Cómo funciona un encoder o codificador de posición

Un encoder es un sensor que transforma un movimiento mecánico en una señal eléctrica interpretable por un PLC, un variador de frecuencia, un servocontrolador, un contador, un sistema de adquisición de datos o un ordenador industrial.

También recibe el nombre de codificador de posición, aunque en el entorno industrial actual se utiliza con mucha más frecuencia el término encoder.

Dependiendo de su diseño, un encoder puede proporcionar información sobre:

• La posición angular de un eje.
• La posición lineal de un elemento móvil.
• El desplazamiento realizado.
• El sentido del movimiento.
• La velocidad de giro o desplazamiento.
• El número de vueltas efectuadas.
• La aceleración, calculada a partir de la variación de la velocidad.

Entender cómo funciona un encoder permite seleccionar correctamente su tecnología, resolución, interfaz de salida y sistema de montaje.

Los encoders son componentes fundamentales en automatización industrial, robótica, máquinas CNC, servomotores, ascensores, grúas, aerogeneradores, líneas de producción, maquinaria de embalaje, sistemas de impresión y equipos de medida.

En términos sencillos, un encoder es el dispositivo que permite a una máquina saber cuánto se ha movido un eje, en qué dirección lo ha hecho y, en determinados modelos, en qué posición exacta se encuentra.

¿Cómo funciona un encoder?

El principio general de funcionamiento de un encoder consiste en desplazar un patrón físico solidario al elemento cuya posición se desea medir.

En un encoder rotativo, este patrón se encuentra normalmente sobre un disco unido al eje. En un encoder lineal, se dispone sobre una regla, una cinta o una escala que se desplaza longitudinalmente.

El patrón contiene zonas diferenciadas que pueden ser detectadas por un cabezal de lectura fijo. Dependiendo de la tecnología empleada, estas zonas pueden distinguirse por sus propiedades:

• Ópticas.
• Magnéticas.
• Inductivas.
• Capacitivas.
• Eléctricas o de contacto.

Cuando el disco o la regla se desplaza, el cabezal detecta los cambios sucesivos del patrón. La electrónica interna acondiciona estas señales y las convierte en impulsos, señales senoidales o palabras digitales que representan el movimiento o la posición.

El sistema no mide necesariamente la posición mediante contacto directo. En la mayoría de los encoders industriales modernos, la lectura se realiza sin contacto, lo que reduce el desgaste y permite alcanzar una elevada vida útil.

¿Qué mide un encoder?

La magnitud que mide directamente un encoder es la posición o el desplazamiento. Sin embargo, a partir de su señal también se pueden calcular otras variables relacionadas con el movimiento.

Posición

La posición puede ser angular, expresada normalmente en grados, revoluciones o cuentas, o lineal, expresada en milímetros, micrómetros u otras unidades de longitud.

Desplazamiento

En un encoder incremental, el desplazamiento se obtiene contando los impulsos generados durante el movimiento.

Velocidad

La velocidad se determina midiendo la frecuencia de los impulsos o el tiempo transcurrido entre dos impulsos consecutivos.

Sentido de movimiento

El sentido se determina comparando dos señales desfasadas entre sí, normalmente denominadas canales A y B.

Aceleración

La aceleración puede calcularse a partir de la variación de la velocidad con respecto al tiempo. No es una salida directa del encoder, sino un valor calculado por el sistema de control.

Encoder rotativo y encoder lineal

Los encoders pueden clasificarse según el tipo de movimiento que deben medir.

Encoder rotativo

Un encoder rotativo mide el giro de un eje. El elemento de medida suele ser un disco solidario al eje y dividido en sectores o pistas codificadas.

Permite conocer:

• El ángulo girado.
• La posición angular.
• La velocidad de rotación.
• El sentido de giro.
• El número de revoluciones.

Es el tipo de encoder más habitual en motores, servomotores, reductores, robots, máquinas CNC, ascensores y sistemas de posicionamiento.

Encoder lineal

Un encoder lineal mide el desplazamiento de un elemento a lo largo de una trayectoria recta.

En lugar de un disco, utiliza una regla, una escala óptica, una cinta magnética o un patrón lineal. El cabezal de lectura se desplaza respecto a dicha escala, o bien la escala se mueve respecto al cabezal.

Se utiliza principalmente en:

• Máquinas herramienta.
• Mesas de posicionamiento.
• Equipos de metrología dimensional.
• Cilindros y actuadores lineales.
• Sistemas de corte.
• Impresoras y maquinaria gráfica.
• Aplicaciones de posicionamiento de alta precisión.

Encoder incremental: funcionamiento y señales

Un encoder incremental genera impulsos a medida que se produce el movimiento. Cada pulso representa un determinado incremento de posición, pero no identifica por sí solo una posición absoluta.

La posición se calcula contando los impulsos desde un punto de partida conocido.

En un encoder óptico incremental, el disco contiene sectores transparentes y opacos distribuidos de manera uniforme. Una fuente de luz se sitúa a un lado del disco y un fotodetector al lado contrario.

Cuando el disco gira, se produce la siguiente secuencia:

1. Una zona transparente permite que la luz llegue al detector.
2. Una zona opaca interrumpe el haz luminoso.
3. El fotodetector conmuta entre dos niveles eléctricos.
4. La electrónica acondiciona la señal.
5. La salida se convierte en un tren de impulsos.
6. El controlador cuenta los impulsos para calcular el desplazamiento.

El número de impulsos generados por cada vuelta depende de la resolución del disco codificado.

Canales A y B de un encoder incremental

Un encoder con una sola señal permite contar impulsos, pero no puede determinar directamente el sentido del movimiento. El mismo tipo de pulso se genera tanto si el eje gira hacia la derecha como si gira hacia la izquierda.

Para resolver este problema, la mayoría de los encoders incrementales industriales incorporan dos señales denominadas canal A y canal B.

Ambas señales tienen la misma frecuencia, pero están desfasadas eléctricamente 90°, es decir, un cuarto de ciclo. Esta disposición recibe el nombre de cuadratura.

El controlador determina el sentido observando cuál de las dos señales cambia primero:

• Si el canal A se adelanta al canal B, el eje gira en un sentido.
• Si el canal B se adelanta al canal A, el eje gira en el sentido contrario.

El sentido concreto asignado a cada secuencia dependerá del montaje mecánico, del lado desde el que se observe el eje y de la configuración del sistema de control.

El uso de dos señales desfasadas permite que un contador bidireccional sume impulsos en un sentido y los reste cuando el movimiento cambia de dirección.

Canal Z, índice o referencia

Además de los canales A y B, muchos encoders incrementales incorporan una tercera señal denominada:

• Canal Z.
• Índice.
• Impulso de cero.
• Reference pulse.
• Marker pulse.

El canal Z genera normalmente un único impulso por vuelta. Su finalidad es proporcionar una referencia angular repetitiva.

Esta señal se utiliza para:

• Realizar la búsqueda de origen de una máquina.
• Sincronizar el contador.
• Verificar que se ha completado una revolución.
• Corregir posibles desviaciones acumuladas.
• Establecer una posición mecánica de referencia.

El canal Z no convierte al encoder incremental en absoluto. Solo proporciona una marca conocida una vez por revolución. Hasta que el eje no alcanza esa marca, el sistema no conoce su posición de referencia.

¿Qué ocurre si se desconecta un encoder incremental?

El encoder incremental no almacena intrínsecamente la posición. Genera información sobre el movimiento, pero la posición acumulada se obtiene externamente mediante un contador.

Si se interrumpe la alimentación y el controlador pierde el valor contado, la posición deja de ser conocida. Cuando se vuelve a encender la máquina, normalmente es necesario realizar una operación de referencia o homing.

También puede aparecer un error de posición si:

• Se pierde un impulso por interferencias.
• El disco óptico está contaminado.
• Existe una interrupción en el cable.
• La frecuencia de salida supera la capacidad del contador.
• El eje se mueve mientras el sistema de lectura está desconectado.

En sistemas críticos pueden utilizarse contadores con memoria no volátil, sistemas de alimentación de respaldo o rutinas periódicas de referencia. Estas medidas pertenecen al sistema de control y no convierten la medición incremental en una medición absoluta.

Encoder absoluto: funcionamiento

Un encoder absoluto proporciona un valor único para cada posición de su recorrido.

En lugar de generar únicamente una sucesión de impulsos, entrega una palabra digital que representa directamente la posición del eje o de la regla respecto a una referencia interna.

En un encoder óptico absoluto, el disco incorpora varias pistas concéntricas. Cada pista representa un bit y contiene sectores transparentes y opacos distribuidos según un código determinado.

Un conjunto de fotodetectores lee simultáneamente todas las pistas. La combinación de estados detectados forma una palabra digital diferente para cada posición.

El número de posiciones disponibles se calcula mediante:

Donde n es el número de bits del encoder.

La resolución angular teórica puede calcularse mediante:

Por ejemplo, un encoder absoluto de 12 bits divide una vuelta completa en 4.096 posiciones:

¿Un encoder absoluto conserva la posición sin alimentación?

Un encoder absoluto no necesita contar todos los movimientos realizados desde un origen para conocer su posición. Cuando se alimenta, lee el código correspondiente a la posición actual y entrega inmediatamente ese valor.

Esto significa que, aunque haya estado desconectado, puede recuperar la posición angular en cuanto vuelve a recibir alimentación.

No obstante, es necesario diferenciar entre encoder absoluto monovuelta y multivuelta.

Encoder absoluto monovuelta o singleturn

Un encoder absoluto singleturn determina la posición exacta dentro de una revolución.

Por ejemplo, un encoder singleturn de 12 bits puede distinguir 4.096 posiciones dentro de los 360°, pero no indica cuántas vueltas completas se han realizado.

Encoder absoluto multivuelta o multiturn

Un encoder absoluto multiturn determina la posición dentro de una vuelta y contabiliza además el número de revoluciones efectuadas.

El registro multivuelta puede obtenerse mediante:

• Engranajes internos.
• Contadores electrónicos con batería.
• Sistemas de captación de energía.
• Tecnologías magnéticas o electrónicas sin batería.

Un encoder multiturn es adecuado cuando el eje puede realizar varias vueltas y es necesario conservar la posición total, como sucede en grúas, elevadores, husillos, válvulas, robots y sistemas automáticos de almacenamiento.

¿Por qué los encoders absolutos utilizan código Gray?

En un disco absoluto codificado en binario natural pueden cambiar varios bits simultáneamente al pasar de una posición a la siguiente.

Por ejemplo:

Durante esta transición cambian tres bits. Como los sensores no conmutan exactamente en el mismo instante, durante una fracción de tiempo podría obtenerse una combinación intermedia incorrecta.

El código Gray reduce esta ambigüedad porque entre dos posiciones consecutivas cambia únicamente un bit.

Su principal ventaja en un encoder absoluto es reducir los errores asociados a la transición entre posiciones contiguas.

El código Gray no es, por sí mismo, un código de detección de errores de transmisión. Para transmitir la posición mediante un cable industrial pueden utilizarse protocolos que incorporen comprobaciones adicionales.

Diferencia entre encoder incremental y absoluto

La diferencia fundamental está en el tipo de información que proporciona cada encoder.

¿Cuándo elegir un encoder incremental?

Un encoder incremental es una solución adecuada cuando:

• Se dispone de una rutina de referencia.
• Se necesita medir principalmente velocidad.
• El coste es un factor importante.
• El sistema puede conservar externamente el contador.
• No existe riesgo de movimientos con la máquina desconectada.

¿Cuándo elegir un encoder absoluto?

Un encoder absoluto es preferible cuando:

• La posición debe conocerse inmediatamente al arrancar.
• No es posible realizar una búsqueda de origen.
• El eje puede desplazarse mientras el equipo está apagado.
• Una posición incorrecta puede provocar daños.
• Se necesita conocer el número total de vueltas.

Cómo funciona un encoder óptico

La tecnología óptica es una de las más utilizadas cuando se requiere una buena resolución, precisión y repetibilidad.

Un encoder óptico está formado normalmente por los siguientes elementos:

1. Un eje o elemento móvil.
2. Un disco o escala codificada.
3. Una fuente de luz, generalmente un LED.
4. Un sistema óptico o lente de colimación.
5. Uno o varios fotodetectores.
6. Un circuito de acondicionamiento.
7. Una etapa de salida o interfaz de comunicación.

Fuente de luz

La fuente de luz ilumina el patrón codificado. Normalmente se utiliza un LED debido a su tamaño reducido, velocidad de respuesta y larga vida útil.

El sistema puede incorporar una lente para dirigir la radiación sobre el disco y obtener un haz bien definido.

Disco o escala óptica

El elemento codificado puede fabricarse en:

• Vidrio.
• Metal.
• Material plástico.
• Película flexible.
• Regla de precisión.

El vidrio permite obtener patrones muy estables y definidos, pero puede ser más sensible a golpes. Los discos metálicos ofrecen una mayor resistencia mecánica, aunque su fabricación y planitud pueden limitar la resolución alcanzable.

Fotodetector

El fotodetector convierte la luz recibida en una señal eléctrica. Puede utilizarse un fotodiodo, un fototransistor o una matriz de fotosensores.

La señal original del detector no siempre es perfectamente cuadrada. Puede presentar una forma aproximadamente senoidal debido al tamaño del haz, la geometría de las ranuras y la respuesta del sistema óptico.

La electrónica interna amplifica, filtra y compara la señal para obtener niveles de salida correctamente definidos.

Electrónica de acondicionamiento

La electrónica del encoder puede realizar funciones como:

• Amplificación de la señal del fotodetector.
• Compensación de variaciones de intensidad.
• Comparación mediante umbrales.
• Generación de señales cuadradas.
• Interpolación de señales senoidales.
• Corrección de errores.
• Conversión del código Gray.
• Comunicación con el sistema de control.

Encoder óptico transmisivo

En un encoder óptico transmisivo, la fuente de luz y el detector se encuentran a lados opuestos del disco.

Las zonas transparentes dejan pasar la luz, mientras que las zonas opacas la bloquean. Es una configuración habitual en encoders rotativos de precisión.

Encoder óptico reflectivo

En un encoder óptico reflectivo, la fuente de luz y el detector se encuentran en el mismo lado.

El disco o la escala dispone de zonas reflectantes y no reflectantes. La cantidad de luz reflejada cambia con la posición y permite detectar el movimiento.

Encoders ópticos basados en franjas de Moiré

Los encoders ópticos de alta resolución pueden utilizar dos rejillas o escalas superpuestas. Cuando una se desplaza respecto a la otra aparecen franjas de interferencia conocidas como franjas de Moiré.

Un pequeño desplazamiento de la escala produce un movimiento más visible de las franjas observadas. Esto permite detectar desplazamientos muy pequeños e interpolar posiciones entre las divisiones físicas del patrón.

Esta técnica puede aplicarse tanto a encoders lineales como rotativos.

Ventajas del encoder óptico

• Resolución elevada.
• Buena precisión.
• Excelente repetibilidad.
• Ausencia de contacto mecánico.
• Baja histéresis.
• Capacidad de generar señales incrementales o absolutas.
• Posibilidad de interpolación.
• Buena respuesta a velocidades elevadas.

Limitaciones del encoder óptico

La calidad de la medida puede verse afectada por:

• Polvo.
• Aceite.
• Humo.
• Condensación.
• Humedad interna.
• Desalineación óptica.
• Vibraciones o impactos.
• Deterioro del disco.
• Variaciones excesivas de temperatura.
• Degradación de los elementos optoelectrónicos.

Estas limitaciones no significan que un encoder óptico no pueda utilizarse en industria. Los modelos industriales modernos incorporan carcasas selladas, rodamientos, ópticas protegidas, compensaciones electrónicas y grados de protección adecuados.

La selección debe realizarse de acuerdo con el ambiente real de instalación.

Otras tecnologías de encoder

Aunque la tecnología óptica es una de las más conocidas, existen otros principios de medida adecuados para condiciones ambientales o requisitos específicos.

Encoder magnético

Un encoder magnético utiliza un imán, una rueda dentada ferromagnética o un anillo con polos magnéticos alternos.

El campo magnético puede ser detectado mediante:

• Sensores de efecto Hall.
• Sensores magnetorresistivos.
• Sensores magnetorresistivos anisotrópicos.
• Sensores magnetorresistivos de efecto túnel.
• Bobinas inductivas.
• Sensores de efecto Wiegand.

La orientación o intensidad del campo cambia a medida que gira el eje. La electrónica procesa las señales obtenidas para calcular el ángulo o generar impulsos incrementales.

Sus principales ventajas son:

• Buena resistencia al polvo y al aceite.
• Tolerancia a vibraciones.
• Construcción compacta.
• Funcionamiento sin contacto.
• Adecuación a maquinaria móvil y ambientes industriales.

Entre sus limitaciones se encuentran la posible influencia de campos magnéticos externos, la necesidad de controlar la distancia entre el imán y el sensor y, en algunos diseños, una precisión inferior a la de un encoder óptico equivalente.

Encoder inductivo

Un encoder inductivo genera un campo electromagnético mediante bobinas. El desplazamiento de una pieza conductora o de un patrón modifica el acoplamiento, la inductancia o las corrientes inducidas.

La electrónica mide estas variaciones y determina la posición.

Sus principales características son:

• Funcionamiento sin contacto.
• Buena resistencia a suciedad, humedad y vibraciones.
• Ausencia de elementos ópticos.
• Adecuación a aplicaciones industriales exigentes.
• Buena estabilidad mecánica.

No debe confundirse un encoder inductivo con un resolver, aunque ambos utilizan fenómenos electromagnéticos para medir una posición angular.

Encoder capacitivo

Un encoder capacitivo dispone de electrodos fijos y móviles. El desplazamiento modifica periódicamente la capacidad eléctrica entre ellos.

La electrónica mide estas variaciones y calcula la posición.

Entre sus características destacan:

• Bajo consumo.
• Construcción compacta.
• Buena resolución.
• Inmunidad frente a campos magnéticos.

La humedad, las variaciones de distancia, la contaminación dieléctrica y las capacidades parásitas deben controlarse mediante un diseño y sellado adecuados.

Encoder mecánico o de contacto

En un encoder mecánico, unas escobillas se desplazan sobre sectores conductores y aislantes.

Su principal ventaja es que puede generar señales eléctricas de amplitud elevada sin necesidad de un sistema óptico complejo.

No obstante, presenta importantes limitaciones:

• Desgaste mecánico.
• Rebote de contactos.
• Limitación de velocidad.
• Menor vida útil.
• Posibles pérdidas de contacto por vibración.

Por esta razón se utiliza principalmente en mandos de panel, selectores y aplicaciones de baja velocidad, y mucho menos en posicionamiento industrial de precisión.

Comparación de tecnologías de encoder

Resolución de un encoder incremental

En los encoders incrementales rotativos, la resolución suele expresarse mediante:

• PPR: pulsos por revolución.
• Impulsos por vuelta.
• Líneas por vuelta.
• CPR: cuentas por revolución.

Debe comprobarse siempre la definición utilizada por el fabricante, porque los términos PPR y CPR no se emplean de la misma manera en todos los catálogos.

En un encoder con señales A y B, el controlador puede contar:

• Un flanco por periodo: decodificación ×1.
• Dos flancos por periodo: decodificación ×2.
• Los cuatro flancos de A y B: decodificación ×4.

Por ejemplo, un encoder de 1.024 PPR puede proporcionar hasta 4.096 cuentas por vuelta cuando se leen los cuatro flancos de las señales A y B.

El incremento del número de cuentas no debe confundirse con una mejora equivalente de la exactitud. La resolución digital y la precisión mecánica son especificaciones diferentes.

Resolución, exactitud y repetibilidad

Uno de los errores más frecuentes al seleccionar un encoder es considerar que una resolución elevada implica automáticamente una exactitud elevada.

No son conceptos equivalentes.

Resolución

Es el menor incremento de posición que puede representar la salida del encoder.

Exactitud

Es la proximidad entre la posición indicada por el encoder y la posición real.

Repetibilidad

Es la capacidad del encoder para indicar el mismo valor cuando el eje vuelve varias veces a una posición determinada.

Linealidad

Indica cuánto se desvía la relación entre la posición real y la posición medida respecto a una respuesta ideal.

Un encoder puede ofrecer millones de cuentas por vuelta y, sin embargo, presentar errores mecánicos, ópticos o electrónicos superiores al tamaño de una cuenta.

La exactitud final puede verse afectada por:

• Excentricidad del disco.
• Juego del eje.
• Calidad de los rodamientos.
• Error del patrón codificado.
• Desalineación.
• Error de interpolación.
• Temperatura.
• Flexibilidad del acoplamiento.
• Errores de montaje.

Cómo se calcula la velocidad con un encoder

La velocidad puede calcularse contando los impulsos durante un intervalo de tiempo o midiendo el periodo entre dos impulsos consecutivos.

Si un encoder genera N pulsos por vuelta y se mide una frecuencia f, la velocidad puede calcularse mediante:

Por ejemplo, para un encoder de 1.000 pulsos por vuelta con una frecuencia de salida de 20.000 Hz:

Cuando se utiliza decodificación en cuadratura ×4, debe definirse correctamente si el valor N representa pulsos, periodos o cuentas.

A velocidades elevadas también es necesario comprobar que la frecuencia máxima de salida no supera la frecuencia de entrada admitida por el PLC, contador, variador o servocontrolador.

Señales e interfaces de salida

La tecnología interna del encoder no debe confundirse con su interfaz eléctrica.

Dos encoders ópticos con un principio de lectura similar pueden utilizar salidas completamente distintas.

Salidas de encoders incrementales

• Push-pull.
• HTL.
• TTL.
• Line driver diferencial RS-422.
• Colector abierto.
• NPN.
• PNP.
• Seno y coseno de 1 Vpp.
• Señales diferenciales A, /A, B, /B, Z y /Z.

Las señales diferenciales son especialmente recomendables en cables largos o entornos con interferencias, porque permiten al receptor rechazar el ruido que afecta de forma similar a ambos conductores.

Interfaces de encoders absolutos

• Salida paralela.
• SSI.
• BiSS-C.
• CANopen.
• SAE J1939.
• IO-Link.
• EtherCAT.
• PROFINET.
• EtherNet/IP.
• Interfaces propietarias de servomotores y variadores.

La interfaz debe ser compatible con el controlador y disponer de una velocidad de actualización suficiente para la dinámica de la aplicación.

Cómo elegir un encoder

La selección debe comenzar por las necesidades mecánicas y metrológicas de la aplicación, y no solamente por el número de impulsos o bits.

Tipo de movimiento

Debe determinarse si se va a medir:

• Movimiento rotativo.
• Movimiento lineal.
• Una sola vuelta.
• Varias vueltas.
• Posición relativa.
• Posición absoluta.

Resolución necesaria

La resolución debe ser suficiente para el control requerido. Aumentar indiscriminadamente el número de cuentas puede incrementar la frecuencia de salida y la carga del sistema sin mejorar la exactitud real.

Exactitud y repetibilidad

En sistemas de posicionamiento debe comprobarse la exactitud especificada por el fabricante, especialmente cuando intervienen reducciones mecánicas, engranajes o husillos.

Velocidad máxima

Es necesario verificar:

• La velocidad mecánica máxima del encoder.
• La frecuencia máxima de salida.
• La capacidad del contador.
• El tiempo de ciclo del PLC.
• La velocidad del bus de comunicación.

Tipo de eje

Los principales formatos mecánicos son:

• Eje macizo.
• Eje hueco.
• Eje hueco pasante.
• Eje hueco ciego.
• Encoder sin rodamientos.
• Encoder modular.
• Kit de encoder para integración en motor.

Cargas sobre el eje

No deben superarse las cargas radiales y axiales permitidas. Normalmente se utiliza un acoplamiento flexible para compensar pequeños errores de alineación sin transmitir esfuerzos excesivos a los rodamientos.

Condiciones ambientales

Debe valorarse:

• Temperatura de trabajo.
• Presencia de polvo.
• Agua y humedad.
• Aceite.
• Productos químicos.
• Condensación.
• Vibración.
• Choques.
• Campos magnéticos.
• Riesgo de explosión.
• Grado de protección IP.

Alimentación y señal de salida

Antes de conectar el encoder debe comprobarse:

• Tensión de alimentación.
• Consumo.
• Tipo de salida.
• Nivel lógico.
• Número de hilos.
• Longitud máxima de cable.
• Necesidad de resistencias de terminación.
• Frecuencia máxima.
• Compatibilidad con el receptor.

¿Por qué se daña o falla un encoder?

Un encoder puede fallar por causas mecánicas, eléctricas o ambientales.

Desalineación del eje

Una desalineación excesiva genera cargas periódicas sobre los rodamientos y puede provocar vibración, desgaste y pérdida de precisión.

Acoplamiento incorrecto

Un acoplamiento demasiado rígido transmite al encoder errores de alineación, dilataciones y desplazamientos axiales.

Cargas radiales o axiales excesivas

No debe utilizarse el eje del encoder como elemento estructural ni someterse directamente a correas, engranajes o esfuerzos superiores a los permitidos.

Velocidad excesiva

Superar la velocidad mecánica máxima puede deteriorar los rodamientos. También puede suceder que el encoder funcione correctamente, pero el controlador no sea capaz de procesar la frecuencia generada.

Alimentación incorrecta

Una sobretensión, una inversión de polaridad o una conexión incorrecta de las salidas puede dañar la electrónica interna.

Interferencias electromagnéticas

Los cables del encoder instalados junto a motores, contactores o variadores pueden captar interferencias.

Para reducirlas conviene utilizar:

• Señales diferenciales.
• Cable apantallado.
• Pares trenzados.
• Separación respecto a cables de potencia.
• Puesta a tierra adecuada.
• Terminaciones recomendadas por el fabricante.

Contaminación

En un encoder óptico, el polvo, el aceite o la condensación pueden reducir la luz recibida y provocar pulsos deformados o pérdidas de lectura.

Entrada de agua

Un grado IP insuficiente, un prensaestopas mal instalado o un conector sin sellar pueden permitir la entrada de humedad.

Golpes y vibraciones

Los impactos pueden dañar los rodamientos, el disco de vidrio, los elementos magnéticos o los sistemas de lectura.

Aplicaciones de los encoders

Los encoders se utilizan siempre que un sistema necesita relacionar el movimiento físico con una señal de control.

Algunas aplicaciones habituales son:

• Control de posición de servomotores.
• Realimentación de motores eléctricos.
• Máquinas CNC.
• Robots industriales.
• Mesas indexadoras.
• Ascensores y montacargas.
• Grúas y puentes grúa.
• Aerogeneradores.
• Antenas y telescopios.
• Válvulas motorizadas.
• Sistemas de almacenamiento automático.
• AGV y robots móviles.
• Maquinaria de impresión.
• Máquinas de embalaje.
• Sistemas de corte y medición de longitud.
• Equipos médicos.
• Bancos de ensayo.
• Metrología dimensional.
• Control de velocidad de cintas transportadoras.
• Sincronización de ejes electrónicos.

Preguntas frecuentes sobre encoders

¿Qué es un encoder y para qué sirve?

Un encoder es un sensor que convierte un movimiento lineal o rotativo en una señal eléctrica. Se utiliza para conocer la posición, el desplazamiento, la velocidad y el sentido de movimiento de una máquina.

¿Qué mide un encoder?

Un encoder mide directamente posición o desplazamiento. A partir de su señal también pueden calcularse la velocidad, el sentido del movimiento y la aceleración.

¿Cuál es la diferencia entre un encoder y un sensor de proximidad?

Un sensor de proximidad detecta normalmente la presencia o ausencia de un objeto en un punto. Un encoder genera información continua sobre el movimiento o la posición a lo largo de todo un recorrido.

¿Cuál es la diferencia entre un encoder incremental y uno absoluto?

El encoder incremental genera impulsos que deben contarse desde una referencia. El encoder absoluto entrega directamente un código correspondiente a la posición actual.

¿Qué significan las señales A, B y Z?

A y B son dos señales en cuadratura utilizadas para contar el desplazamiento y determinar el sentido. Z es un impulso de referencia que suele aparecer una vez por vuelta.

¿Qué es mejor, un encoder óptico o magnético?

Depende de la aplicación. El encoder óptico suele elegirse cuando se requiere una elevada resolución y precisión. El magnético resulta especialmente adecuado cuando hay polvo, aceite, humedad o vibraciones. La calidad final depende del diseño concreto, no únicamente de la tecnología.

¿Qué significa que un encoder tenga 1.024 PPR?

Significa normalmente que genera 1.024 periodos de señal por revolución en cada canal. Si se cuentan los cuatro flancos de A y B, pueden obtenerse 4.096 cuentas por vuelta. Debe verificarse siempre la nomenclatura utilizada por el fabricante.

¿Un encoder absoluto necesita realizar homing?

Normalmente no necesita realizar una referencia para conocer su posición dentro del rango absoluto. Sin embargo, la máquina puede requerir una calibración inicial para relacionar el valor del encoder con el cero mecánico del sistema.

¿Puede utilizarse un encoder para medir velocidad?

Sí. La velocidad se obtiene a partir de la frecuencia de los impulsos o del tiempo transcurrido entre ellos.

¿Un encoder incremental pierde la posición al desconectarse?

El encoder sigue estando físicamente en la misma posición, pero el sistema puede perder el valor acumulado por el contador. Por esta razón, al arrancar suele ser necesario realizar una búsqueda de referencia.

Conclusión

Un encoder es un transductor de posición que convierte un desplazamiento lineal o angular en una señal eléctrica utilizable por un sistema de control.

En un encoder incremental, el movimiento genera impulsos que deben contarse desde una referencia. Los canales A y B permiten determinar el sentido del movimiento, mientras que el canal Z proporciona una marca de referencia normalmente una vez por revolución.

En un encoder absoluto, cada posición está asociada a un valor digital único. Esto permite recuperar la posición directamente al conectar el equipo, sin necesidad de reconstruirla contando todos los movimientos anteriores.

La tecnología óptica destaca por su resolución, precisión y repetibilidad, aunque requiere una protección adecuada frente a contaminación, humedad y vibraciones. Las tecnologías magnética, inductiva y capacitiva ofrecen alternativas especialmente interesantes cuando las condiciones ambientales son más exigentes.

La selección correcta de un encoder debe considerar conjuntamente la resolución, la exactitud, la velocidad, la interfaz eléctrica, el montaje mecánico y las condiciones reales de funcionamiento.