¿Cuál es la diferencia entre codificadores absolutos e incrementales?
Los codificadores son componentes esenciales en los sistemas de control de movimiento, ya que proporcionan información sobre la posición, la velocidad y la dirección de componentes mecánicos como motores y actuadores. Desempeñan un papel fundamental en aplicaciones que abarcan desde la robótica y la automatización industrial hasta la maquinaria CNC y la electrónica de consumo. Los dos tipos principales de codificadores son los codificadores absolutos y los codificadores incrementales . Comprender sus diferencias, ventajas y aplicaciones adecuadas es crucial para seleccionar el codificador adecuado para cada caso de uso específico.
1. Definición
Codificadores absolutos:
Función: Proporcionar un valor de posición único (posición absoluta) para cada ángulo del eje, garantizando que cada posición sea identificable de forma única.
Salida: Cada posición corresponde a un código binario o digital específico, lo que significa que la posición exacta se puede determinar inmediatamente después del inicio sin necesidad de un punto de referencia.
Codificadores incrementales:
Función: Proporcionan información de posición relativa mediante la generación de pulsos a medida que el eje gira. Rastrean el movimiento contando estos pulsos desde un punto de referencia conocido.
Salida: Produce pulsos (a menudo con información de dirección) que deben contarse y referenciarse para determinar la posición, la velocidad y la dirección.
2. Principios de funcionamiento
Codificadores absolutos:
Utiliza una serie de pistas concéntricas, cada una representando un bit binario. A medida que el eje gira, sensores ópticos, magnéticos o capacitivos leen estas pistas para generar un código único.
Tipos:
Codificadores absolutos de una sola vuelta: proporcionan información de posición para una rotación completa.
Codificadores absolutos multivuelta: incorporan mecanismos (como ruedas dentadas o memoria) para rastrear múltiples rotaciones, proporcionando una posición acumulativa.
Codificadores incrementales:
Utilice un disco con marcas equidistantes (ranuras o líneas) que pasen por los sensores a medida que gira el eje.
Generalmente se generan dos salidas de onda cuadrada (A y B) desplazadas 90 grados para determinar la dirección.
Puede incluir un pulso de índice (Z) para establecer una posición de referencia.
3. Diferencias clave
Característica | Codificadores absolutos | Codificadores incrementales |
Información de posición | Proporciona un valor de posición absoluta único | Proporciona una posición relativa basada en el recuento de pulsos. |
Manejo de pérdida de potencia | Conserva la información de posición durante la pérdida de energía | Pierde información de posición; requiere volver a referenciarla |
Comportamiento de inicio | Conoce la posición instantáneamente al encenderse | Requiere retorno a origen o referencia para determinar la posición |
Complejidad | Circuitos y esquemas de codificación más complejos | Diseño y procesamiento de señales más sencillos |
Resolución | Generalmente más altos, ofreciendo valores absolutos precisos | Puede lograr una alta resolución mediante el conteo de pulsos. |
Costo | Generalmente más caro debido a la complejidad. | Generalmente menos costoso |
Alambrado | Requiere más cables para múltiples canales | Se necesitan menos cables, conexiones más sencillas |
Adecuación de la aplicación | Ideal para aplicaciones que requieren datos de posición inmediatos y precisos, especialmente después de una pérdida de energía. | Adecuado para aplicaciones donde el seguimiento del movimiento relativo es suficiente y se puede restablecer la posición absoluta. |
4. Ventajas y desventajas
Codificadores absolutos
Ventajas:
Datos de posición inmediata: determinación instantánea de la posición del eje sin necesidad de moverse a un punto de referencia.
Resiliencia ante pérdida de energía: mantiene la información de posición durante interrupciones de energía.
Alta precisión: a menudo ofrece mayor resolución y precisión, especialmente en variantes multivuelta.
Seguridad: Más adecuado para aplicaciones donde el seguimiento preciso de la posición es fundamental para la seguridad.
Desventajas:
Costo: Generalmente más caros que los codificadores incrementales.
Complejidad: Más complejo en diseño e implementación, requiriendo electrónica más sofisticada.
Cableado: puede requerir más líneas de señal, lo que aumenta la complejidad del cableado.
Codificadores incrementales
Ventajas:
Simplicidad: Más fácil de implementar con electrónica y cableado más simples.
Rentable: Generalmente menos costosos, lo que los hace adecuados para aplicaciones con presupuesto limitado.
Capacidad de alta velocidad: puede manejar aplicaciones de alta velocidad de manera efectiva debido a la generación directa de pulsos.
Desventajas:
Restablecimiento de posición en caso de pérdida de energía: requiere reubicación o referenciación después de interrupciones de energía, lo que puede generar tiempo de inactividad.
Posicionamiento relativo: no se puede determinar la posición absoluta sin referencia externa, lo que limita el conocimiento inmediato de la posición.
Posibilidad de errores: los pulsos faltantes o los errores de conteo pueden generar un seguimiento de la posición inexacto.
5. Aplicaciones típicas
Codificadores absolutos:
Robótica: Requiere conocimiento preciso e inmediato de las posiciones de las articulaciones.
Automatización industrial: fundamental para máquinas CNC, brazos robóticos y líneas de montaje donde es necesario un posicionamiento exacto.
Equipo médico: garantiza movimientos precisos en dispositivos como robots quirúrgicos y sistemas de imágenes.
Aeroespacial: Se utiliza en aplicaciones donde la confiabilidad y la precisión son primordiales.
Codificadores incrementales:
Control de velocidad del motor: adecuado para aplicaciones donde se monitorean la velocidad y la dirección relativas.
Impresoras y escáneres: rastrean el movimiento a lo largo de una superficie.
Ascensores y transportadores: Monitorizar movimiento y posición, volviendo a referenciarlos al inicio.
Maquinaria industrial simple: donde el seguimiento de la posición absoluta no es crítico o puede gestionarse mediante rutinas de retorno al origen.
6. Consideraciones de selección
Al elegir entre codificadores absolutos e incrementales, tenga en cuenta los siguientes factores:
Requisitos de precisión de posición:
Se necesita alta precisión: son preferibles los codificadores absolutos.
El posicionamiento relativo es suficiente: los codificadores incrementales pueden ser adecuados.
Confiabilidad energética:
Pérdidas frecuentes de potencia: los codificadores absolutos son ventajosos.
Fuente de alimentación estable: los codificadores incrementales se pueden utilizar de manera efectiva.
Restricciones presupuestarias:
Aplicaciones sensibles a los costos: los codificadores incrementales son más económicos.
Mayor presupuesto disponible: los codificadores absolutos ofrecen más funciones y confiabilidad.
Complejidad del sistema:
Sistemas más simples: Los codificadores incrementales son más fáciles de integrar.
Sistemas complejos que requieren información detallada: los codificadores absolutos proporcionan datos de posición completos.
Entorno de aplicación:
Condiciones adversas o críticas para la seguridad: los codificadores absolutos proporcionan una respuesta más confiable.
Entornos no críticos: Los codificadores incrementales son adecuados y rentables.
Comportamiento de inicio:
Se necesita conocimiento inmediato de la posición al iniciar: los codificadores absolutos eliminan la necesidad de volver al inicio.
El posicionamiento de inicio se puede calibrar: los codificadores incrementales se pueden utilizar con secuencias de inicio.
7. Conclusión
Tanto los codificadores absolutos como los incrementales desempeñan un papel fundamental en los sistemas de control de movimiento, cada uno con sus propias ventajas y casos de uso ideales. Los codificadores absolutos son la opción ideal para aplicaciones que requieren datos de posición precisos, inmediatos y fiables, especialmente en entornos con posibles cortes de suministro eléctrico o donde la seguridad y la precisión son primordiales. Por otro lado, los codificadores incrementales ofrecen una solución rentable y más sencilla para aplicaciones donde el posicionamiento relativo es suficiente y donde la simplicidad del sistema y el presupuesto son importantes.
La selección del tipo de codificador adecuado depende de los requisitos específicos de la aplicación, como la precisión, la fiabilidad, el presupuesto y la complejidad del sistema. Al evaluar cuidadosamente estos factores, los ingenieros y diseñadores pueden garantizar un rendimiento y una eficiencia óptimos en sus sistemas de control de movimiento.