Com funciona un encoder o codificador de posició

Un encoder és un sensor que transforma un moviment mecànic en un senyal elèctric interpretable per un PLC, un variador de freqüència, un servocontrolador, un comptador, un sistema dadquisició de dades o un ordinador industrial.

També rep el nom de codificador de posició, encara que a l'entorn industrial actual s'utilitza amb molta més freqüència el terme encoder.

Depenent del seu disseny, un encoder pot proporcionar informació sobre:

• La posició angular dun eix.
• La posició lineal dun element mòbil.
• El desplaçament realitzat.
• El sentit del moviment.
• La velocitat de gir o desplaçament.
• El nombre de voltes efectuades.
• L'acceleració calculada a partir de la variació de la velocitat.

Entendre com funciona un encoder permet seleccionar correctament la seva tecnologia, resolució, interfície de sortida i sistema de muntatge.

Els encoders són components fonamentals en automatització industrial, robòtica, màquines CNC, servomotors, ascensors, grues, aerogeneradors, línies de producció, maquinària d'embalatge, sistemes d'impressió i equips de mesura.

En termes senzills, un encoder és el dispositiu que permet a una màquina saber quant s'ha mogut un eix, en quina direcció ho ha fet i, en determinats models, en quina posició exacta es troba.

Com funciona un encoder?

El principi general de funcionament d'un encoder consisteix a desplaçar un patró físic solidari a l'element la posició del qual es vol mesurar.

En un encoder rotatiu, aquest patró es troba normalment sobre un disc unit a l'eix. En un encoder lineal, es disposa sobre una regla, una cinta o una escala que es desplaça longitudinalment.

El patró conté zones diferenciades que poden ser detectades per un capçal de lectura fixe. Depenent de la tecnologia emprada, aquestes zones es poden distingir per les seves propietats:

• Òptiques.
• Magnètiques.
• Inductives.
• Capacitives.
• Elèctriques o de contacte.

Quan el disc o la regla es desplaça, el capçal detecta els canvis successius del patró. L'electrònica interna condiciona aquests senyals i els converteix en impulsos, senyals sinusoïdals o paraules digitals que representen el moviment o la posició.

El sistema no mesura necessàriament la posició mitjançant contacte directe. En la majoria dels encoders industrials moderns, la lectura es realitza sense contacte, cosa que redueix el desgast i permet assolir una elevada vida útil.

Què mesura un encoder?

La magnitud que mesura directament un encoder és la posició o el desplaçament. Tot i això, a partir del seu senyal també es poden calcular altres variables relacionades amb el moviment.

Posició

La posició pot ser angular, expressada normalment en graus, revolucions o comptes, o lineal, expressada en mil·límetres, micròmetres o altres unitats de longitud.

Desplaçament

En un encoder incremental, el desplaçament s'obté comptant els impulsos generats durant el moviment.

Velocitat

La velocitat es determina mesurant la freqüència dels impulsos o el temps transcorregut entre dos impulsos consecutius.

Sentit de moviment

El sentit es determina comparant dos senyals desfasats entre si, normalment anomenats canals A i B.

Acceleració

L'acceleració es pot calcular a partir de la variació de la velocitat respecte del temps. No és una sortida directa de l'encoder, sinó un valor calculat pel sistema de control.

Encoder rotatiu i encoder lineal

Els encoders es poden classificar segons el tipus de moviment que han de mesurar.

Encoder rotatiu

Un encoder rotatiu mesura el gir dun eix. L'element de mesura sol ser un disc solidari a l'eix i dividit en sectors o pistes codificades.

Permet conèixer:

• L'angle girat.
• La posició angular.
• La velocitat de rotació.
• El sentit de gir.
• El nombre de revolucions.

És el tipus d'encoder més habitual en motors, servomotors, reductors, robots, màquines CNC, ascensors i sistemes de posicionament.

Encoder lineal

Un encoder lineal mesura el desplaçament d‟un element al llarg d‟una trajectòria recta.

En comptes d'un disc, utilitza una regla, una escala òptica, una cinta magnètica o un patró lineal. El capçal de lectura es desplaça respecte a aquesta escala o bé l'escala es mou respecte al capçal.

S'utilitza principalment a:

• Màquines eina.
• Taules de posicionament.
• Equips de metrologia dimensional.
• Cilindres i actuadors lineals.
• Sistemes de tall.
• Impressores i maquinària gràfica.
• Aplicacions de posicionament d´alta precisió.

Encoder incremental: funcionament i senyals

Un encoder incremental genera impulsos a mesura que es produeix el moviment. Cada pols representa un determinat increment de posició, però no identifica per si mateix una posició absoluta.

La posició es calcula comptant els impulsos des dun punt de partida conegut.

En un encoder òptic incremental, el disc conté sectors transparents i opacs distribuïts de manera uniforme. Una font de llum se situa a un costat del disc i un fotodetector al costat contrari.

Quan el disc gira, es produeix la seqüència següent:

1. Una zona transparent permet que la llum arribi al detector.
2. Una zona opaca interromp el feix lluminós.
3. El fotodetector commuta entre dos nivells elèctrics.
4. L'electrònica condiciona el senyal.
5. La sortida es converteix en tren d'impulsos.
6. El controlador compta els impulsos per calcular el desplaçament.

El nombre d‟impulsos generats per cada volta depèn de la resolució del disc codificat.

Canals A i B d'un encoder incremental

Un encoder amb un sol senyal permet comptar impulsos, però no pot determinar directament el sentit del moviment. El mateix tipus de pols es genera tant si leix gira cap a la dreta com si gira cap a lesquerra.

Per resoldre aquest problema, la majoria dels encoders incrementals industrials incorporen dos senyals denominats canal A i canal B.

Tots dos senyals tenen la mateixa freqüència, però estan desfasats elèctricament 90°, és a dir, un quart de cicle. Aquesta disposició rep el nom de quadratura.

El controlador determina el sentit observant quin dels dos senyals canvia primer:

• Si el canal A avança al canal B, l'eix gira en un sentit.
• Si el canal B s'avança al canal A, l'eix gira en sentit contrari.

El sentit concret assignat a cada seqüència dependrà del muntatge mecànic, del costat des del qual observeu l'eix i de la configuració del sistema de control.

L'ús de dos senyals desfasats permet que un comptador bidireccional sumi impulsos en un sentit i els reste quan el moviment canvia de direcció.

Canal Z, índex o referència

A més dels canals A i B, molts encoders incrementals incorporen un tercer senyal denominat:

• Canal Z.
• Índex.
• Impuls de zero.
• Reference premi.
• Marker premi.

El canal Z genera normalment un únic impuls per volta. La finalitat és proporcionar una referència angular repetitiva.

Aquest senyal s'utilitza per a:

• Realitzar la cerca dorigen duna màquina.
• Sincronitzar el comptador.
• Verificar que s'ha completat una revolució.
• Corregir possibles desviacions acumulades.
• Establir una posició mecànica de referència.

El canal Z no converteix l'encoder incremental en absolut. Només proporciona una marca coneguda una vegada per revolució. Fins que l'eix no arriba a aquesta marca, el sistema no coneix la seva posició de referència.

Què passa si es desconnecta un encoder incremental?

L'encoder incremental no emmagatzema intrínsecament la posició. Genera informació sobre el moviment però la posició acumulada s'obté externament mitjançant un comptador.

Si l'alimentació s'interromp i el controlador perd el valor comptat, la posició deixa de ser coneguda. Quan es torna a engegar la màquina, normalment cal fer una operació de referència o homing.

També podeu aparèixer un error de posició si:

• Es perd un impuls per interferències.
• El disc òptic està contaminat.
• Hi ha una interrupció al cable.
• La freqüència de sortida supera la capacitat del comptador.
• L'eix es mou mentre el sistema de lectura està fora de línia.

En sistemes crítics es poden utilitzar comptadors amb memòria no volàtil, sistemes dalimentació de respatller o rutines periòdiques de referència. Aquestes mesures pertanyen al sistema de control i no converteixen el mesurament incremental en un mesurament absolut.

Encoder absolut: funcionament

Un encoder absolut proporciona un valor únic per a cada posició del recorregut.

En lloc de generar únicament una successió d'impulsos, lliura una paraula digital que representa directament la posició de l'eix o de la regla respecte a una referència interna.

En un encoder òptic absolut, el disc incorpora diverses pistes concèntriques. Cada pista representa un bit i conté sectors transparents i opacs distribuïts segons un codi determinat.

Un conjunt de fotodetectors llegeix simultàniament totes les pistes. La combinació d'estats detectats forma una paraula digital diferent per a cada posició.

El nombre de posicions disponibles es calcula mitjançant:

On n és el nombre de bits de l'encoder.

La resolució angular teòrica es pot calcular mitjançant:

Per exemple, un encoder absolut de 12 bits divideix una volta completa en 4.096 posicions:

Un encoder absolut conserva la posició sense alimentació?

Un encoder absolut no necessita comptar tots els moviments realitzats des d'un origen per conèixer-ne la posició. Quan s'alimenta, llegeix el codi corresponent a la posició actual i lliura immediatament aquest valor.

Això vol dir que, encara que hagi estat desconnectat, pot recuperar la posició angular així que torna a rebre alimentació.

No obstant això, cal diferenciar entre encoder absolut monovolta i multivolta.

Encoder absolut monovolta o singleturn

Un encoder absolut singleturn determina la posició exacta dins una revolució.

Per exemple, un encoder singleturn de 12 bits pot distingir 4.096 posicions dins dels 360°, però no indica quantes voltes completes s'han fet.

Encoder absolut multivolta o multiturn

Un encoder absolut multiturn determina la posició dins una volta i comptabilitza a més el nombre de revolucions efectuades.

El registre multivolta es pot obtenir mitjançant:

• Engranatges interns.
• Comptadors electrònics amb bateria.
• Sistemes de captació denergia.
• Tecnologies magnètiques o electròniques sense bateria.

Un encoder multiturn és adequat quan l'eix pot fer diverses voltes i cal conservar la posició total, com passa en grues, elevadors, clavegueres, vàlvules, robots i sistemes automàtics d'emmagatzematge.

Per què els encoders absoluts utilitzen codi Gray?

En un disc absolut codificat en binari natural podeu canviar diversos bits simultàniament en passar d'una posició a la següent.

Per exemple:

Durant aquesta transició canvien tres bits. Com que els sensors no commuten exactament al mateix instant, durant una fracció de temps es podria obtenir una combinació intermèdia incorrecta.

El codi Gray redueix aquesta ambigüitat perquè entre dues posicions consecutives canvia només un bit.

El seu principal avantatge en un encoder absolut és reduir els errors associats a la transició entre posicions contigües.

El codi Gray no és, per si mateix, un codi de detecció derrors de transmissió. Per transmetre la posició mitjançant un cable industrial es poden utilitzar protocols que incorporin comprovacions addicionals.

Diferència entre encoder incremental i absolut

La diferència fonamental és el tipus d'informació que proporciona cada encoder.

Quan triar un encoder incremental?

Un encoder incremental és una solució adequada quan:

• Hi ha una rutina de referència.
• Cal mesurar principalment velocitat.
• El cost és un factor important.
• El sistema pot conservar externament el comptador.
• No hi ha risc de moviments amb la màquina desconnectada.

Quan triar un encoder absolut?

Un encoder absolut és preferible quan:

• La posició s'ha de conèixer immediatament en arrencar.
• No es pot fer una cerca d'origen.
• L'eix es pot desplaçar mentre l'equip està apagat.
• Una posició incorrecta pot provocar danys.
• Cal conèixer el nombre total de voltes.

Com funciona un encoder òptic

La tecnologia òptica és una de les més utilitzades quan es requereix una bona resolució, precisió i repetibilitat.

Un encoder òptic està format normalment pels elements següents:

1. Un eix o element mòbil.
2. Un disc o escala codificada.
3. Una font de llum, generalment un LED.
4. Un sistema òptic o lent de col·limació.
5. Un o diversos fotodetectors.
6. Un circuit de condicionament.
7. Una etapa de sortida o interfície de comunicació.

Font de llum

La font de llum il·lumina el patró codificat. Normalment s'utilitza un LED degut a la seva mida reduïda, velocitat de resposta i llarga vida útil.

El sistema pot incorporar una lent per dirigir la radiació sobre el disc i obtenir-ne un feix ben definit.

Disc o escala òptica

L'element codificat es pot fabricar a:

• Vidre.
• Metall.
• Material plàstic.
• Pel·lícula flexible.
• Regla de precisió.

El vidre permet obtenir patrons molt estables i definits, però pot ser més sensible a cops. Els discos metàl·lics ofereixen una resistència mecànica més gran, encara que la seva fabricació i planitud poden limitar la resolució assolible.

Fotodetector

El fotodetector converteix la llum rebuda en un senyal elèctric. Es pot utilitzar un fotodíode, un fototransistor o una matriu de fotosensors.

El senyal original del detector no sempre és perfectament quadrat. Pot presentar una forma aproximadament sinusoïdal a causa de la mida del feix, la geometria de les ranures i la resposta del sistema òptic.

L'electrònica interna amplifica, filtra i compara el senyal per obtenir nivells de sortida correctament definits.

Electrònica d'acondicionament

L'electrònica de l'encoder pot realitzar funcions com:

• Amplificació del senyal del fotodetector.
• Compensació de les variacions d'intensitat.
• Comparació mitjançant llindars.
• Generació de senyals quadrats.
• Interpolació de senyals sinusoïdals.
• Correcció derrors.
• Conversió del codi Gray.
• Comunicació amb el sistema de control.

Encoder òptic transmissiu

En un encoder òptic transmissiu, la font de llum i el detector es troben a costats oposats del disc.

Les zones transparents deixen passar la llum, mentre que les zones opaques la bloquegen. És una configuració habitual en encoders rotatius de precisió.

Encoder òptic reflectiu

En un encoder òptic reflectiu, la font de llum i el detector es troben al mateix costat.

El disc o escala disposa de zones reflectores i no reflectores. La quantitat de llum reflectida canvia amb la posició i permet detectar-ne el moviment.

Encoders òptics basats en franges de Moiré

Els encoders òptics d'alta resolució poden fer servir dues reixetes o escales superposades. Quan una es desplaça respecte a l'altra apareixen franges d'interferència conegudes com franges de Moiré.

Un desplaçament petit de l'escala produeix un moviment més visible de les franges observades. Això permet detectar desplaçaments molt petits i interpolar posicions entre les divisions físiques del patró.

Aquesta tècnica es pot aplicar tant a encoders lineals com a rotatius.

Avantatges de l'encoder òptic

• Resolució elevada.
• Bona precisió.
• Excel·lent repetibilitat.
• Absència de contacte mecànic.
• Baixa histèresi.
• Capacitat de generar senyals incrementals o absoluts.
• Possibilitat d'interpolació.
• Bona resposta a velocitats elevades.

Limitacions de l'encoder òptic

La qualitat de la mesura es pot veure afectada per:

• Pols.
• Oli.
• Fum.
• Condensació.
• Humitat interna.
• Desalineació òptica.
• Vibracions o impactes.
• Deteriorament del disc.
• Variacions excessives de temperatura.
• Degradació dels elements optoelectrònics.

Aquestes limitacions no signifiquen que un encoder òptic no es pugui utilitzar en indústria. Els models industrials moderns incorporen carcasses segellades, rodaments, òptiques protegides, compensacions electròniques i graus de protecció adequats.

La selecció s'ha de fer segons l'ambient real d'instal·lació.

Altres tecnologies d'encoder

Encara que la tecnologia òptica és una de les més conegudes, hi ha altres principis de mesura adequats per a condicions ambientals o requisits específics.

Encoder magnètic

Un encoder magnètic utilitza un imant, una roda dentada ferromagnètica o un anell amb pols magnètics alterns.

El camp magnètic pot ser detectat mitjançant:

• Sensors defecte Hall.
• Sensors magnetorresistius.
• Sensors magnetorresistius anisotròpics.
• Sensors magnetorresistius amb efecte túnel.
• Bobines inductives.
• Sensors defecte Wiegand.

L'orientació o la intensitat del camp canvia a mesura que gira l'eix. L'electrònica processa els senyals obtinguts per calcular l'angle o generar impulsos incrementals.

Els seus principals avantatges són:

• Bona resistència a la pols ia l'oli.
• Tolerància a vibracions.
• Construcció compacta.
• Funcionament sense contacte.
• Adequació a maquinària mòbil i ambients industrials.

Entre les seves limitacions hi ha la possible influència de camps magnètics externs, la necessitat de controlar la distància entre l'imant i el sensor i, en alguns dissenys, una precisió inferior a la d'un encoder òptic equivalent.

Encoder inductiu

Un encoder inductiu genera un camp electromagnètic mitjançant bobines. El desplaçament d‟una peça conductora od‟un patró modifica l‟acoblament, la inductància o els corrents induïts.

L'electrònica mesura aquestes variacions i en determina la posició.

Les seves característiques principals són:

• Funcionament sense contacte.
• Bona resistència a brutícia, humitat i vibracions.
• Absència d'elements òptics.
• Adequació a aplicacions industrials exigents.
• Bona estabilitat mecànica.

No s'ha de confondre un encoder inductiu amb un resoldre, encara que tots dos utilitzen fenòmens electromagnètics per mesurar una posició angular.

Encoder capacitiu

Un encoder capacitiu disposa d'elèctrodes fixos i mòbils. El desplaçament modifica periòdicament la capacitat elèctrica entre aquests.

L'electrònica mesura aquestes variacions i en calcula la posició.

Entre les seves característiques destaquen:

• Baix consum.
• Construcció compacta.
• Bona resolució.
• Immunitat davant de camps magnètics.

La humitat, les variacions de distància, la contaminació dielèctrica i les capacitats paràsites s'han de controlar mitjançant un disseny i segellat adequats.

Encoder mecànic o de contacte

En un encoder mecànic, unes escombretes es desplacen sobre sectors conductors i aïllants.

El principal avantatge és que pot generar senyals elèctrics d'amplitud elevada sense necessitat d'un sistema òptic complex.

No obstant això, presenta importants limitacions:

• Desgast mecànic.
• Rebot de contactes.
• Limitació de velocitat.
• Menor vida útil.
• Possibles pèrdues de contacte per vibració.

Per això s'utilitza principalment en comandaments de panell, selectors i aplicacions de baixa velocitat, i molt menys en posicionament industrial de precisió.

Comparació de tecnologies d'encoder

Resolució d'un encoder incremental

Als encoders incrementals rotatius, la resolució sol expressar-se mitjançant:

• PPR: polsos per revolució.
• Impulsos per tornada.
• Línies per volta.
• CPR: comptes per revolució.

S'ha de comprovar sempre la definició utilitzada pel fabricant, perquè els termes PPR i CPR no es fan servir de la mateixa manera a tots els catàlegs.

En un encoder amb senyals A i B, el controlador pot comptar:

• Un flanc per període: descodificació ×1.
• Dos flancs per període: descodificació ×2.
• Els quatre flancs d'A i B: descodificació ×4.

Per exemple, un encoder de 1.024 PPR pot proporcionar fins a 4.096 comptes per volta quan es llegeixen els quatre flancs dels senyals A i B.

L'increment del nombre de comptes no s'ha de confondre amb una millora equivalent de l'exactitud. La resolució digital i la precisió mecànica són especificacions diferents.

Resolució, exactitud i repetibilitat

Un dels errors més freqüents en seleccionar un encoder és considerar que una resolució elevada implica automàticament una exactitud elevada.

No són conceptes equivalents.

Resolució

És el menor increment de posició que pot representar la sortida de l'encoder.

Exactitud

És la proximitat entre la posició indicada per l'encoder i la posició real.

Repetibilitat

És la capacitat de l'encoder per indicar el mateix valor quan l'eix torna diverses vegades a una posició determinada.

Linealitat

Indica quant es desvia la relació entre la posició real i la posició mesurada respecte a una resposta ideal.

Un encoder pot oferir milions de comptes per volta i, tanmateix, presentar errors mecànics, òptics o electrònics superiors a la mida dun compte.

L'exactitud final es pot veure afectada per:

• Excentricitat del disc.
• Joc de l´eix.
• Qualitat dels rodaments.
• Error del patró codificat.
• Desalineació.
• Error de interpolació.
• Temperatura.
• Flexibilitat de l´acoblament.
• Errors de muntatge.

Com es calcula la velocitat amb un encoder

La velocitat es pot calcular comptant els impulsos durant un interval de temps o mesurant el període entre dos impulsos consecutius.

Si un encoder genera N polsos per volta i es mesura una freqüència f, la velocitat es pot calcular mitjançant:

Per exemple, per a un encoder de 1.000 polsos per volta amb una freqüència de sortida de 20.000 Hz:

Quan s'utilitza descodificació en quadratura ×4, cal definir-la correctament si el valor N representa polsos, períodes o comptes.

A velocitats elevades també cal comprovar que la freqüència màxima de sortida no supera la freqüència dentrada admesa pel PLC, comptador, variador o servocontrolador.

Senyals i interfícies de sortida

La tecnologia interna de l'encoder no s'ha de confondre amb la interfície elèctrica.

Dos encoders òptics amb un principi de lectura similar poden utilitzar sortides completament diferents.

Sortides d'encoders incrementals

• Push-pull.
• HTL.
• TTL.
• Line driver diferencial RS-422.
• Col·lector obert.
• NPN.
• PNP.
• Sinus i cosinus d'1 Vpp.
• Senyals diferencials A, /A, B, /B, Z i /Z.

Els senyals diferencials són especialment recomanables en cables llargs o entorns amb interferències, perquè permeten al receptor rebutjar el soroll que afecta de manera similar els dos conductors.

Interfícies d'encoders absoluts

• Sortida paral·lela.
• SSI.
• BiSS-C.
• CANopen.
• SAE J1939.
• IO-Link.
• EtherCAT.
• PROFINET.
• EtherNet/IP.
• Interfícies propietàries de servomotors i variadors.

La interfície ha de ser compatible amb el controlador i disposar duna velocitat dactualització suficient per a la dinàmica de laplicació.

Com triar un encoder

La selecció ha de començar per les necessitats mecàniques i metrològiques de l'aplicació, i no només pel nombre d'impulsos o bits.

Tipus de moviment

S'ha de determinar si s'ha de mesurar:

• Moviment rotatiu.
• Moviment lineal.
• Una sola volta.
• Diverses voltes.
• Posició relativa.
• Posició absoluta.

Resolució necessària

La resolució ha de ser suficient per al control requerit. Augmentar indiscriminadament el nombre de comptes pot incrementar la freqüència de sortida i la càrrega del sistema sense millorar-ne l'exactitud real.

Exactitud i repetibilitat

En sistemes de posicionament s'ha de comprovar l'exactitud especificada pel fabricant, especialment quan hi intervenen reduccions mecàniques, engranatges o clavegueres.

Velocitat màxima

Cal verificar:

• La velocitat mecànica màxima de l'encoder.
• La freqüència màxima de sortida.
• La capacitat del comptador.
• El temps de cicle del PLC.
• La velocitat del bus de comunicació.

Tipus d'eix

Els principals formats mecànics són:

• Eix massís.
• Eix buit.
• Eix buit passant.
• Eix buit cec.
• Encoder sense rodaments.
• Encoder modular.
• Kit d'encoder per a integració a motor.

Càrregues sobre l'eix

No s'han de superar les càrregues radials i axials permeses. Normalment es fa servir un acoblament flexible per compensar petits errors d'alineació sense transmetre esforços excessius als rodaments.

Condicions ambientals

S'ha de valorar:

• Temperatura de feina.
• Presència de pols.
• Aigua i humitat.
• Oli.
• Productes químics.
• Condensació.
• Vibració.
• Xocs.
• Camps magnètics.
• Risc d´explosió.
• Grau de protecció IP.

Alimentació i senyal de sortida

Abans de connectar l'encoder s'ha de comprovar:

• Tensió dalimentació.
• Consum.
• Tipus de sortida.
• Nivell lògic.
• Nombre de fils.
• Longitud màxima de cable.
• Necessitat de resistències de terminació.
• Freqüència màxima.
• Compatibilitat amb el receptor.

Per què es fa malbé o falla un encoder?

Un encoder pot fallar per causes mecàniques, elèctriques o ambientals.

Desalineació de l'eix

Una desalineació excessiva genera càrregues periòdiques sobre els rodaments i pot provocar vibració, desgast i pèrdua de precisió.

Acoblament incorrecte

Un acoblament massa rígid transmet a l'encoder errors d'alineació, dilatacions i desplaçaments axials.

Càrregues radials o axials excessives

No s'ha d'utilitzar l'eix de l'encoder com a element estructural ni sotmetre's directament a corretges, engranatges o esforços superiors als permesos.

Velocitat excessiva

Superar la velocitat mecànica màxima pot deteriorar els rodaments. També pot passar que l'encoder funcioni correctament, però el controlador no sigui capaç de processar la freqüència generada.

Alimentació incorrecta

Una sobretensió, una inversió de polaritat o una connexió incorrecta de les sortides pot fer malbé l'electrònica interna.

Interferències electromagnètiques

Els cables de l'encoder instal·lats al costat de motors, contactors o variadors poden captar interferències.

Per reduir-les convé utilitzar:

• Senyals diferencials.
• Cable apantallat.
• Parells trenats.
• Separació respecte a cables de potència.
• Posada a terra adequada.
• Terminacions recomanades pel fabricant.

Contaminació

En un encoder òptic, la pols, l'oli o la condensació poden reduir la llum rebuda i provocar polsos deformats o pèrdues de lectura.

Entrada d´aigua

Un grau IP insuficient, un premsaestopes mal instal·lat o un connector sense segellar poden permetre l'entrada d'humitat.

Cops i vibracions

Els impactes poden fer malbé els rodaments, el disc de vidre, els elements magnètics o els sistemes de lectura.

Aplicacions dels encoders

Els encoders es fan servir sempre que un sistema necessita relacionar el moviment físic amb un senyal de control.

Algunes aplicacions habituals són:

• Control de posició de servomotors.
• Realimentació de motors elèctrics.
• Màquines CNC.
• Robots industrials.
• Taules indexadores.
• Ascensors i muntacàrregues.
• Grues i ponts grua.
• Aerogeneradors.
• Antenes i telescopis.
• Vàlvules motoritzades.
• Sistemes demmagatzematge automàtic.
• AGV i robots mòbils.
• Maquinària d´impressió.
• Màquines d´embalatge.
• Sistemes de tall i mesura de longitud.
• Equips mèdics.
• Bancs dassaig.
• Metrologia dimensional.
• Control de velocitat de cintes transportadores.
• Sincronització deixos electrònics.

Preguntes freqüents sobre encoders

Què és un encoder i per a què serveix?

Un encoder és un sensor que converteix un moviment lineal o rotatiu en un senyal elèctric. Es fa servir per conèixer la posició, el desplaçament, la velocitat i el sentit de moviment d'una màquina.

Què mesura un encoder?

Un encoder mesura directament posició o desplaçament. A partir del senyal també es poden calcular la velocitat, el sentit del moviment i l'acceleració.

Quina és la diferència entre un encoder i un sensor de proximitat?

Un sensor de proximitat detecta normalment la presència o absència dun objecte en un punt. Un encoder genera informació contínua sobre el moviment o la posició al llarg de tot un recorregut.

Quina és la diferència entre un encoder incremental i un d'absolut?

L'encoder incremental genera impulsos que cal comptar des d'una referència. L'encoder absolut lliura directament un codi corresponent a la posició actual.

Què signifiquen els senyals A, B i Z?

A i B són dos senyals en quadratura utilitzats per comptar el desplaçament i determinar-ne el sentit. Z és un impuls de referència que sol aparèixer una vegada per tornada.

Què és millor, un encoder òptic o magnètic?

Depèn de laplicació. L'encoder òptic sol triar-se quan es requereix una elevada resolució i precisió. El magnètic és especialment adequat quan hi ha pols, oli, humitat o vibracions. La qualitat final depèn del disseny concret, no només de la tecnologia.

Què vol dir que un encoder tingui 1.024 PPR?

Significa normalment que genera 1.024 períodes de senyal per revolució a cada canal. Si es compten els quatre flancs d'A i B, es poden obtenir 4.096 comptes per volta. S'ha de verificar sempre la nomenclatura utilitzada pel fabricant.

Un encoder absolut necessita fer homing?

Normalment no necessita fer una referència per conèixer la seva posició dins del rang absolut. No obstant això, la màquina pot requerir un calibratge inicial per relacionar el valor de l'encoder amb el zero mecànic del sistema.

Es pot utilitzar un encoder per mesurar velocitat?

Sí. La velocitat s'obté a partir de la freqüència dels impulsos o del temps transcorregut entre aquests.

Un encoder incremental perd la posició en desconnectar-se?

L'encoder continua estant físicament a la mateixa posició, però el sistema pot perdre el valor acumulat pel comptador. Per aquesta raó, en arrencar sol ser necessari fer una cerca de referència.

Conclusió

Un encoder és un transductor de posició que converteix un desplaçament lineal o angular en un senyal elèctric utilitzable per un sistema de control.

En un encoder incremental, el moviment genera impulsos que cal comptar des d'una referència. Els canals A i B permeten determinar el sentit del moviment, mentre que el canal Z proporciona una marca de referència normalment una vegada per revolució.

En un encoder absolut, cada posició està associada a un valor digital únic. Això permet recuperar la posició directament en connectar lequip, sense necessitat de reconstruir-la comptant tots els moviments anteriors.

La tecnologia òptica destaca per la seva resolució, precisió i repetibilitat, encara que requereix una protecció adequada davant de contaminació, humitat i vibracions. Les tecnologies magnètica, inductiva i capacitiva ofereixen alternatives especialment interessants quan les condicions ambientals són més exigents.

La selecció correcta d'un encoder ha de considerar conjuntament la resolució, exactitud, velocitat, interfície elèctrica, muntatge mecànic i condicions reals de funcionament.