặc mẫu tham chiếu vị trí
• Đầu đọc (readhead / sensor): gắn trên bộ phận chuyển động, di chuyển dọc theo thước và đọc thông tin vị trí.

Nguồn ảnh: hocnghekysudien&dientu

Encoder tuyến tính được chia thành hai dạng chính:

• Encoder tuyến tính tuyệt đối (absolute): mỗi vị trí trên thước tương ứng với một giá trị chính xác. Khi cấp nguồn, hệ thống sẽ xác định được ngay vị trí hiện tại, không cần chạy về mốc ban đầu.
• Encoder tuyến tính tương đối (incremental): chỉ đo sự thay đổi vị trí so với điểm tham chiếu, vì vậy khi khởi động lại nó sẽ không nhớ vị trí tuyệt đối và cần thực hiện thao tác homing (tìm điểm gốc/điểm tham chiếu) để xác định lại vị trí ban đầu.

Nguồn ảnh: Easson Measurement

Trong các hệ thống yêu cầu độ lặp lại cao, sai số nhỏ và dung sai chặt, encoder tuyến tính là lựa chọn gần như bắt buộc. Đặc biệt, encoder tuyến tính giúp giảm sai số do giãn nở nhiệt, độ rơ cơ khí hoặc sai số trục vít me, nhờ đo trực tiếp vị trí thực tế thay vì suy ra từ chuyển động truyền động.

Nguyên lý hoạt động của encoder tuyến tính

Encoder tuyến tính hoạt động bằng cách nhận biết vị trí hoặc chuyển động của một đối tượng theo phương thẳng, sau đó chuyển đổi thông tin này thành tín hiệu điện để phục vụ đo lường và điều khiển chính xác. Về cấu tạo, encoder tuyến tính gồm hai thành phần chính là thước (scale) và đầu đọc (readhead / sensor).

Thước được lắp cố định dọc theo hướng chuyển động và trên đó có các vạch lặp lại (vạch quang hoặc vạch từ) tùy theo công nghệ encoder sử dụng. Đầu đọc được gắn trên bộ phận chuyển động của máy và di chuyển song song với thước. Trong quá trình di chuyển, đầu đọc liên tục quét và “đọc” các vạch trên thước, từ đó tạo ra tín hiệu tương ứng với vị trí hiện tại.

Nguồn ảnh: NeedToDIY

Khi xảy ra chuyển động, đầu đọc sẽ phát hiện sự thay đổi của các mẫu trên thước. Những thay đổi này được chuyển thành các xung điện hoặc tín hiệu mã hóa. Bộ điều khiển như CNC, PLC hoặc bộ điều khiển chuyển động sẽ xử lý các tín hiệu này để xác định chính xác vị trí tuyến tính, tốc độ di chuyển cũng như chiều chuyển động của đối tượng.

Điểm cốt lõi trong nguyên lý hoạt động của encoder tuyến tính nằm ở chuyển động tương đối giữa thước và đầu đọc. Chính sự chuyển động này cho phép encoder theo dõi liên tục và cung cấp thông tin vị trí thực tế của đối tượng trên toàn bộ hành trình tuyến tính.

Các loại encoder tuyến tính phổ biến

Encoder tuyến tính được phân loại dựa trên công nghệ cảm biến và nguyên lý tạo tín hiệu. Dưới đây là các loại thường gặp trong công nghiệp.

1. Encoder tuyến tính quang học

Encoder quang học sử dụng nguồn sáng (thường là LED) kết hợp với cảm biến quang để phát hiện sự thay đổi vị trí. Loại này có độ chính xác rất cao, thường được sử dụng trong máy CNC, thiết bị sản xuất bán dẫn và máy đo chính xác.

2. Encoder tuyến tính từ tính

Encoder từ tính hoạt động dựa trên việc cảm nhận sự thay đổi của từ trường trên thước từ hóa, thông qua cảm biến Hall (thiết bị điện tử phát hiện từ trường). Khi đầu đọc di chuyển, nó sẽ ghi nhận các biến thiên từ trường để xác định vị trí.

Loại này phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt, như máy đóng gói, dây chuyền tự động, nơi có bụi, dầu hoặc rung động cao.

3. Encoder tuyến tính điện dung

Encoder điện dung đo sự thay đổi điện dung giữa đầu đọc và thước có các mẫu dẫn điện. Thường được dùng trong các ứng dụng độ chính xác trung bình, chi phí thấp.

4. Encoder tuyến tính cảm ứng

Encoder cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Đầu đọc tương tác với các mẫu kim loại trên thước, sự thay đổi điện cảm sẽ được chuyển thành tín hiệu vị trí.

Loại này có độ bền cao, rất phù hợp cho thiết bị công nghiệp nặng, nơi yêu cầu độ tin cậy và khả năng làm việc lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.

Ứng dụng của encoder tuyến tính

Encoder tuyến tính là thành phần không thể thiếu trong nhiều hệ thống hiện đại yêu cầu độ chính xác và độ lặp lại cao.

1. Máy CNC

Trong máy CNC, encoder tuyến tính cung cấp phản hồi vị trí theo thời gian thực của trục hoặc bàn máy. Nhờ đó, quá trình gia công như cắt, khoan, phay đạt độ chính xác cao và ổn định.

2. Máy đo tọa độ CMM

Encoder tuyến tính giúp CMM xác định chính xác vị trí đầu dò khi quét chi tiết. Dữ liệu này được dùng để xây dựng mô hình 3D, phục vụ kiểm tra chất lượng và reverse engineering.

Nguồn ảnh: Be Slient

3. Tự động hoá và robot công nghiệp

Trong robot và các thiết bị chuyền động tuyến tính encoder tuyến tính đảm bảo chuyển động chính xác và lặp lại, đặc biệt quan trọng cho các ứng dụng như pick & place, lắp ráp và đóng gói.

4. Thiết bị sản xuất bán dẫn

Ngành bán dẫn yêu cầu độ chính xác ở mức micron và sub-micron. Encoder tuyến tính được dùng trong các hệ thống quang khắc, kiểm tra wafer và thiết bị lắng đọng, giúp đảm bảo căn chỉnh và chuyển động chính xác tuyệt đối.

5. Máy in công nghiệp

Trong các hệ thống in tốc độ cao, encoder tuyến tính giúp định vị chính xác đầu in. Điều này đặc biệt quan trọng với in màu, nơi sai lệch nhỏ cũng có thể gây lệch màu hoặc nhòe hình.

Encoder tuyến tính là thành phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa và điều khiển chuyển động hiện đại. Chúng cung cấp phản hồi chính xác, theo thời gian thực, rất cần thiết cho các tác vụ với tốc độ và độ chính xác cao.

Dù bạn đang thiết kế máy CNC, robot công nghiệp hay hệ thống tự động hoá, việc hiểu rõ encoder tuyến tính sẽ giúp bạn đưa ra những quyết định đúng đắn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của toàn hệ thống.