Codificadores ópticos y magnéticos absolutos
La confiabilidad y la calidad del trabajo tanto de su complejo equipo como de la producción en su conjunto dependen de la confiabilidad del codificador. Por lo tanto, las pérdidas por paradas imprevistas de la línea de producción pueden ser desproporcionadamente altas en relación con los fondos ahorrados en la compra de codificadores.
A continuación se detallan las tecnologías subyacentes a los codificadores absolutos Eltra, sus diferencias y características.
Codificadores ópticos
Un codificador óptico absoluto moderno es un dispositivo extremadamente complejo. Al desarrollar un codificador óptico de alta resolución, los diseñadores enfrentan una gran cantidad de factores contradictorios que afectan en gran medida la precisión y confiabilidad del codificador durante mucho tiempo.
Principio de medición óptica.
El componente clave de los codificadores ópticos es el disco codificador montado en el eje. Este disco está fabricado de un material transparente con un patrón concéntrico de zonas transparentes y opacas. La luz infrarroja del LED llega a una serie de fotorreceptores a través de un disco codificado. A medida que el eje gira, la combinación única de fotorreceptores se ilumina mediante la luz que atraviesa el patrón del disco.
Para los modelos multivueltas, hay un juego adicional de discos codificados instalados en el mecanismo de engranajes. A medida que gira el eje principal del sensor, estos discos engranados giran como un mecanismo de odómetro. La posición de rotación de cada disco se controla ópticamente y la salida es información sobre el número de revoluciones del eje del codificador.
Funcionalidad
Los codificadores absolutos ópticos de Eltra utilizan tecnología Opto-ASIC altamente integrada que proporciona una resolución de hasta 16 bits (65536 pasos) por revolución. En los modelos multivueltas, el rango de medición aumenta mediante discos codificadores acoplados mecánicamente hasta 16384 (214) revoluciones.
Diseño de codificador óptico.
El principal problema es la presencia en un diseño de una gran cantidad de componentes ópticos, mecánicos y electrónicos que son de naturaleza completamente diferente. Entonces, los mecánicos son propensos al desgaste mecánico.
La calidad de los elementos ópticos se ve afectada principalmente por los siguientes factores:
- contaminación,
- desfloración,
- cambios en la intensidad de la radiación.
La alta resolución del codificador requiere el uso de un disco óptico con una alta densidad de plantilla. Para una resolución óptica/física (¡y no interpolada!) de 12 bits, se requiere un disco con sectores que dividan el círculo en 4096 partes/marcas.
Cuanto más compacto sea el codificador y menor sea el diámetro del disco, mayores serán los requisitos para la óptica del codificador.
Para reconocer dicha densidad de patrón en un disco, es necesario colocar la matriz de lectura muy cerca del disco. La distancia mínima entre el disco giratorio y el conjunto de lectura impone exigencias muy altas a la mecánica. Un descentramiento/juego mínimo del eje hará que el disco entre en contacto con la matriz de lectura durante la rotación y, como resultado, dañe la plantilla aplicada al disco.
El desgaste de las piezas mecánicas del codificador o las fugas en la carcasa también provocan la contaminación de la óptica con productos de desgaste y polvo que entran desde el exterior y, como resultado, la distorsión de los resultados de la medición.
El disco óptico es una parte importante del codificador. Bajo la influencia del tiempo, los cambios de temperatura y muchos otros factores, las propiedades del material del disco pueden cambiar con el tiempo, como empañarse y deformarse .
- El deslustre , en combinación con la pérdida de intensidad de la retroiluminación LED, puede reducir drásticamente la confiabilidad del funcionamiento y/o provocar una falla total en el funcionamiento.
- La deformación puede provocar el peligro de contacto entre el disco y la matriz durante la rotación del eje del codificador con las mismas consecuencias consiguientes.
Beneficios de los codificadores ópticos
Las principales ventajas del codificador óptico son:
- proporcionar alta resolución y precisión;
- excelente rendimiento dinámico;
- idoneidad para su uso en áreas con campos magnéticos elevados.
Debido a que la rotación de los discos codificadores es un proceso puramente mecánico, estos dispositivos no pueden perder su información de posición absoluta si el instrumento se apaga temporalmente. ¡No se requieren baterías de respaldo!
Codificadores absolutos ópticos Eltra.
La empresa produce codificadores ópticos multivuelta y monovuelta. La interfaz electrónica puede ser Profibus, SSI o Profinet.
Las series principales son:
- Óptico multivuelta : AAM58B, AAM58C, AAM58F, EAM58A, EAM58B, EAM58C, EAM58D, EAM58E, EAM63A, EAM63B, EAM63C, EAM63D, EAM63E, EAM58F, EAM63F, EAM63G, EAM63AX, EAM63DX, EAM90A, 90B, EAM90C, EAM90D, EAM90E , EAMX80A, EAMX80D.
- Óptico monovuelta : EA58F, EA63F, EA63G, EA58B, EA58C, EA63A, EA63D, EA63E, EA63AX, EA63DX, EA90A, EA115A, EAX80A, EAX80D.
Codificadores magnéticos
Los codificadores magnéticos determinan la posición angular mediante tecnología de campo magnético. Un imán permanente montado en el eje del codificador crea un campo magnético que es medido por un sensor que genera un valor de posición absoluto único.
Innovadora tecnología multivuelta
Los codificadores magnéticos multivueltas de Eltra utilizan tecnología innovadora para realizar un seguimiento del número de revoluciones, incluso si la revolución ocurre cuando el sistema está apagado.
Para realizar esta tarea, los codificadores convierten la rotación del eje en energía eléctrica. La tecnología se basa en el efecto Wiegand : cuando el imán permanente del eje del codificador gira un cierto ángulo, la polaridad magnética en el “cable Wiegand” cambia abruptamente, creando un pico de voltaje de corta duración en el devanado que rodea el cable. Este pulso marca la rotación del eje y también proporciona energía al circuito electrónico que registra este evento.
El efecto Wiegand se produce en todas las condiciones, incluso con una rotación muy lenta, y elimina la necesidad de baterías de respaldo.
Ventajas de los codificadores magnéticos
Los codificadores magnéticos son:
- confiable,
- duradero y
El diseño sin batería y sin engranajes proporciona simplicidad mecánica y menor costo que los codificadores ópticos. Sus dimensiones compactas permiten su uso en espacios muy reducidos.
Codificadores absolutos magnéticos Eltra.
Eltra ofrece codificadores ópticos monovuelta y multivuelta con eje ciego y hueco.
Las principales familias son:
- Serie de codificadores magnéticos multivueltas : EAM36A, EAM36G, EAM36F, EAMW58B, EAMW58C, EAMW63D.
- Codificadores magnéticos monovuelta : EA36A, EA36G, EA36F, EMA22A, EMS22A, EMA50A, EMA50B (BY), EMA50F, EMA50G, EMA55A (AY), EML50A, EML50B (BY), EML50F, EML50G.
Codificador rotatorio: ¿óptico o magnético?
Los codificadores rotativos convierten el ángulo de rotación del eje en una señal eléctrica y funcionan según un principio de funcionamiento óptico o magnético.
Una creencia común es:
- Los codificadores ópticos miden con mayor precisión , mientras que
- Los codificadores magnéticos tienen un diseño más estable y duradero.
¿Es esto realmente cierto?
Los expertos creen que esto no es así. En la actualidad, los codificadores ópticos ya no superan a los codificadores magnéticos en términos de precisión.
En los últimos años, la tecnología de los codificadores magnéticos ha permitido cerrar completamente la brecha con los codificadores ópticos en todos los parámetros eléctricos importantes. Los codificadores magnéticos actuales ya alcanzan una resolución de 16 bits con una precisión de 0,09° y, por tanto, un rendimiento que hasta ahora solo se podía lograr con codificadores ópticos. En 2013 se produjo una auténtica revolución en el ratio de tecnologías, cuando se introdujo un codificador magnético que, en todos los parámetros clave, alcanza a los sistemas ópticos tradicionales.
¿Qué hizo posible aumentar tanto las capacidades de los codificadores magnéticos?
La clave del éxito fue un salto tecnológico cualitativo, en el que la exitosa combinación del hardware y el software del sistema magnético jugó un papel importante.
Los codificadores magnéticos de nueva generación se basan en sensores Hall , cuyas señales analógicas son procesadas por un rápido microcontrolador de 32 bits en tiempo real.
La calibración precisa está garantizada por:
- algoritmos de software complejos,
- nuevos chips de alta tecnología.
Todo esto garantiza la máxima precisión de la nueva serie de codificadores magnéticos.
En cuanto a los codificadores ópticos , aquí también se está produciendo un mayor desarrollo, pero sin saltos significativos en los resultados obtenidos. En principio, esta tecnología se utiliza tal como existía hace 50 años.
Los codificadores ópticos actuales son:
- menor,
- con mayor resolución,
- en parte mecánicamente más fuerte,
- más estable que la generación anterior de codificadores.
Sin embargo, los problemas subyacentes relacionados con la sensibilidad a la humedad, la suciedad y el estrés mecánico persisten hoy.
Los sistemas ópticos son inherentemente sensibles a cualquier cosa que pueda interferir con la transmisión confiable de señales desde la fuente de luz en su camino hacia los fotorreceptores sensibles. En este sentido, los codificadores magnéticos siempre han estado a la cabeza. Ya sea polvo, niebla o fuertes sacudidas, nada puede afectar tan rápidamente el rendimiento de un codificador magnético.
En términos de inmunidad a los campos magnéticos, ¿los codificadores ópticos son preferibles a los magnéticos ?
La inmunidad al ruido de los codificadores magnéticos Eltra está bien controlada gracias a mecanismos especiales de protección contra campos magnéticos. Incluso en las proximidades de fuertes fuentes de interferencias, como por ejemplo frenos de motor electrónicos, los codificadores magnéticos funcionan sin problemas.
Por tanto, los codificadores ópticos ya no presentan ventajas en términos de estabilidad magnética. Los codificadores ópticos pueden considerarse una solución costosa para aplicaciones donde se requiere una resolución extremadamente alta, digamos 20 bits por revolución. En la mayoría de los casos, la precisión de los codificadores magnéticos es suficiente.
A la hora de sacar conclusiones, cabe señalar que los codificadores magnéticos ofrecen muchas más posibilidades y libertad de diseño. Son mucho más compactos y ligeros que los ópticos, que en los modelos multivueltas son mucho más masivos que los magnéticos debido a la presencia en el diseño de una caja de cambios bastante grande que consta de varios discos ópticos.
Los codificadores magnéticos, por su tamaño compacto, permiten integrarlos en espacios muy limitados en una máquina u otro equipo. Bueno, otro factor positivo nada despreciable es un precio más económico. En una palabra, no es de extrañar que los codificadores magnéticos sean actualmente la principal tendencia.