KDK: introducción a los encoders
1 – ¿Qué es un encoder?
Un encoder o codificador es un dispositivo electromecánico utilizado para convertir el movimiento mecánico en señales eléctricas que puedan ser interpretadas por sistemas electrónicos, como un PLC o un sistema de control.
El encoder es capaz de medir la posición, velocidad y dirección de un eje, ya sea rotativo o lineal.
Un eje rotativo es un componente mecánico que gira alrededor de un eje central y transmite fuerza y rotación.
Un eje lineal es un componente mecánico que permite que una carga se desplace de manera rectilínea.
2- Tipos de encoders
Los encoders se agrupan en dos grandes formatos: rotativos y lineales.
Un encoder rotativo es un tipo de encoder diseñado para ser utilizado en ejes rotativos, logrando medir la velocidad angular y la posición de un eje rotatorio.
Un encoder lineal es un tipo de encoder diseñado para ser utilizado en dispositivos con desplazamiento lineal y longitudinal, logrando medir la velocidad y posición de una pieza de movimiento lineal.
3- Tipos de medición
Los encoders pueden clasificarse en función a la naturaleza de la medición y su principio de funcionamiento:
- Encoder incremental: estos encoders generan pulsos eléctricos a medida que giran solidariamente al eje, indicando un cambio en la posición. Este tipo de medición no almacena información de la posición exacta, es por ello que requieren una referencia inicial para conocer el punto “cero” o punto de inicio. Generalmente este tipo de encoders trabajan conjuntamente con un contador externo, encargado de contabilizar los pulsos enviados por el encoder.
- Encoder absoluto: Estos encoders generan pulsos eléctricos únicos para cada posición por la que pase el eje, logrando conocer con total exactitud en dónde se encuentra el eje.
Para los encoders rotativos absolutos, podemos encontrar variantes monovuelta y multivuelta.
Un encoder rotativo monovuelta devuelve un tipo de señal de salida que se repite en cada revolución completa del eje (360°). De este modo, no existe manera de saber si el eje ha realizado 1 o 1000 revoluciones, o dicho en otros términos, el encoder no puede saber cuántas veces el eje ha rotado 360 grados por completo.
Un encoder rotativo multivuelta devuelve un tipo de señal de salida que permite contabilizar cada revolución completa respectivamente, con un límite determinado de revoluciones. Esto quiere decir que este tipo de encoder si tiene la capacidad de contabilizar la cantidad de veces que el eje rota 360 grados por completo.
Diferencias entre un disco de encoder Incremental (izquierda) y un encoder absoluto (derecha). En ambos casos, discos ópticos de encoder.
4- Tipos de tecnología
Los encoders utilizan diversas tecnologías para lograr la medición:
- Óptica: Los encoders que utilizan tecnología óptica cuentan con 3 piezas fundamentales: – una fuente de luz (LED Infrarrojo) – un disco codificado con ranuras – un receptor de luz.
El disco codificado gira solidariamente al eje. Cuando este se desplaza, el LED que se encuentra en una de las caras del disco irradia iluminación. El receptor, que se encuentra en la cara opuesta del disco, percibe el paso de la luz entre las ranuras.
- Magnética: Los encoders que utilizan tecnología magnética cuentan con 2 piezas fundamentales: – un disco imantado – un sensor de Efecto Hall.
El disco imantado cuenta con ranuras polarizadas, es decir, polos Norte y Sur alternados a lo largo del disco. El disco imantado gira solidariamente al eje. El Sensor de Efecto Hall detecta los cambios de intensidad de los campos magnéticos.
- Capacitiva: Los encoders que utilizan tecnología capacitiva cuentan con 2 piezas fundamentales: < – un disco moldeado – un sensor capacitivo.
El disco cuenta con una serie de relieves que modifican su diámetro externo. Este disco gira solidariamente al eje.
El sensor capacitivo detecta los cambios de distancia en el diámetro exterior del disco.
5 – Tipos de formatos
Los encoders cuentan con diversas configuraciones mecánicas que se adaptan a cada caso de aplicación.
- Eje Sólido
- Eje Sólido con brida de apriete
- Eje Sólido con brida cuadrada
- Eje Hueco
- Eje hueco ciego
- Eje hueco ciego pasante
6 – Tipología de señal de un encoder
Los encoders interactúan con los sistemas de control por medio de una interfaz. Dependiendo del tipo de medición que realiza el encoder, las interfaces pueden variar. Existen tanto interfaces digitales como analógicas.
Las interfaces digitales trabajan con señales discretas, mientras que las Interfaces Analógicas permiten obtener una salida proporcional a la posición del eje, utilizando la variación en una magnitud eléctrica. Este tipo de Interfaz es común en encoders lineales.
Interfaz digital de encoder Incremental
El encoder incremental cuenta con 2 canales de salida, comúnmente denominadas A y B, que aportan señales cuadradas desfasadas 90° una de la otra cuando hay movimiento en el eje. Este desfase se utiliza para determinar el sentido de giro del eje. A este tipo de salida se la denomina “Salida en Cuadratura”.
Este tipo de Interfaz puede aportar una salida adicional denominada Z, encargada de contar la cantidad de revoluciones que se completan (contar cuando el eje realice los 360° completos).
Salida de Interfaz digital de encoder Incremental
Tanto los encoders Incrementales Rotativos como lineales pueden utilizar salidas de tipo HTL o TTL. Estos tipos de salidas digitales emplean pulsos producidos ante el movimiento del eje.
TTL – Totem Pole
La señal de salida TTL (Transistor-Transistor Logic) se basa en la utilización de circuitos integrados basados en transistores bipolares en configuración ‘Totem’. Este tipo de señal de salida cuenta con 2 estados lógicos, Alto (lógica 1, +5V) y Bajo (lógica 0, 0V). La señal de salida TTL ofrece un bajo consumo y tiempos de respuesta al cambio de estado más rápidos. Utiliza valores de tensión independientes de la tensión de alimentación.
Como desventaja, las señales tipo TTL suelen ser más susceptibles a perturbaciones e interferencias eléctricas de la red, y por tanto, no es recomendable emplearlas para recorrer largas distancias de cableado.
Existe la posibilidad de combinar la señal de salida TTL con el estándar técnico RS-422 para la transmisión digital de señales, permitiendo obtener mejores resultados a la hora de transmitir en largas distancias y con presencia de ruido eléctrico. A esta combinación se la denomina TTL-RS-422.
HTL – Push-Pull
La señal de salida HTL (High-Transistor Logic) se basa en la utilización de circuitos integrados basados en transistores bipolares. Este tipo de señal cuenta con 2 estados lógicos, Alto (lógica 1, +12/24V) y Bajo (lógica 0, 0V).
La señal de salida HTL ofrece menor susceptibilidad a las perturbaciones eléctricas, y permite alcanzar mayores distancias de cableado. Utiliza los valores de tensión de alimentación.
Como desventaja, las señales de tipo HTL suelen ser un poco más lentas que las señales TTL, y poseen una mayor tasa de consumo.
Interfaz digital de encoder absoluto
El encoder absoluto genera mensajes digitales que varían, para representar la posición actual del eje, así como su velocidad y movimiento. Esta salida puede ser un código binario o un código Gray.
Esto significa que este tipo de salida produce un código digital único para cada posición del eje.
Interfaz analógica de encoder absoluto
El encoder absoluto (generalmente los encoders lineales) utilizan una interfaz analógica linealizada. Para representar cada posición del eje, emplean una magnitud eléctrica (Corriente (4-20mA; 0.5-4.5mA), Tensión (0-5V; 0-10V; 0-20V) dentro de un determinado rango. Cada posición del eje corresponde a un valor dentro de ese rango.
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