Come scegliere un codificatore?

Se il tuo progetto richiede l’utilizzo di un codificatore, allora devi scegliere quello più adatto alle tue esigenze. Oggi al consumatore viene offerta un’incredibile gamma di codificatori tra cui scegliere, ma se non sai cosa stai cercando, ci sono buone probabilità che ti ritroverai con qualcosa di non ottimale. Diamo un’occhiata a cosa c’è oggi sul mercato per tali componenti e magari presentiamo alcune nuove opzioni.

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.