Qué encoder rotativo elegir

Un encoder rotativo es un dispositivo que permite obtener información relativa a la posición angular para aplicaciones de control de movimiento. La información recopilada se refiere a la velocidad angular, la posición, el desplazamiento, la dirección o la aceleración.

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¿Cómo elegir un encoder rotativo?

Encoders rotativos de la marca Pepperl Fuchs
Encoders rotativos de la marca Pepperl Fuchs

Para elegir un encoder rotativo, primero habrá que determinar si se desea utilizar uno de tipo incremental o absoluto.

• Los encoders rotativos incrementales emiten impulsos en función de la rotación del eje. Un impulso o incremento es una señal digital cuadrada. La resolución del codificador corresponde a su número de incrementos por vuelta.

No disponen de ninguna información sobre la ubicación en el momento de la puesta en tensión y deben reinicializarse cada vez que se interrumpe el suministro de energía.

• Los encoders rotativos absolutos disponen de su propio contador, por lo que conservan el último valor registrado durante un corte de corriente.

Los encoders rotativos incrementales son los más económicos; si bien, habrá que elegir un encoder rotativo absoluto si:

• La reinicialización del encoder rotativo representa un obstáculo para la aplicación.

• El sistema de procesamiento de señal puede verse perturbado por ruidos que podrían generar falsos impulsos.

• El riesgo de no contar los impulsos es elevado —por ejemplo, a altas frecuencias—.

• El movimiento de rotación es de tipo oscilante y no corresponde a una rotación completa.

• Es importante conocer en todo momento la posición real del eje.

• Es necesario contar el número de vueltas completadas. En este caso, será necesario optar por un encoder rotativo absoluto multivuelta.

Para elegir un encoder rotativo, también habrá que determinar sus dimensiones de acuerdo con el sistema en el que se integrará. Por tanto, será necesario atender a su tamaño, esto es, al diámetro de la carcasa, a su longitud, y también al diámetro del eje de salida —eje macizo o eje hueco—.

Por último, también será necesario identificar las limitaciones medioambientales y mecánicas a las que deberá enfrentarse el encoder y elegir así el grado de protección adecuado.

¿Cómo funciona un encoder rotativo incremental?

Encoder rotativo de la marca Baumer
Encoder rotativo de la marca Baumer

Un encoder rotativo incremental mide un desplazamiento angular con respecto a una posición de referencia. Tras un fallo de alimentación, el sistema de tratamiento de datos debe esperar a que el encoder envíe la información correspondiente a la posición de referencia para explotar correctamente la información de desplazamiento angular.

Los encoders rotativos incrementales están diseñados utilizando diferentes tecnologías, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Las tecnologías más utilizadas son:

Encoders rotativos incrementales ópticos: estos encoders utilizan diodos electroluminiscentes —LED— para «leer» el desplazamiento angular. Estos encoders rotativos son económicos y ofrecen una alta resolución —alta precisión—. Esta tecnología se utiliza ampliamente en la industria, aunque el sistema de lectura óptica puede verse perturbado si el entorno presenta un riesgo de suciedad —polvo, aceite, etc.—.

Encoders rotativos incrementales magnéticos: los impulsos son emitidos por imanes. Esta tecnología también está muy presente en la industria ya que los encoders magnéticos se ven menos afectados por el riesgo de ensuciamiento.

Independientemente del principio de funcionamiento del encoder rotativo, la señal de salida será una serie de impulsos que constituyen una codificación binaria, es decir, una sucesión de 1 y 0 correspondiente al desplazamiento angular, en función de la resolución del encoder. Con esta señal se puede determinar la dirección de la marcha, el valor de la marcha en relación con la posición de referencia, la velocidad o la aceleración.

Los encoders incrementales permiten conectar los cables del encoder a las entradas de un autómata. Las entradas que se utilicen vendrán determinadas por la frecuencia de funcionamiento del encoder. Esta frecuencia es proporcional a la velocidad de giro del eje y a la resolución del encoder. En el caso de una frecuencia alta, la señal correspondiente a la posición de referencia permite corregir los errores de no contaje de determinados impulsos.

Por regla general, los encoders rotativos están equipados con 5 a 12 salidas —hilos o terminales de conexión—, que deben conectarse a un contador. En el caso de un encoder de 5 salidas, se utilizan dos hilos para la alimentación y los otros tres para transmitir las señales correspondientes al desplazamiento angular.

¿Cómo funciona un encoder rotativo absoluto?

Encoder rotativo de la marca Renishaw
Encoder rotativo de la marca Renishaw

Los encoders rotativos absolutos indican una posición angular desde su puesta en tensión. Proporcionan de forma continua una señal que corresponde a la posición real del eje al que se acoplan. Existen dos tipos de encoders absolutos:

Encoders absolutos monovuelta ,que indican la posición del eje. El valor enviado por el encoder es el mismo para cada rotación. Los encoders monovuelta absolutos permiten conocer en todo momento la posición del eje —incluso en pausa—, además de la información relativa al desplazamiento angular.

Encoders absoltos multivuelta, que integran encoders rotativos secundarios para indicar el número de vueltas que se realizan además de la posición del eje.

Al igual que los encoders rotativos incrementales, las tecnologías utilizadas principalmente para los encoders rotativos absolutos son los encoders ópticos, que ofrecen una gran precisión, pero que pueden ser también sensibles al riesgo de suciedad, así como los encoders magnéticos.

Con un encoder rotativo absoluto, la posición del eje se define mediante un código único que se envía desde el mismo momento de la puesta en tensión del encoder. Puede explotarse tal cual o transformado para ser transmitido como una señal digital a través de un bus de campo como SSI, CANopen o Profinet.

¿Qué es la resolución de un encoder rotativo?

La resolución de un encoder rotativo corresponde al número máximo de puntos que puede medir durante una vuelta. Para un encoder incremental, la resolución está directamente relacionada con el número de impulsos que emite por vuelta. Para un encoder absoluto, está relacionada con el número de bits de codificación. Por ejemplo, un encoder de 16 bits tendrá una resolución de 65.536 puntos por vuelta.

La elección de la resolución de un encoder se realiza en función de la resolución esperada para la aplicación y de la precisión de los componentes mecánicos que forman la cadena de medición. El encoder está conectado a un dispositivo electrónico, controlador o contador, que tolera una frecuencia máxima de entrada a la que se debe atender. De hecho, un encoder incremental de alta resolución proporciona un mayor número de impulsos en una vuelta que un encoder incremental de baja resolución. Dependiendo de la velocidad de rotación impuesta por la aplicación, la señal de salida del encoder puede tener una frecuencia superior a la que el dispositivo conectado al encoder es capaz de soportar. En este caso, se deberá utilizar un encoder rotativo con una resolución inferior.

¿Cómo montar un encoder rotativo?

El montaje de un encoder rotativo depende de su forma. Así pues, es importante determinar cómo se puede conectar el encoder rotativo al eje que se desea medir.

Existen tres montajes principales:

• Encoders rotativos de eje macizo, el cual puede presentar diferentes formas, de cilindro truncado, cuadrado o el hexagonal. Este encoder se puede montar en el extremo de un eje hueco o, por ejemplo, en un piñón de engranaje.

• Encoders rotativos con salida hueca, en la que se puede insertar un eje.

• Encoders rotativos en dos partes, que incluyen un disco que se monta en el extremo del eje y un «cabezal de lectura» que se fija por encima del disco.