Come scegliere un encoder rotativo?

Gli encoder rotativi sono dispositivi che consentono di ottenere informazioni relative al posizionamento angolare. Più precisamente, le informazioni raccolte riguardano la velocità angolare, la posizione, lo spostamento, la direzione e/o l’accelerazione e vengono impiegate in applicazioni di controllo dei movimenti.

Encoder rotativi: consultare i prodotti

Encoder rotativi: quale scegliere?

Encoder rotativi della marca Pepperl Fuchs
Encoder rotativi della marca Pepperl Fuchs

Per scegliere un encoder rotativo adatto alle vostre esigenze, dovrete innanzitutto valutare se avete bisogno di un encoder di tipo incrementale o assoluto.

• Gli encoder rotativi incrementali forniscono impulsi in funzione della rotazione dell’asse. Un impulso, o incremento, è un segnale digitale a onda quadrata. La risoluzione degli encoder rotativi incrementali corrisponde al numero di incrementi generati ad ogni giro. Questo tipo di encoder deve essere reinizializzato ogni qualvolta si verifichi un’interruzione di alimentazione.

• Gli encoder rotativi assoluti dispongono di un loro contatore che, qualora si verifichi un’interruzione di alimentazione, conserva l’ultimo valore registrato. Gli encoder incrementali sono i più economici. Tuttavia, sarà più opportuno optare per un encoder rotativo assoluto nelle seguenti situazioni:

• se la reinizializzazione dell’encoder rappresenta un inconveniente per la vostra applicazione;

• se esiste il rischio che, a causa del rumore, il vostro sistema di trattamento del segnale generi falsi impulsi;

• se esiste un alto rischio che il conteggio degli impulsi non venga effettuato correttamente (ad esempio nel caso di alte frequenze);

• se il movimento rotativo è di tipo oscillante, ossia se non comporta una rotazione completa;

• qualora abbiate l’esigenza di poter determinare, in qualsiasi momento, la posizione dell’asse;

• qualora abbiate la necessità di contabilizzare il numero di giri effettuati. In questo caso, dovrete orientarvi verso un encoder rotativo assoluto multigiro.

Per scegliere un encoder rotativo adatto alle vostre esigenze, dovrete valutarne anche le dimensioni.  Tali dimensioni, che andranno calcolate in base al sistema nel quale il dispositivo verrà integrato, comprendono il diametro della scatola, la sua lunghezza nonché il diametro dell’albero di uscita (albero pieno o albero cavo).

Per finire, sarà necessario identificare le condizioni ambientali in cui l’encoder verrà impiegato e i fattori meccanici che potrebbero incidere sul suo funzionamento. Il grado di protezione del dispositivo verrà scelto sulla base di questi fattori.

Come funziona un encoder rotativo incrementale?

Encoder rotativo della marca Baumer
Encoder rotativo della marca Baumer

Gli encoder rotativi incrementali misurano uno spostamento angolare rispetto a una posizione di riferimento. Dopo un’interruzione di alimentazione, il sistema di trattamento dei dati deve attendere che l’encoder invii l’informazione corrispondente alla posizione di riferimento per poter sfruttare correttamente le informazioni relative allo spostamento angolare.

Gli encoder rotativi incrementali si avvalgono di diverse tecnologie, ognuna delle quali presenta vantaggi e inconvenienti. I due tipi di encoder più comuni sono gli encoder rotativi incrementali ottici e quelli magnetici.

Encoder rotativi incrementali ottici: questi dispositivi si avvalgono di diodi elettroluminescenti (LED) per «leggere» lo spostamento angolare. Gli encoder rotativi incrementali ottici sono economici e garantiscono un’elevata risoluzione (alta precisione). Questi modelli trovano largo impiego nel settore industriale. Il loro sistema di lettura ottico, però, può subire delle interferenze qualora l’ambiente presenti dei rischi di contaminazione (polvere, olio, ecc.)

Encoder rotativi incrementali magnetici: questi dispositivi sono dotati di magneti in grado di emettere degli impulsi. Gli encoder rotativi incrementali magnetici trovano anch’essi largo impiego nel settore industriale proprio perché sono meno sensibili alla presenza di impurità. Il segnale di uscita degli encoder rotativi, indipendentemente dalla tecnologia di cui si avvalgono, è costituito da una serie di impulsi che si presenta sotto forma di codice binario, ossia di una successione di 1 e 0 che corrisponde allo spostamento angolare, in funzione della risoluzione dell’encoder. Il segnale in questione può essere utilizzato per determinare la direzione dello spostamento, il valore dello stesso rispetto alla posizione di riferimento, nonché la velocità o l’accelerazione.

I fili elettrici degli encoder incrementali, inoltre, possono essere collegati direttamente agli ingressi di un PLC. Gli ingressi da utilizzare saranno determinati dalla frequenza di funzionamento dell’encoder. Tale frequenza è proporzionale alla velocità di rotazione dell’asse e alla risoluzione del dispositivo. Il segnale che indica la posizione di riferimento permette di correggere gli errori di conteggio degli impulsi qualora la frequenza sia elevata.

In linea generale, gli encoder rotativi sono dotati di un numero di uscite da collegarsi al contatore che va da 5 a 12 (fili o terminali di un connettore). Nel caso di un encoder a 5 uscite, ad esempio, due fili saranno utilizzati per l’alimentazione elettrica e tre per inviare il segnale corrispondente allo spostamento angolare.

Come funziona un encoder rotativo assoluto?

Encoder rotativo della marca Renishaw
Encoder rotativo della marca Renishaw

L’encoder rotativo assoluto indica una posizione angolare fin dal momento della messa in tensione. Questi modelli inviano in maniera continuativa un segnale che corrisponde alla posizione reale dell’asse al quale è accoppiato. Esistono due tipi di encoder assoluti:

• Gli encoder assoluti monogiro, che indicano la posizione dell’asse. Il valore fornito dall’encoder è lo stesso ad ogni rotazione. Oltre alle informazioni relative allo spostamento angolare, gli encoder assoluti monogiro permettono di stabilire, in qualsiasi momento, la posizione dell’asse, anche qualora questo sia fermo.

• Gli encoder assoluti multigiro, che sono dotati di uno o più dischi secondari e che, grazie ad essi, sono in grado di determinare, oltre alla posizione dell’asse, anche il numero di giri effettuati.

Così come negli encoder rotativi incrementali, le tecnologie principalmente utilizzate nella costruzione degli encoder rotativi assoluti sono di due tipi: ottica e magnetica. La tecnologia ottica garantisce alta precisione, ma è più sensibile ai rischi di contaminazione.

Nel caso degli encoder rotativi assoluti, la posizione dell’asse è definita da un unico codice che viene inviato non appena il dispositivo viene collegato. Questo codice può essere utilizzato tale e quale oppure essere elaborato e poi trasmesso sotto forma di segnale digitale attraverso un fieldbus, come SSI, CANopen o Profinet.

Che cosa si intende per risoluzione?

La risoluzione di un encoder rotativo corrisponde al numero massimo di punti, o tacche, che il dispositivo è in grado di misurare durante una rotazione. Più precisamente, negli encoder incrementali la risoluzione viene espressa in numero di impulsi/giro mentre in quelli assoluti questo valore in numero di bit. Un encoder 16 bit, per esempio, garantirà una risoluzione di 65.536 impulsi/giro.

La scelta della risoluzione dell’encoder verrà effettuata in funzione della risoluzione richiesta dall’applicazione e dalla precisione dei componenti meccanici che formano la catena di misura. L’encoder è collegato a un dispositivo elettronico, un controllore o un contatore, che tollera una frequenza massima in entrata alla quale dovrete prestare attenzione. In effetti, gli encoder incrementali ad alta risoluzione forniscono un maggior numero di impulsi per giro rispetto agli encoder incrementali a bassa risoluzione. A seconda della velocità di rotazione imposta dall’applicazione, il segnale di uscita dell’encoder può presentare una frequenza più elevata rispetto a quella che il dispositivo collegato all’encoder è in grado di sopportare. In questo caso, dovrete orientarvi verso un encoder rotativo con una risoluzione minore.

Come montare un encoder rotativo?

Il montaggio di un encoder rotativo dipende dalla sua forma. Di conseguenza, sarà opportuno che prestiate attenzione a questo aspetto, più precisamente a come collegare l’encoder all’asse da misurare.

Esistono tre tipi principali di montaggio:

• Gli encoder rotativi ad albero pieno, che possono avere diverse forme, ad esempio cilindrica tronca, quadrata o esagonale. Questi modelli possono essere montati all’estremità di un asse cavo o, ad esempio, in un ingranaggio con pignone.

• Gli encoder rotativi con un asse cavo, nel quale è possibile inserire un altro asse.

• Gli encoder rotativi composti da due parti. Questo modello è composto da un disco, da montare all’estremità dell’asse, e da una testa di lettura, che invece va montata più in alto rispetto al disco.