Encoders

Los Encoders son sensores que generan señales digitales en respuesta al movimiento.

Están disponibles en dos tipos:

– uno que responde a la rotación,

– el otro al movimiento lineal.

Cuando son usados en conjunto con dispositivos mecánicos tales como engranes, ruedas de medición o flechas de motores, estos pueden ser utilizados para medir movimientos lineales, velocidad y posición.

Los encoders están disponibles con diferentes tipos de salidas:

Encoders Incrementales, que generan pulsos mientras se mueven, se utilizan para medir la velocidad, o la trayectoria de posición.
Encoders Absolutos que generan multi-bits digitales, que indican directamente su posición actual.
Los encoders pueden ser utilizados en una gran variedad de aplicaciones. Actúan como transductores de retroalimentación para el control de la velocidad en motores, como sensores para medición, de corte y de posición. También como entrada para velocidad y controles de rango.

Vemos algunos ejemplos:

–    Dispositivo de control de puertas

–    Robótica

–    Maquinas de lente demoledor

–    Plotter

–    Maquinas de prueba

–     Soldadura ultrasónica

–     Maquinaria convertidora

–    Maquinas de ensamblaje

–    Maquinas etiquetadoras

–    Indicación x/y

–    Dispositivos de análisis

–    Maquinas taladradoras

–    Maquinas mezcladoras

–    Equipo médico

-Codificación Absoluta vs Incremental

A- Codificación Incremental

Los encoders de incremento proveen un número específico de pulsos equitativamente espaciados por revolución (PPR) o por pulgada o milímetro de movimiento lineal.

-Se utiliza un solo canal de salida para aplicaciones donde el sentido de la dirección de movimiento no es importante (unidireccional).

-Donde se requiere el sentido de dirección, se utiliza la salida de cuadratura (bidireccional), con dos canales de 90 grados eléctricos fuera de la fase; el circuito determina la dirección de movimiento basado en la fase de relación entre ellos. Esto es útil para procesos que se pueden revertir, o para mantener la posición de red cuando se encuentra inmóvil u oscilando mecánicamente. Por ejemplo, la vibración de la maquina mientras este detenido podría ocasionar que un encoder unidireccional produzca una corriente de pulsos que serían contados erróneamente como movimiento. El controlador no sería engañado cuando se utilice la cuadratura de conteo.

Señales de cuadratura son decodificados por circuitos especializados que determinan la dirección de movimiento

basado en la relación de fase de canal de A respecto al canal B. La salida en cuadratura permite la supervisión

de los procesos que pueden revertir la dirección, o que deben mantener la posición neta cuando está parado o

oscilante mecánicamente. La cuadratura bidireccional se recomienda para la mayoría de aplicaciones de posición,

velocidad y de longitud.

Una salida de un encoder incremental indica movimiento. Para determinar la posición, sus pulsos deben ser acumulados por un contador. Esta cuenta sólo se produce una vez por revolución del eje. La cuenta está sujeta a pérdida durante una interrupción de energía o corrupción por transistores eléctricos. Cuando comienza, el equipo debe ser dirigido a una referencia o posición de origen para inicializar los contadores de posición.

Además de la codificación de la salida, hay opciones en cuanto al tipo de circuito de salida que se utiliza para la transmisión de la señal. Circuitos “current sinking”, “current sourcing” or “push-pull” se utilizan cuando la señal no tiene que viajar una gran distancia y el medio ambiente esté libre de fuentes de interferencia eléctrica. Es importante conocer el tipo de circuito al que el encoder se puede conectar a fin de seleccionar la salida adecuada.

Para la transmisión de larga distancia, y / o cuando los niveles altos de interferencias eléctricas están presentes, un circuito de salida diferencial en el driver es a menudo la mejor opción. Este tipo de interfaz proporciona las señales A y B más dos señales adicionales que son su inverso complementos (desplazada eléctrico 180 grados). Es capaz de conducir largas líneas de transmisión y comparando el canal de cada uno y su complemento, se puede cancelar la interferencia por modo común.

El sistema de control para una máquina normalmente está protegido dentro de un armario de metal.

Un encoder  puede ser alojado de manera similar. Sin embargo, a menos que se tomen las precauciones

adecuadas, el cable que conecta los dos puede ser una fuente de problemas debido a su captación de ruido eléctrico.

Este ruido puede resultar en la pérdida o ganancia de los recuentos de la señal, dando lugar a la entrada de datos correctos y pérdida de la posición.

La figura. 4.7, muestra cómo la introducción de dos pulsos de ruido se ha convertido un tren de cuatro pulsos en uno de los seis pulsos.

Algunas de las ventajas de utilizar encoders incrementales son las siguientes:
➜ Ellos son inherentemente digitales y por lo tanto, se puede interconectar fácilmente con dispositivos modernos
➜ Son de bajo costo y fácil de usar
➜ Le dan una buena resolución para el costo
➜ Su salida digital diferencial hace más inmune al ruido en comparación con otros dispositivos de retroalimentación que proporcionan señales analógicas
Algunas de las desventajas de la utilización de encoders incrementales son las siguientes:
➜ El encoder de cuadratura incremental (sin señales de conmutación) proporciona realimentación de velocidad y posición, pero no proporciona la señal de conmutación. Por lo tanto la posición absoluta es desconocida. Si la alimentación de la unidad se pierde entonces la posición se pierde
➜ Si se compara con una resolución, el rango de temperatura de funcionamiento es menor porque la electrónica está integrada en el retorno del encoder. El encoder sigue en funcionamiento a temperaturas de hasta 120 ° C (100 ° C máximo para mantener el rendimiento completo)

B- Codificación Absoluta

Un encoder absoluto genera mensajes digitales lo cual representa la posición actual del encoder, así como su velocidad y dirección de movimiento. Si la energía se pierde, su salida será corregida cada vez que la energía sea reestablecida. No es necesario ir a una posición referencial como con los encoders de tipo incremental. Los transistores eléctricos pueden producir únicamente errores de datos transitorios, usualmente muy breve como para afectar la dinámica de un control de sistema.

La resolución de un encoder absoluto es definida como el número de bits por mensaje de salida. Esta salida puede ser directamente en código binario o Gray, el cual produce un cambio de un solo bit en cada paso para reducir errores.

El tipo «absoluto» produce un código digital único para cada ángulo distinto del eje.

Codificador absoluto de código Gray con 13 pistas. En la parte superior se puede ver el receptáculo, el disco del interruptor y la fuente de luz.

En la parte inferior se puede ver el elemento de detección y componentes de soporte

La resolución de un encoder SinCos es dependiente de la frecuencia de la señal sinusoidal de onda y la tensión diferencial de pico a pico del encoder

Al igual que con los encoders convencionales SinCos rotativos, un encoder lineal SinCos también está disponible. La escala lineal se fija al bastidor de la placa soporte magnético y la cabeza del sensor está montado en la unidad de bobina. Este tipo de cabezal de detección es por lo general la forma más barata disponible en encoders lineales ópticos.

Algunas ventajas de los encoders SinCos son como sigue:
➜ alta resolución se puede lograr con la interpolación dentro de la unidad
➜ Se utilizan con encoders Comms para proporcionar señales incrementales

Algunas desventajas de los encoders SinCos son como sigue:
➜ posición absoluta es desconocida; encoders SinCos sólo se utilizan para incrementos de velocidad y posición de realimentación
➜ Sensible al ruido debido a la naturaleza analógica de la señal de realimentación