Encoder assoluti ottici e magnetici

L’affidabilità e la qualità del lavoro sia delle vostre apparecchiature complesse che della produzione nel suo insieme dipendono dall’affidabilità dell’encoder. Pertanto le perdite dovute a fermi imprevisti della linea di produzione possono essere sproporzionatamente elevate rispetto ai soldi risparmiati sull’acquisto degli encoder.

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.