Para controlar el movimiento en una máquina o sistema electromecánico, se necesita una retroalimentación de posición continua de las partes móviles. Ahí es donde los codificadores entran en escena. Pero, ¿cómo se determina cuál es mejor para cada trabajo?
El codificador óptico absoluto A2K de US Digital se puede montar en conjuntos de cojinetes y ejes existentes. El codificador informa el ángulo del eje dentro de una sola rotación de 360 ° de un eje.
El año pasado, Automation World examinó las diferencias entre exactitud, resolución y precisión en el mundo de los codificadores. Y si bien comprender las diferencias entre estos términos es importante para entender la función del codificador, es aún más importante determinar de manera eficaz el tipo correcto de codificador para su aplicación.
La función principal de un codificador es proporcionar información a un controlador sobre la posición de las partes móviles en una máquina o sistema electromecánico. “Los codificadores cierran el ciclo de retroalimentación y le dicen exactamente qué está haciendo una parte móvil en su sistema”, dice Neal Donowitz, director de operaciones de US Digital, un proveedor de codificadores.
Dado el papel de retroalimentación de los codificadores en un sistema de control de movimiento, Donowitz dijo que la primera decisión en el proceso de selección de su codificador debe basarse en el tipo de movimiento en su aplicación.
“El movimiento lineal ocurre en línea recta, hacia adelante y hacia atrás. Por lo tanto, los codificadores lineales están hechos para usarse en aplicaciones como informar la posición de un forzador en un motor lineal o la distancia en calibradores digitales”, dijo.
Los codificadores rotativos suelen estar conectados a un motor para informar la posición del eje del motor. Donowitz agregó que también se pueden usar “con cualquier cosa que gire. Por ejemplo, pueden informar el ángulo de los flaps de un avión o el ángulo del brazo de un robot".
Un controlador de movimiento utiliza la información de cualquier tipo de codificador, lineal o giratorio, para calcular la posición, la velocidad, la distancia y la dirección.
Óptico, magnético o capacitivo
Una vez que se ha determinado el tipo de movimiento a monitorear en su sistema, el siguiente paso es determinar cuál de los tres tipos de codificadores es mejor para la aplicación: óptico, magnético o capacitivo.
En los codificadores ópticos, las líneas bloquean la luz; Las ventanas dejan pasar la luz a través de un sensor. La salida aumenta cuando el sensor recibe luz y baja cuando la luz está bloqueada.Los codificadores más utilizados son los ópticos. “Dentro de estos codificadores hay un disco con áreas opacas y transparentes, generalmente en un patrón de líneas y ventanas”, dijo Donowitz. “Una matriz de LED ilumina el disco: las líneas bloquean la luz y las ventanas dejan que la luz pase a través de un fotosensor en el otro lado. En la mayoría de los codificadores, las señales del sensor se procesan con un circuito de acondicionamiento de señales integrado y se transmiten al controlador de movimiento ".
Debido a que los codificadores ópticos funcionan mejor cuando nada se interpone en el camino de la luz, los entornos de operación con alta humedad, humedad o polvo excesivo pueden causar problemas a los codificadores ópticos a menos que se aborden en un empaque especial.
Los codificadores magnéticos suelen tener un imán unido a un eje giratorio para que un sensor estacionario pueda detectar las líneas de campo norte-sur del imán e informar del ángulo del campo magnético a medida que gira el eje.
Donowitz dijo que los codificadores magnéticos se utilizan con frecuencia en entornos húmedos, húmedos o polvorientos que pueden causar problemas a los ópticos. Sin embargo, debido a que los codificadores magnéticos pueden ser sensibles a los campos magnéticos vagos que pueden provenir del motor, o incluso de otros codificadores cercanos, es posible que los usuarios necesiten instalar un blindaje magnético para bloquear los campos vagos y aislar el codificador.
Los codificadores magnéticos tienen un imán giratorio en su interior y un sensor que detecta las posiciones del campo magnético.Los codificadores capacitivos son el tipo más nuevo de tecnología de codificadores. Estos codificadores detectan cambios en la capacidad y relacionan ese cambio con la posición. "Dentro del codificador, un transmisor envía una señal de alta frecuencia a través de un rotor a un receptor", dijo Donowitz. "El rotor modula la señal y el receptor traduce la señal modulada, que luego se envía al controlador de movimiento".
Explicó que los codificadores capacitivos consumen menos corriente que los ópticos y magnéticos y funcionan bien en entornos con polvo, humedad o condensación. Sin embargo, las velocidades máximas de los codificadores capacitivos son "a menudo menores que las de los codificadores ópticos", señaló.
Incremental, Absoluto o Pseudo-Absoluto
Comprender cómo los codificadores capturan los datos de posición es un factor de decisión importante. El otro es cómo los codificadores informan la información de posición que recopilan.
Según Donowitz, existen dos formas principales en que los codificadores reportan esta información, siendo un tercer método un enfoque híbrido de los dos métodos principales.
Los codificadores incrementales informan la posición relativa, dijo. “A medida que el disco interno gira o se mueve una tira lineal, el codificador transmitirá un pulso alto o bajo para cada incremento de movimiento. Dos canales de salida, a menudo llamados Canal A y Canal B, se utilizan normalmente para enviar señales a un controlador de movimiento. Los canales están desplazados entre sí por 90 grados eléctricos, una diferencia de fase conocida como cuadratura, que permite que el controlador de movimiento determine la dirección del movimiento ".
Debido a que los pulsos transmitidos por codificadores incrementales son simples de procesar, Donowitz dijo que estos codificadores son reconocidos como buenas opciones para el control de posición y velocidad. Son particularmente efectivos a altas velocidades porque transmiten continuamente pulsos de salida. El principal inconveniente de este tipo de codificador es que perderán información de posición si se corta o se apaga la energía.
Como su nombre lo indica, los codificadores absolutos informan la posición absoluta, incluso si se apaga y enciende. “Cada sector del disco interno en un codificador absoluto tiene un patrón único”, dijo Donowitz. “Las salidas del codificador transmiten información que el controlador puede utilizar para determinar la posición exacta del sistema mecánico. Hay muchos tipos de salida disponibles, incluida la variación de voltaje analógico, la modulación de ancho de pulso y las interfaces de comunicación en serie ".
Hay dos tipos de codificadores absolutos: de una vuelta y varias vueltas. Los codificadores absolutos de una vuelta informan la posición dentro de una revolución del disco del codificador, mientras que los codificadores absolutos de varias vueltas también realizan un seguimiento del número total de vueltas. Donowitz señaló que los modelos de varias vueltas necesitan una batería de respaldo, engranajes u otro método para preservar la información de posición si se apaga y enciende.
Una tercera salida, llamada Índice, ocupa su propia banda en el disco codificador y proporciona información de posición absoluta en una única ubicación.También señaló que los codificadores absolutos requieren circuitos internos que son "más complejos que los codificadores incrementales, lo que los hace más costosos". Además, debido a que los codificadores absolutos no transmiten continuamente sus datos como los codificadores incrementales, es posible que no sean adecuados para algunas aplicaciones de alta velocidad.
Los codificadores pseudo-absolutos, también conocidos como codificadores incrementales con índice, son básicamente codificadores incrementales con un tercer canal agregado, es decir, el índice. "Esto les da la capacidad de actuar como codificadores absolutos", dijo Donowitz. “El índice es una marca, ubicada en su propia banda en el disco codificador o en la tira lineal. El codificador puede realizar un seguimiento de su ubicación por lo lejos que está del índice ".
Sin embargo, esto solo es cierto mientras la energía permanezca encendida. “Si falla la energía o se apaga, perderá toda la información de posición”, dijo Donowitz. "Su sistema deberá realizar un movimiento de referencia para encontrar la posición del índice y comenzar a contar desde ese punto".
Más para considerar
Aunque se puede determinar mucha información sobre la selección de codificadores a partir del conocimiento de cómo funcionan los diferentes tipos de codificadores y cómo transmiten sus datos, aún hay más factores a tener en cuenta. Algunas de estas consideraciones incluyen decidir entre codificadores con eje, kit o hueco; la potencia disponible y la velocidad de funcionamiento de su sistema; y necesidades de alojamiento para el codificador según el entorno operativo del sistema.
En los codificadores ópticos, las líneas bloquean la luz; Las ventanas dejan pasar la luz a través de un sensor. La salida aumenta cuando el sensor recibe luz y baja cuando la luz está bloqueada.
