Làm thế nào bộ mã hóa góc chính xác cao của PMT đảm bảo độ chính xác đo lường trong CMM di động?

Máy CNC có thể thực hiện cắt gọt chính xác, robot công nghiệp có thể di chuyển linh hoạt, và thiết bị đo lường chính xác như CMM di động có thể cung cấp kết quả đo đáng tin cậy. Tất cả những khả năng này đều nhờ vào một thành phần nhỏ nhưng quan trọng – bộ mã hóa góc.

Bộ mã hóa góc là một linh kiện gọn nhẹ, được lắp đặt tại các vị trí then chốt trong thiết bị, đảm bảo độ chính xác định vị. Với độ chính xác cao và độ ổn định lớn, bộ mã hóa góc trở thành cảm biến không thể thiếu trong quá trình xử lý và kiểm tra công nghiệp tự động.

Trong bài viết này, PMT giải đáp những câu hỏi thường gặp về bộ mã hóa góc và cung cấp thông tin tham khảo hữu ích cho những ai đang đánh giá loại cảm biến này hoặc tìm hiểu ứng dụng của chúng trong CMM di động.

Bộ mã hóa góc là gì?

Bộ mã hóa góc (angle encoder), còn gọi là bộ mã hóa quay đo vị trí góc, là một thiết bị cảm biến chính xác. Nó chuyển đổi độ dịch chuyển góc hoặc vị trí góc của trục quay thành tín hiệu điện hoặc dữ liệu số mà hệ thống có thể đọc.

Thông thường, bộ mã hóa được lắp gần trục quay và quay cùng với trục. Quá trình thu nhận thông tin vị trí cuối cùng diễn ra qua các bước:

-  Cảm biến vật lý: Khi trục quay, các thành phần bên trong như đĩa vạch và lưới chỉ số tạo ra sự thay đổi tuần hoàn của tín hiệu vật lý.

-  Chuyển đổi tín hiệu: Bộ thu (phần tử cảm biến) chuyển các tín hiệu vật lý này thành tín hiệu điện.

-  Xử lý tín hiệu: Bộ xử lý tính toán tín hiệu điện để xác định góc trục tương ứng.

-  Ứng dụng hệ thống: Bộ điều khiển (PLC, hệ thống CNC, hoặc servo drive) kết hợp dữ liệu góc với các tham số cấu trúc khác của thiết bị.

Trong CMM di động, hệ thống sử dụng phản hồi góc từ mỗi bộ mã hóa khớp, kết hợp với mô hình động học và tham số hiệu chuẩn của máy, để tính toán tọa độ ba chiều của đầu dò.

Các loại bộ mã hóa góc hiện có và ứng dụng của chúng là gì?

Dựa trên loại tín hiệu đầu ra, bộ mã hóa góc được chia thành bộ mã hóa gia tăng (incremental) và bộ mã hóa tuyệt đối (absolute). Mỗi loại có đặc điểm và phạm vi ứng dụng riêng

-  Bộ mã hóa gia tăng (Incremental encoders)

    -  Quy trình sản xuất đã hoàn thiện, độ phân giải cao, phản hồi nhanh.

    -  Hiệu suất tổng thể mạnh mẽ và ổn định.

    -  Ứng dụng rộng rãi trong: động cơ servo của máy CNC, hệ thống băng tải trong dây chuyền sản xuất tự động, CMM di động, và các thiết bị sản xuất – kiểm tra công nghiệp khác.

-  Bộ mã hóa tuyệt đối (Absolute encoders)

    -  Thường dùng trong: bàn xoay CNC, robot công nghiệp, thang máy, và các thiết bị khác.

    -  Mỗi vị trí được gán một mã duy nhất, cho phép hệ thống xác định ngay vị trí cơ khí chính xác khi bật nguồn.

    -  Ưu điểm: không cần đưa về vị trí gốc sau khi mất thông tin vị trí.

Cách đọc các thông số hiệu suất của bộ mã hóa góc

Để đánh giá hiệu suất của một bộ mã hóa góc, cần chú ý đến các thông số điện như: độ chính xác, độ lặp lại, độ phân giải, tần số tín hiệu đầu ra, và giao diện truyền thông.

-  Độ chính xác (High Accuracy): Quyết định mức độ chính xác khi bộ mã hóa báo cáo dữ liệu vị trí.

-  Độ lặp lại (High Repeatability): Đảm bảo kết quả đo ổn định và nhất quán khi đo nhiều lần cùng một vị trí.

-  Độ phân giải (High Resolution): Xác định góc nhỏ nhất mà bộ mã hóa có thể phát hiện.

-  Phản hồi nhanh (Fast Response): Tần số tín hiệu đầu ra cao giúp hệ thống phản ứng kịp thời, không mất dữ liệu.

-  Tương thích đa giao diện (Multi-Interface Compatibility): Bộ mã hóa phải tương thích với bộ điều khiển để vận hành chính xác.

Ngoài ra, khi đánh giá tổng thể hiệu suất, cũng cần xem xét thông số cơ khí và điều kiện thực tế tại nơi sản xuất.

Những thách thức trong nghiên cứu & phát triển bộ mã hóa góc

Thách thức chính trong việc phát triển bộ mã hóa góc là cân bằng giữa độ chính xác cao, độ ổn định và kiểm soát chi phí.

-  Khi yêu cầu độ chính xác tăng, việc lắp ráp và khả năng chống nhiễu phải nghiêm ngặt hơn, dẫn đến quy trình sản xuất phức tạp và chi phí cao hơn.

-  Trong thiết bị nhiều khớp nối, ngay cả sai số nhỏ ở một encoder cũng có thể bị khuếch đại qua nhiều trục, ảnh hưởng đến độ ổn định tổng thể của hệ thống.

-  Do đó, việc phát triển encoder không chỉ dựa vào dữ liệu trong phòng thí nghiệm mà còn phải tính đến điều kiện thực tế tại nhà máy và hạn chế ngân sách.

Xu hướng thị trường hiện tại của bộ mã hóa góc

Thị trường bộ mã hóa góc được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ khoảng 7,1% trong giai đoạn 2024–2035.

-  Encoder quang học nổi bật nhờ độ phân giải, độ chính xác và độ ổn định, được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao như robotics và hàng không vũ trụ.

-  PMT đã tạo lợi thế cạnh tranh nhờ phát triển công nghệ lõi độc lập của riêng mình.

Ưu điểm của bộ mã hóa góc PMT

Ngay từ những ngày đầu, PMT đã nhận thấy xu hướng thị trường và lựa chọn con đường phát triển công nghệ độc lập. Công ty đã tự nghiên cứu và phát triển bộ mã hóa góc của riêng mình, vượt qua nhiều thách thức kỹ thuật và chính thức ra mắt bộ mã hóa gia tăng RA-1 vào năm 2018, đưa vào sản xuất và thương mại hóa. Bộ mã hóa này tích hợp công nghệ quang học tiên tiến, quy trình chế tạo hiện đại và thuật toán độc quyền:

-  Thuật toán: RA-1 sử dụng công nghệ nội suy bậc cao độc quyền. Không làm giảm độ phân giải đầu ra, nó đạt độ chính xác tuyệt đối 1 arcsecond, giúp kiểm soát sai số tích lũy hiệu quả hơn khi nhiều trục nối tiếp.

-  Lắp ráp: Kết hợp quy trình căn chỉnh cơ khí và điện tử. Độ đồng tâm cao giữa trục chính và đĩa vạch giúp loại bỏ sai số lệch tâm ngay từ giai đoạn lắp ráp.

-  Hiệu suất đầu ra: Hỗ trợ tín hiệu gia tăng lên đến 500 kHz. Xung vẫn giữ nguyên độ toàn vẹn ngay cả ở mức nội suy cao, mang lại phản hồi tín hiệu nhanh và độ trễ vòng kín thấp. Trong phạm vi tần số đáp ứng quy định, encoder duy trì mức tín hiệu ổn định, phù hợp cho điều khiển vòng kín chính xác ở tốc độ thấp. So với các encoder cùng loại trong nước, RA-1 có giới hạn tần số cao hơn và khả năng thu nhận mạnh hơn.

-  Khả năng tương thích tín hiệu: Hỗ trợ nhiều chuẩn tín hiệu như TTL, RS-422, BiSS-C, SSI, CAN. Ngoài ra có thể phát triển giao thức tùy chỉnh cho yêu cầu đặc biệt, giúp dễ dàng kết nối với nhiều loại thiết bị khác nhau.

-  Thiết kế cấu trúc: Áp dụng thiết kế tách rời, có thể tùy chỉnh theo không gian lắp đặt và yêu cầu kích thước thực tế của khách hàng, thay vì chỉ giới hạn ở hai chuẩn cố định.

Nhờ những đặc điểm này, bộ mã hóa gia tăng RA-1 của PMT đạt hiệu suất tổng thể mạnh mẽ, duy trì tiêu chuẩn cao về độ phân giải, độ chính xác và độ ổn định trong ngành.

Ứng dụng bộ mã hóa góc PMT trong thiết bị

Mỗi khớp của CMM di động PMT đều được trang bị bộ mã hóa góc RA-1 do công ty tự phát triển. Nhờ cung cấp phản hồi tức thời về góc quay của từng khớp, bộ mã hóa cho phép tính toán và kiểm soát chính xác tọa độ không gian của đầu dò, trở thành thành phần cốt lõi để duy trì độ chính xác của thiết bị.

Trong thực tế, người vận hành thường sử dụng CMM di động để thu thập điểm đo liên tục, với tần suất cao ngay tại xưởng sản xuất. Môi trường khắt khe này đặt ra yêu cầu rất cao cho bộ mã hóa góc:

-  Độ chính xác của từng điểm đo phải đủ cao.

-  Độ chính xác phải duy trì ổn định trong quá trình quay lặp lại nhiều lần ở nhiều góc khác nhau, không bị trôi.

Nhờ thuật toán nội suy bậc cao và quy trình lắp ráp đồng tâm, bộ mã hóa góc của PMT giữ sai số góc của mỗi khớp trong phạm vi rất nhỏ, hỗ trợ kết quả đo chính xác của CMM di động.

-  Độ chính xác đo điểm đơn tối đa đạt 0,012 mm.

-  Độ chính xác đo chiều dài tối đa đạt 0,022 mm.

Đồng thời, nhiều giao diện tín hiệu đầu ra cho phép encoder hoạt động trơn tru với hệ thống điều khiển tổng thể, giảm thiểu tổn thất tín hiệu trong quá trình truyền.

Với hiệu suất chính xác và ổn định, CMM di động của PMT kết hợp thiết kế thành phần lõi bền vững với quy trình hiệu chuẩn và bảo trì tiêu chuẩn hóa, đảm bảo độ ổn định đo lường lâu dài. Nếu cần dịch vụ tại nhà máy, chu kỳ hiệu chuẩn của CMM di động PMT chỉ 3 ngày làm việc.