Gli encoder lineari sono fondamentali nelle applicazioni che richiedono elevata precisione e misurazione accurata dello spostamento lineare. Sono impiegati in un’ampia gamma di settori, dalla produzione e robotica ai dispositivi medici e alla metrologia, garantendo controllo e misurazione precisi in vari sistemi complessi.

Importanza degli encoder lineari nella tecnologia moderna

Nel mondo odierno guidato dalla tecnologia, la necessità di accuratezza e precisione nelle misurazioni e nei movimenti è fondamentale. Gli encoder lineari svolgono un ruolo cruciale nel soddisfare queste esigenze fornendo un feedback esatto della posizione, essenziale per il buon funzionamento di numerosi sistemi high-tech.

La robotica è un altro campo in cui gli encoder lineari sono vitali. I robot fanno affidamento su questi dispositivi per muoversi con precisione ed eseguire compiti con elevata precisione. Che si tratti di assemblare minuscoli componenti nella produzione elettronica o di eseguire delicate procedure chirurgiche, la precisione fornita dagli encoder lineari è fondamentale per ottenere risultati positivi.

In metrologia, la scienza della misurazione, gli encoder lineari forniscono il feedback ad alta risoluzione necessario per misurazioni accurate. Ciò è fondamentale nei processi di controllo qualità in cui anche la più piccola deviazione può portare a problemi significativi.

Anche i dispositivi medici traggono notevoli vantaggi dalla precisione degli encoder lineari. I sistemi di imaging, ad esempio, richiedono un posizionamento esatto per produrre immagini chiare e precise, essenziali per la diagnosi e la pianificazione del trattamento.

Tipi di encoder lineari

Gli encoder lineari sono disponibili in vari tipi, ciascuno progettato per soddisfare esigenze applicative specifiche. Le due categorie principali sono gli encoder lineari incrementali e gli encoder lineari assoluti. Comprendere le differenze tra questi tipi è fondamentale per selezionare l’encoder giusto per la tua applicazione.

Encoder lineari incrementali
Gli encoder lineari incrementali funzionano generando impulsi mentre l’encoder si muove. Questi impulsi vengono contati per determinare la posizione rispetto a un punto iniziale. Il principio di base prevede una scala con linee equidistanti e un lettore che si muove lungo la scala, generando segnali quando rileva queste linee.

Le caratteristiche principali degli encoder lineari incrementali includono:

• Posizionamento relativo: forniscono informazioni sui cambiamenti di posizione da un punto di riferimento, piuttosto che da una posizione assoluta.
• Semplicità ed efficienza dei costi: grazie al loro design più semplice, gli encoder incrementali sono generalmente meno costosi degli encoder assoluti, rendendoli una scelta popolare per le applicazioni in cui il costo è un fattore significativo.
• Alta risoluzione: gli encoder incrementali possono offrire risoluzioni molto elevate, fornendo funzionalità di controllo e misurazione precise.

Gli encoder incrementali sono ampiamente utilizzati in applicazioni come le macchine CNC, dove forniscono il feedback necessario per un controllo preciso del movimento dell’utensile. Sono comuni anche in varie applicazioni di automazione e robotica, dove è sufficiente un posizionamento relativo accurato.

Encoder lineari assoluti
Gli encoder lineari assoluti, invece, forniscono un valore di posizione univoco in ogni punto lungo la scala. Ciò significa che ciascuna posizione lungo la scala ha un segnale distinto, consentendo al sistema di conoscere la posizione esatta immediatamente all’avvio senza la necessità di ri-riferirsi.

Le caratteristiche principali degli encoder lineari assoluti includono:

• Posizionamento assoluto: offrono informazioni sulla posizione reale in ogni momento, anche dopo un’interruzione di corrente o il riavvio del sistema. Ciò li rende altamente affidabili e garantisce prestazioni costanti.
• Complessità e costi più elevati: a causa del loro design più complesso e della necessità di un’elettronica più sofisticata, gli encoder assoluti tendono ad essere più costosi degli encoder incrementali.
• Maggiore sicurezza e affidabilità: la capacità di fornire dati di posizione assoluti migliora la sicurezza e l’affidabilità, soprattutto nelle applicazioni critiche in cui è essenziale conoscere la posizione esatta in ogni momento.

Gli encoder assoluti sono ideali per le applicazioni in cui il mantenimento delle informazioni sulla posizione è fondamentale, come nei dispositivi di imaging medicale, nelle apparecchiature di misurazione di precisione e nei sistemi di automazione di fascia alta. Garantiscono che il sistema disponga sempre di dati di posizione accurati, riducendo il rischio di errori e migliorando le prestazioni complessive.

Come funzionano gli encoder lineari

Comprendere il funzionamento degli encoder lineari implica approfondire i loro principi di funzionamento di base e i processi di generazione ed elaborazione del segnale. Questi elementi sono fondamentali per il funzionamento e l’utilità degli encoder lineari in varie applicazioni.

Principio di funzionamento di base
Al centro del funzionamento di un encoder lineare c’è l’interazione tra la riga e il lettore. La scala, che può essere una striscia di materiale con segni o motivi equidistanti, funge da riferimento per la posizione. Il lettore si muove lungo questa scala, rilevando i contrassegni per determinare la posizione.

Ecco una ripartizione semplificata del principio di funzionamento di base:

• • Movimento della scala: la scala, o righello, è fissata all’oggetto di cui si sta misurando la posizione. Man mano che questo oggetto si muove, si muove anche la scala.
  • Rilevamento del lettore: il lettore, che contiene i sensori, si muove lungo la riga. Questi sensori rilevano le tacche sulla scala.
  • Generazione del segnale: quando il lettore rileva le marcature, genera segnali che corrispondono alla posizione della scala. Questi segnali sono spesso sotto forma di impulsi luminosi (encoder ottici), campi magnetici (encoder magnetici) o variazioni elettriche (encoder capacitivi o induttivi).

Questa interazione garantisce che qualsiasi movimento lineare dell’oggetto venga catturato accuratamente e tradotto in segnali elettronici che rappresentano la posizione.

Generazione ed elaborazione del segnale

Il processo di generazione ed elaborazione del segnale negli encoder lineari è fondamentale per convertire il movimento fisico in dati digitali precisi che possono essere utilizzati dai sistemi di controllo.

Generazione del segnale:

• • • Codificatori ottici: utilizzano una sorgente luminosa e un fotorilevatore. La riga ha sezioni trasparenti e opache e, mentre il lettore si muove, la luce la attraversa o viene bloccata, creando impulsi luminosi che vengono convertiti in segnali elettrici.
    • Codificatori magnetici: utilizzare una striscia magnetica con poli nord e sud alternati. Il lettore contiene sensori magnetici che rilevano i cambiamenti nel campo magnetico mentre si muove lungo la scala, generando segnali corrispondenti.
    • Encoder capacitivi: utilizzare una scala con modelli di capacità variabili. Mentre il lettore si muove, le variazioni di capacità vengono rilevate e convertite in segnali elettrici.
    • Encoder induttivi: utilizzano bobine e schemi conduttivi. Il movimento del lettore modifica l’induttanza, generando segnali elettrici.

Elaborazione del segnale:

• • Conversione iniziale: i segnali grezzi generati dal lettore sono di natura analogica. Questi segnali vengono prima convertiti in forma digitale attraverso la conversione da analogico a digitale.
  • Interpolazione: per ottenere una risoluzione più elevata, i segnali digitali vengono spesso interpolati. Ciò significa dividere il periodo del segnale di base in incrementi più fini, consentendo una misurazione della posizione più precisa.
  • Filtraggio e condizionamento: i segnali digitali possono essere sottoposti a filtraggio per rimuovere rumore e condizionamento per garantire che siano nel formato e nel livello corretti per il sistema di controllo ricevente.
  • Generazione dell’output: infine, i segnali elaborati vengono emessi come dati digitali, che possono essere utilizzati dal sistema di controllo della macchina per determinare la posizione esatta dell’oggetto da misurare.

Vantaggi dell’utilizzo degli encoder lineari

Gli encoder lineari offrono una moltitudine di vantaggi che li rendono indispensabili in molte applicazioni ad alta precisione. Esploriamo alcuni dei principali vantaggi:

Elevata precisione e accuratezza
Uno dei vantaggi più significativi degli encoder lineari è la loro capacità di fornire elevata precisione e accuratezza nella misurazione della posizione. Ciò è fondamentale in applicazioni come la lavorazione CNC, dove anche piccole deviazioni possono influire sulla qualità del prodotto finale.

Affidabilità e durata
Gli encoder lineari sono progettati per essere robusti e affidabili, rendendoli adatti agli ambienti industriali più esigenti. Molti sono costruiti per resistere a condizioni difficili come polvere, vibrazioni e variazioni di temperatura.
Facilità di integrazione
Gli encoder lineari sono progettati per integrarsi perfettamente con i sistemi esistenti. Sia che tu stia aggiornando un vecchio sistema o installandone uno nuovo, gli encoder lineari possono essere facilmente incorporati, fornendo miglioramenti immediati in termini di precisione e controllo.

Prestazioni migliorate
Fornendo un feedback preciso sulla posizione, gli encoder lineari aiutano a migliorare le prestazioni complessive dei sistemi in cui vengono utilizzati. Ciò porta a una migliore efficienza, a risultati di qualità più elevata e a un migliore utilizzo delle risorse.

Feedback di posizione immediato
A differenza di altri tipi di sensori di posizione, gli encoder lineari offrono un feedback immediato e continuo. Questi dati in tempo reale sono essenziali per i sistemi dinamici che richiedono regolazioni e monitoraggio costanti, come la robotica e i sistemi di automazione.

Svantaggi e limitazioni

Sebbene gli encoder lineari offrano numerosi vantaggi, presentano anche alcune limitazioni che devono essere considerate:

Considerazioni sui costi
Gli encoder lineari ad alta precisione, soprattutto i tipi assoluti, possono essere piuttosto costosi. Il costo comprende non solo il dispositivo stesso ma anche le relative spese di installazione e integrazione. Per le applicazioni sensibili al budget, ciò può rappresentare una limitazione significativa, rendendo necessario bilanciare l’esigenza di precisione con i vincoli di costo.

Sensibilità ambientale
Alcuni tipi di encoder lineari, in particolare gli encoder ottici, possono essere sensibili a fattori ambientali quali polvere, sporco e variazioni di temperatura. Queste condizioni possono interferire con la capacità dell’encoder di rilevare con precisione la posizione, causando potenzialmente errori. Per mitigare questi problemi sono necessarie misure protettive, come recinzioni o manutenzione regolare.

Complessità di installazione
L’installazione degli encoder lineari può essere complessa e richiede un allineamento preciso per garantire misurazioni accurate. Qualsiasi disallineamento può portare a errori e prestazioni ridotte. Ciò significa che spesso è necessario personale qualificato per l’installazione e la calibrazione, aumentando i costi e la complessità complessivi.

Requisiti di manutenzione
Una manutenzione regolare è necessaria per garantire prestazioni ottimali degli encoder lineari. Ciò include la pulizia della riga e del lettore, il controllo degli allineamenti e la garanzia che l’encoder funzioni nelle condizioni ambientali specificate. La mancata esecuzione della manutenzione ordinaria può comportare un peggioramento delle prestazioni e possibili guasti.

Campo limitato
In alcune applicazioni, il campo lineare dell’encoder potrebbe rappresentare un fattore limitante. Sebbene molti encoder lineari possano coprire distanze significative, esistono limiti pratici alla loro portata. Per misurazioni a distanze estremamente lunghe potrebbero essere necessarie soluzioni alternative.

Interferenze dovute a disturbi elettrici
Gli encoder lineari, soprattutto quelli con uscite di segnale analogiche, possono essere soggetti a interferenze dovute a disturbi elettrici. Questo rumore può distorcere i segnali, portando a dati di posizione imprecisi. La schermatura e la messa a terra adeguata sono essenziali per ridurre al minimo l’impatto del rumore elettrico.

Conclusione
Gli encoder lineari sono strumenti indispensabili nella tecnologia moderna, poiché forniscono la precisione e l’affidabilità necessarie per un’ampia gamma di applicazioni. Dalle macchine CNC e dalla robotica ai dispositivi medici e alla metrologia, questi dispositivi garantiscono un feedback accurato della posizione, migliorando le prestazioni e l’efficienza di innumerevoli sistemi.

Comprendendo i tipi di encoder lineari, i loro principi di funzionamento e i metodi di elaborazione del segnale, è possibile apprezzare il loro ruolo fondamentale in vari settori.

Scegliere l’encoder lineare giusto implica bilanciare questi fattori per soddisfare i requisiti applicativi specifici. Che tu abbia bisogno della semplicità e della convenienza degli encoder incrementali o della precisione di posizione assoluta degli encoder assoluti, c’è una soluzione di encoder lineare adatta alle tue esigenze.

Man mano che la tecnologia continua ad evolversi, aumenteranno anche le capacità degli encoder lineari, promettendo precisione, durata e integrazione intelligente ancora maggiori in futuro. Rimanendo informati e selezionando l’encoder appropriato per le tue applicazioni, puoi sfruttare tutto il potenziale di questi straordinari dispositivi, garantendo prestazioni ottimali e innovazione nel tuo campo.

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Di seguito sono riportate le tecnologie alla base degli encoder assoluti Eltra, le loro differenze e caratteristiche.

Encoder ottici

Un moderno codificatore ottico assoluto è un dispositivo estremamente complesso. Quando si sviluppa un codificatore ottico ad alta risoluzione, i progettisti si trovano ad affrontare un gran numero di fattori contrastanti che incidono notevolmente sulla precisione e sull’affidabilità del codificatore per un lungo periodo.

Principio della misurazione ottica

Il componente chiave degli encoder ottici è il disco dell’encoder montato sull’albero. Questo disco è costituito da un materiale trasparente con uno schema concentrico di aree trasparenti e opache. La luce infrarossa del LED colpisce una serie di fotorecettori attraverso un disco di codice. Mentre l’albero gira, la combinazione unica di fotorecettori viene illuminata dalla luce che attraversa il disegno sul disco.

Per i modelli multigiro, nel meccanismo a ingranaggi è installato un set aggiuntivo di dischi codificati. Mentre l’albero principale del sensore ruota, questi dischi a rete ruotano come un meccanismo contachilometri. La posizione di rotazione di ciascun disco è controllata otticamente e l’output contiene informazioni sul numero di giri dell’albero dell’encoder.

Funzionalità

Gli encoder ottici assoluti Eltra utilizzano la tecnologia Opto-ASIC altamente integrata che fornisce una risoluzione fino a 16 bit (65536 passi) per giro. Nei modelli multigiro il campo di misura viene ampliato fino a 16384 (214) giri mediante dischi codificati ad innesto meccanico.

Progettazione di encoder ottici

Il problema principale è la presenza in un progetto di un gran numero di componenti ottici, meccanici ed elettronici di natura completamente diversa. Pertanto, la meccanica è soggetta a usura meccanica.

La qualità degli elementi ottici è influenzata principalmente dai seguenti fattori:

• inquinamento,
• opacizzazione,
• cambiamenti nell’intensità della radiazione.

L’elevata risoluzione dell’encoder richiede l’uso di un disco ottico con un’elevata densità di stencil. Per una risoluzione ottica/fisica (e non interpolata!) di 12 bit è necessario un disco con settori che dividono il cerchio in 4096 parti/segni.

Più compatto è l’encoder e minore è il diametro del disco, maggiori sono i requisiti per l’ottica dell’encoder.

Per riconoscere una tale densità di pattern su un disco, è necessario posizionare la matrice di lettura in prossimità del disco. La distanza minima tra il disco rotante e il sistema di lettura pone requisiti molto elevati alla meccanica. Un disallineamento/gioco minimo dell’albero farà sì che il disco entri in contatto con la matrice di lettura durante la rotazione e, di conseguenza, danneggi la matrice applicata al disco.

L’usura delle parti meccaniche dell’encoder o le perdite dell’alloggiamento portano anche alla contaminazione dell’ottica con prodotti soggetti ad usura e polvere che penetra dall’esterno e, di conseguenza, alla distorsione dei risultati di misurazione.

Il disco ottico è una parte importante dell’encoder. Sotto l’influenza del tempo, dei cambiamenti di temperatura e di molti altri fattori, le proprietà del materiale del disco possono cambiare nel tempo, come appannarsi e deformarsi .

1. L’appannamento , combinato con la perdita di intensità della retroilluminazione a LED, può ridurre drasticamente l’affidabilità del funzionamento e/o causare un guasto completo del funzionamento.
2. La deformazione può causare il pericolo di contatto tra il disco e la matrice durante la rotazione dell’albero dell’encoder con le stesse conseguenze che ne conseguono.

Vantaggi degli encoder ottici

I principali vantaggi dell’encoder ottico sono:

• fornire alta risoluzione e precisione;
• eccellenti prestazioni dinamiche;
• idoneità all’uso in aree con campi magnetici elevati.

Poiché la rotazione dei dischi dell’encoder è un processo puramente meccanico, questi dispositivi non possono perdere le informazioni sulla posizione assoluta se lo strumento viene temporaneamente spento. Le batterie di backup non sono necessarie!

Encoder assoluti ultra ottici.

L’azienda produce encoder ottici sia multigiro che monogiro. L’interfaccia elettronica può essere Profibus, SSI o Profinet.

Le serie principali sono:

• Multigiro ottico : AAM58B, AAM58C, AAM58F, EAM58A, EAM58B, EAM58C, EAM58D, EAM58E, EAM63A, EAM63B, EAM63C, EAM63D, EAM63E, EAM58F, EAM63F, EAM63G, EAM63AX, EAM63DX, EAM90A, EAM9 0B, EAM90C, EAM90D, EAM90E , EAMX80A, EAMX80D.
• Ottico monogiro : EA58F, EA63F, EA63G, EA58B, EA58C, EA63A, EA63D, EA63E, EA63AX, EA63DX, EA90A, EA115A, EAX80A, EAX80D.

Encoder magnetici

Gli encoder magnetici determinano la posizione angolare utilizzando la tecnologia del campo magnetico. Un magnete permanente montato sull’albero dell’encoder crea un campo magnetico che viene misurato da un sensore che genera un valore di posizione assoluto univoco.

Innovativa tecnologia multigiro

Gli encoder magnetici multigiro Eltra utilizzano una tecnologia innovativa per tenere traccia del numero di giri, anche se il giro avviene quando il sistema è spento.

Per svolgere questo compito, gli encoder convertono la rotazione dell’albero in energia elettrica. La tecnologia si basa sull’effetto Wiegand : quando il magnete permanente sull’albero dell’encoder viene ruotato di un certo angolo, la polarità magnetica nel “filo Wiegand” cambia bruscamente, creando un picco di tensione a breve termine nell’avvolgimento che circonda il filo. Questo impulso segna la rotazione dell’albero e fornisce anche alimentazione al circuito elettronico che registra questo evento.

L’effetto Wiegand si verifica in tutte le condizioni, anche con rotazione molto lenta, ed elimina la necessità di batterie di riserva.

Vantaggi degli encoder magnetici

Gli encoder magnetici sono:

• affidabile,
• durevole e

Il design senza batteria e senza ingranaggi offre semplicità meccanica e costi inferiori rispetto agli encoder ottici. Le loro dimensioni compatte ne consentono l’utilizzo in spazi molto limitati.

Encoder assoluti magnetici Eltra.

Eltra offre encoder ottici sia monogiro che multigiro con albero cieco e cavo.

Le principali famiglie sono:

• Serie di encoder magnetici multigiro : EAM36A, EAM36G, EAM36F, EAMW58B, EAMW58C, EAMW63D.
• Encoder magnetici monogiro : EA36A, EA36G, EA36F, EMA22A, EMS22A, EMA50A, EMA50B (BY), EMA50F, EMA50G, EMA55A (AY), EML50A, EML50B (BY), EML50F, EML50G.

Encoder rotativo: ottico o magnetico?

Gli encoder rotativi convertono l’angolo di rotazione dell’albero in un segnale elettrico e funzionano secondo un principio di funzionamento ottico o magnetico.

Una credenza comune è:

• i codificatori ottici misurano in modo più accurato , mentre
• gli encoder magnetici sono più stabili e durevoli nel design

È proprio vero?

Gli esperti ritengono che non sia così. Attualmente gli encoder ottici non superano più gli encoder magnetici in termini di precisione.

Negli ultimi anni la tecnologia degli encoder magnetici ha permesso di colmare completamente il divario con gli encoder ottici in relazione a tutti i parametri elettrici importanti. Gli odierni encoder magnetici raggiungono già una risoluzione di 16 bit con una precisione di 0,09° e quindi prestazioni che prima erano ottenibili solo con encoder ottici. Nel 2013 si è verificata una vera rivoluzione nel rapporto tra tecnologie, quando è stato introdotto un encoder magnetico che, in tutti i parametri chiave, raggiunge i sistemi ottici tradizionali.

Cosa ha permesso di aumentare così tanto le capacità degli encoder magnetici?

La chiave del successo è stato un salto di qualità tecnologico, in cui ha giocato un ruolo importante la riuscita combinazione di hardware e software del sistema magnetico.

Gli encoder magnetici di nuova generazione si basano su sensori Hall , i cui segnali analogici vengono elaborati in tempo reale da un veloce microcontrollore a 32 bit.

La calibrazione accurata è garantita da:

• algoritmi software complessi,
• nuovi chip ad alta tecnologia.

Tutto ciò garantisce la massima precisione della nuova serie di encoder magnetici.

Per quanto riguarda gli encoder ottici , anche qui c’è un ulteriore sviluppo, ma senza salti significativi nei risultati raggiunti. In linea di principio, questa tecnologia viene utilizzata nella forma in cui esisteva 50 anni fa.

Gli encoder ottici di oggi sono:

• più piccola,
• con una risoluzione più alta,
• in parte meccanicamente più resistente,
• più stabile rispetto alla precedente generazione di encoder.

Tuttavia, i problemi di fondo riguardanti la sensibilità all’umidità, allo sporco e alle sollecitazioni meccaniche permangono ancora oggi.

I sistemi ottici sono intrinsecamente sensibili a tutto ciò che potrebbe interferire con la trasmissione affidabile del segnale dalla sorgente luminosa nel suo percorso verso i fotorecettori sensibili. In questo senso gli encoder magnetici sono sempre stati all’avanguardia. Che si tratti di polvere, nebbia o forti scosse, nulla può interrompere così rapidamente le prestazioni di un encoder magnetico.

In termini di immunità ai campi magnetici, gli encoder ottici sono preferibili a quelli magnetici ?

L’immunità ai disturbi degli encoder magnetici Eltra è ben controllata grazie a speciali meccanismi di schermatura contro i campi magnetici. Anche in prossimità di forti fonti di disturbo, come ad esempio i freni elettronici dei motori, gli encoder magnetici funzionano senza problemi.

Pertanto gli encoder ottici non presentano più alcun vantaggio in termini di stabilità magnetica. Gli encoder ottici possono essere considerati una soluzione costosa per applicazioni in cui è richiesta una risoluzione estremamente elevata, ad esempio 20 bit per giro. Nella maggior parte dei casi, la precisione degli encoder magnetici è sufficiente.

Traendo le conclusioni, si può notare che gli encoder magnetici offrono molte più possibilità e libertà di progettazione. Sono molto più compatti e leggeri di quelli ottici, che nei modelli multigiro sono molto più massicci di quelli magnetici a causa della presenza nella progettazione di un cambio sufficientemente grande costituito da più dischi ottici.

Gli encoder magnetici, grazie alla loro compattezza, consentono di integrarli in spazi molto limitati in una macchina o altra attrezzatura. Bene, un altro fattore positivo non insignificante è un prezzo più economico. In una parola, non sorprende affatto che gli encoder magnetici siano ora la tendenza principale.

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Tipi di encoder o come selezionare l’encoder corretto

Tipi di encoder

Esistono due tipi più comuni di encoder rotativi: incrementale e assoluto.

Encoder incrementale (quadratura).

Gli encoder incrementali generano segnali a impulsi quando una ruota o un albero gira per una certa distanza angolare. Questo tipo emette due segnali separati in una disposizione in quadratura, quindi può indicare sia la distanza che la direzione di rotazione dell’albero.

Oltre ad indicare la direzione e la distanza, alcuni encoder incrementali hanno anche una funzione di indicizzazione in un singolo punto di rotazione. La funzione di indicizzazione consente all’albero di ritornare ad un punto noto. Altri codificatori hanno un pulsante Invio, che aggiunge una nuova interfaccia utente.

I principali vantaggi degli encoder incrementali sono:

1. affidabilità,
2. facilità di installazione,
3. costo relativamente basso.

Per selezionare un encoder incrementale è necessario determinare i seguenti punti principali:

• la precisione di misurazione richiesta,
• il diametro dell’albero e la varietà del modello,
• il tipo di connettore di uscita del cavo e la sua lunghezza,
• caratteristiche elettriche.

Gli encoder incrementali sono uno dei sensori più comuni nei moderni sistemi tecnici complessi. Il loro utilizzo è opportuno in qualsiasi potente azionamento elettrico di sistemi di movimento precisi o sistemi critici per le modalità ad alta velocità e di frenata di avviamento.

Ecco solo alcuni esempi dei loro usi:

• Attrezzature mediche
• Apparecchiature automatizzate per test e diagnosi
• Dispositivi robotici semoventi
• Sistemi di controllo accessi

Encoder assoluto

Nella maggior parte dei casi, gli encoder incrementali intrinsecamente non “conoscono” la posizione dell’albero (a parte il punto di indice). Gli encoder assoluti, invece, utilizzano una lettura interna per misurare direttamente la posizione angolare e mantenere questa capacità di misurazione anche se l’alimentazione è spenta.

Oltre a determinare la posizione dell’albero, gli encoder assoluti multigiro possono anche determinare quanti giri ha effettuato l’encoder in una direzione o nell’altra.

Gli encoder assoluti rappresentano un collegamento importante tra la parte meccanica della macchina e la sua unità di controllo grazie alle loro misurazioni precise e inequivocabili, che possono trasmettere istantaneamente. Questa qualità viene utilizzata con successo nelle moderne imprese di ingegneria meccanica e robotica.

Gli encoder assoluti si dividono in base ai seguenti parametri:

• Giro singolo o multigiro
• Numero di impulsi per giro o numero di bit
• Con albero, con rotore cavo o con rotore cavo passante
• Diametro dell’albero o del foro dell’albero

Quando si sceglie un encoder assoluto, è necessario prestare attenzione ai seguenti parametri:

• Il numero di bit per giro. La precisione del sistema dipende da questo indicatore.
• Tipo di collegamento dell’albero all’encoder.
• Tipo di uscita encoder (i tipi più comuni di uscite di segnale sono le interfacce codice parallelo, SSI, DeviceNet, Profibus-DP, CANopen, LWL).
• Caratteristiche elettriche. Il funzionamento del sistema e la precisione della rimozione del segnale dipendono da questo indicatore.
• Grado di protezione dell’encoder contro la penetrazione di polvere e umidità.

L’encoder assoluto è progettato per essere un sensore versatile e configurabile per un’ampia gamma di applicazioni. Si distinguono i seguenti ambiti di utilizzo: il campo medico, le energie alternative, i sistemi di telecomunicazioni, l’industria del packaging e alimentare, e molti altri.

Encoder ottici e magnetici

A seconda dell’applicazione è importante il principio di determinazione della rotazione. Può influire sul prezzo o sulla capacità di un codificatore di gestire interferenze esterne o contaminazioni.

Le tipologie principali sono:

1. Codificatore ottico . Per la lettura ottica, gli encoder dispongono di una sorgente luminosa che viene progressivamente interrotta da un disco o altro mezzo fissato all’albero. Questa luce trasmette impulsi per encoder incrementali e trasmette dati di posizione per encoder assoluti.
2. Codificatore magnetico . Sono molto più economici di quelli ottici e sono più compatti. La maggior parte di essi utilizza dispositivi ad effetto Hall analogici montati su un circuito stampato. I sensori Hall sono azionati da un magnete bipolare montato all’estremità di un albero. Produce due segnali AC in antifase con un ciclo per giro dell’albero.

Ulteriori funzioni, caratteristiche e caratteristiche degli encoder

Tra i codificatori che hanno la stessa classe e definizione di rotazione, può esserci una grande discrepanza tra le capacità. I prezzi degli encoder spesso riflettono queste differenze. Di conseguenza, è necessario tenere conto dei seguenti parametri:

Risoluzione dell’encoder .

Numero di impulsi o posizioni dell’encoder per giro.

La risoluzione di un encoder rotativo corrisponde al numero massimo di punti che può misurare in un giro.

Nel caso di un encoder incrementale , la risoluzione è direttamente correlata al numero di impulsi che fornisce per giro.

Nel caso di un encoder assoluto , la risoluzione misura il numero di giri che il dispositivo può scrivere prima di “rotolare” verso la posizione zero. Ad esempio, un encoder a 16 bit avrebbe una risoluzione di 65.536 punti per giro.

L’encoder PPR deve essere scelto in base alla risoluzione prevista, che deve corrispondere all’applicazione e alla precisione dei componenti meccanici del circuito di misura.

Il sensore è collegato a un dispositivo elettronico, controller o contatore che consente di prendere in considerazione una frequenza massima di ingresso. Infatti, un encoder incrementale ad alta risoluzione genera più impulsi per giro rispetto a un encoder incrementale a bassa risoluzione. A seconda della velocità impostata dall’applicazione, l’uscita dell’encoder potrebbe avere una frequenza superiore a quella gestibile dal dispositivo collegato all’encoder. In questo caso sarà necessario utilizzare un codificatore a risoluzione inferiore.

Velocità

Gli encoder hanno una velocità meccanica massima in giri al minuto e una risposta in frequenza massima. Entrambi devono essere considerati, così come le capacità di risposta in frequenza dell’elettronica di lettura.

Affidabilità

Mentre molti encoder richiedono un ambiente relativamente pulito, altri sono adatti all’uso industriale. Questa caratteristica può essere correlata al metodo di rilevamento della rotazione o al tipo di custodia del dispositivo. Pertanto, quando si sceglie, è necessario tenere conto dell’ambiente di lavoro.

Eltra offre un’ampia gamma di encoder per carichi pesanti. Anche in alcune serie è possibile ordinare una custodia metallica rinforzata.

Tipi di uscite elettroniche dell’encoder

Ecco alcuni dei tipi di output più comuni dell’encoder Eltra.

1. Line Driver e RS422 (uscita differenziale). Il Line Driver può forzare attivamente l’uscita su un livello basso e alto, consentendogli di generare e assorbire corrente dal carico. Di conseguenza, viene generata una corrente più elevata mantenendo distanze di trasmissione più lunghe. Come suggerisce il nome, questo tipo di uscita dell’encoder è popolare per una vasta gamma di applicazioni industriali, soprattutto dove il livello di rumore è piuttosto elevato.

L’uscita RS-422 (TTL) fornisce un livello di segnale costante di 5 V indipendente dalla tensione di alimentazione.

2. Uscita Open Collector. Questo tipo di uscita permette di ricevere un segnale con un livello di tensione determinato non dalla tensione di alimentazione dell’encoder, ma dalla tensione della fonte di alimentazione aggiuntiva. Per fare ciò, è necessario collegare un resistore esterno tra i circuiti di alimentazione e l’uscita, il cui valore di resistenza è determinato dal valore di tensione della fonte di alimentazione aggiuntiva.

Eltra utilizza nei suoi modelli NPN open collector e PNP open collector

3. Push-pull (HTL) . Questo tipo di uscita è costruita su transistor rpp e ppp e ha una bassa impedenza di uscita, che consente di aumentare la corrente erogata al carico. In questo modo la capacità di carico aumenta e i processi di carico e scarico della capacità di carico vengono accelerati e quindi aumenta anche la velocità.
4. Codificatore analogico . Si tratta di un sensore di posizione assoluta che ha in uscita un segnale 0-10 V; 4 – 20 mA; 0 – 5 V; 0,5 – 4,5 V; 0 – 20 mA. Il dispositivo viene utilizzato per misurare angolo, inclinazione, posizione lineare e spostamento. Hanno guadagnato popolarità nell’automazione industriale, ora vengono attivamente sostituiti da encoder con segnali digitali. Ma i sensori analogici continuano a mantenere la loro nicchia grazie all’elevata affidabilità, alla facilità di elaborazione del segnale e alle dimensioni unificate.
5. SSI (interfaccia seriale sincrona). Permette la trasmissione dei dati di posizione dell’encoder assoluto tramite una linea seriale sincronizzata da un orologio. Il principio di funzionamento di un encoder con interfaccia SSI è molto simile a quello standard. Le sue parti principali sono una sorgente luminosa, un disco con finestre trasparenti e opache, circuiti di confronto/trigger, ricevitori fotoelettrici, convertitore parallelo/seriale, circuito monostabile, circuito di ingresso per un segnale di clock e un driver di uscita per un segnale dati.

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