Que codificador rotativo escolher?

Os codificadores rotativos, ou encoders rotativos, são dispositivos que permitem obter informações sobre o posicionamento angular, necessárias para aplicações de controlo de movimentos. Tais informações dizem respeito à velocidade angular, à posição, ao deslocamento, à direção e/ou à aceleração.

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Como escolher um codificador rotativo?

Codificadores rotativos da marca Pepperl Fuchs
Codificadores rotativos da marca Pepperl Fuchs

Para escolher um codificador rotativo, primeiro deve determinar se necessita de um codificador de tipo incremental ou absoluto.

• O codificador rotativo incremental gera impulsos em função da rotação do eixo. Um impulso, ou incremento, é um sinal digital de onda quadrada. A resolução do codificador corresponde ao número de incrementos por volta. Quando são ligados, não contêm qualquer informação sobre a posição. Se ocorrer uma falha de energia, a contagem de impulsos é reinicializada.
• O codificador rotativo absoluto tem incorporado o seu próprio contador, guardando o último valor registado quando há uma falha de energia.

Embora o codificador rotativo incremental seja mais económico, será melhor optar por um codificador rotativo absoluto nas seguintes situações:
• se a reinicialização do codificador for prejudicial para a aplicação prevista;
• se houver o risco de o seu sistema de tratamento de sinal ser afetado por ruído que possa gerar falsos impulsos;
• quando existir um risco elevado de não contagem de impulsos (por exemplo, a altas frequências);
• se o movimento rotativo for de tipo oscilante, não perfazendo uma rotação completa;
• se for importante conhecer continuamente a posição real do eixo;
• se for necessário contabilizar o número de voltas efetuadas. Neste caso, precisará de um codificador rotativo absoluto multivolta.

Em seguida, deverá determinar as dimensões do codificador de que precisa em função do sistema em que o for utilizar, dimensões essas que incluem o diâmetro e o comprimento do invólucro, bem como o diâmetro do eixo de saída (eixo sólido ou eixo oco).

Por fim, é preciso identificar as condições ambientais em que o codificador irá operar e os fatores mecânicos que possam condicionar o seu funcionamento, a fim de selecionar o grau de proteção adequado para o dispositivo.

Como funciona um codificador rotativo incremental?

Codificador rotativo da marca Baumer
Codificador rotativo da marca Baumer

O codificador rotativo incremental mede o deslocamento angular em relação a uma posição de referência. Quando ocorre uma falha de energia, o sistema de tratamento de dados deve aguardar que o codificador envie a informação sobre a posição de referência para poder explorar corretamente as informações relativas ao deslocamento angular.

Há vários tipos de codificadores rotativos incrementais, dependendo da tecnologia utilizada na sua construção, e cada um apresenta vantagens e desvantagens. Destacam-se os dois mais comuns:
• O codificador rotativo incremental óptico, que usa díodos emissores de luz (LED) para efetuar a leitura do deslocamento angular. Trata-se de um dispositivo de baixo custo, com resoluções significativas e elevada precisão. Esta é uma tecnologia amplamente utilizada no setor industrial mas, se existirem impurezas no ambiente de trabalho, como poeiras e óleo, estas podem interferir no sistema de leitura óptica.
• O codificador rotativo incremental magnético, em que os impulsos são emitidos por ímanes. É uma tecnologia também muito presente no setor industrial, pois os codificadores magnéticos são menos sensíveis à presença de eventuais impurezas.

Independentemente do princípio de funcionamento do codificador rotativo, o sinal de saída é uma série de impulsos que constitui um código binário, isto é, uma sucessão de 1 e de 0 que representa o deslocamento angular, em função da resolução do codificador. Este sinal poderá servir para determinar a direção do deslocamento, o valor do deslocamento em relação à posição de referência, a velocidade ou a aceleração.

Com um codificador incremental, pode-se ligar os fios do dispositivo às entradas de um CLP. As entradas a utilizar são definidas pela frequência de funcionamento do codificador, que é proporcional à velocidade de rotação do eixo e à resolução do codificador. Quando a frequência é alta, o sinal correspondente à posição de referência permite corrigir os erros de impulsos não contados.

Em geral, os codificadores rotativos possuem entre 5 e 12 saídas (fios ou terminais de um conector), que devem ser ligadas a um contador. No caso dos codificadores de 5 saídas, são utilizados dois fios para a alimentação elétrica e os outros três para enviar os sinais correspondentes ao deslocamento angular.

Como funciona um codificador rotativo absoluto?

Codificador rotativo da marca Renishaw
Codificador rotativo da marca Renishaw

O codificador rotativo absoluto indica uma posição angular no momento em que é ligado. Fornece continuamente um sinal que corresponde à posição real do eixo ao qual está acoplado. Existem dois tipos de codificadores absolutos:

• O codificador absoluto monovolta , ou de giro simples, que indica a posição do eixo. O valor enviado pelo codificador é idêntico para cada revolução, ou seja, para cada rotação do eixo. O codificador absoluto monovolta permite conhecer a qualquer momento a posição do eixo (mesmo quando parado), bem como os dados relativos ao deslocamento angular.
• O codificador absoluto multivolta , ou de giro múltiplo. É composto por um ou mais discos secundários, que lhe conferem a capacidade de indicar, não só a posição do eixo, mas também o número de voltas efetuadas.

Tal como nos codificadores rotativos incrementais, as tecnologias mais utilizadas na construção dos codificadores rotativos absolutos são a tecnologia óptica, que oferece uma alta precisão mas cuja leitura pode ser influenciada pela presença de impurezas, e a tecnologia magnética.

No caso dos codificadores rotativos absolutos, a posição do eixo é dada por um código único que é enviado no momento em que o dispositivo é ligado. Esse código pode ser usado conforme está ou convertido num sinal digital para ser transmitido a um sistema Fieldbus, como o SSI, o CANopen ou o Profinet.

O que é a resolução de um codificador rotativo?

A resolução de um codificador rotativo é o número máximo de pontos que o dispositivo pode medir em cada volta. No caso dos codificadores incrementais, a resolução está diretamente relacionada com o número de impulsos que o codificador pode gerar por volta. Nos codificadores absolutos, a resolução está relacionada com o número de bits em que se realiza a codificação. Por exemplo, um codificador de 16 bits terá uma resolução de 65 536 pontos por volta.

A escolha da resolução do codificador deverá basear-se na resolução necessária à aplicação prevista e na precisão dos componentes mecânicos da cadeia de medição. O codificador é ligado a um dispositivo eletrónico, um controlador ou um contador, que tolera uma frequência máxima na entrada, a qual deve ser tida em atenção. Um codificador incremental de alta resolução fornece um número maior de impulsos por volta do que um codificador incremental de baixa resolução. Dependendo da velocidade de rotação imposta pela aplicação, o sinal de saída do codificador pode apresentar uma frequência mais elevada do que aquela que o equipamento ligado ao codificador é capaz de suportar. Nesse caso, deverá optar por um codificador rotativo com uma resolução mais baixa.

Como montar um codificador rotativo?

A montagem de um codificador rotativo depende da sua forma. Então, é importante saber como um dado codificador rotativo poderá ser ligado ao eixo cuja rotação deve medir.

Existem três tipos principais de montagem:
• O codificador rotativo com um eixo sólido que pode ter a forma de tronco de cilindro, de quadrado ou de hexágono. Este codificador poderá ser montado num eixo oco ou, por exemplo, no pinhão de uma engrenagem.
• O codificador rotativo com um eixo oco, no qual se pode inserir um outro eixo.
• O codificador rotativo composto por duas partes:  um disco que é montado na extremidade do eixo e uma cabeça de leitura que é instalada por cima do disco.