Uncodificador incrementalEs un sensor ampliamente utilizado en automatización industrial, control de movimiento, robótica y otros equipos de precisión. Se utiliza principalmente para medir el ángulo, la velocidad y la dirección de rotación. El codificador incremental genera una serie de pulsos eléctricos que proporcionan información sobre el movimiento de un eje giratorio. El sistema de control utiliza estos pulsos para calcular los cambios de posición, la velocidad y otros parámetros. Algunos sistemas también lo denominan...codificador incrementalsensor debido a su naturaleza incremental. Además, se pueden aplicar principios similares en uncodificador lineal incremental(para desplazamiento lineal) o uncodificador rotatorio incremental(para desplazamiento rotacional).
1. Principio básico de funcionamiento de un codificador incremental
El principio básico de funcionamiento de un codificador incremental se basa en tecnología óptica o magnética. El componente clave es un disco giratorio (también conocido como «disco de codificación» o «disco de escala») con patrones codificados dispuestos regularmente (como rayas o agujeros). A medida que el disco gira, interactúa con un sensor estacionario (como un sensor óptico), generando las señales de pulso correspondientes.
A medida que el disco codificador gira, la serie de señales de pulso que produce representa cambios incrementales en el ángulo de rotación. Por cada rotación fija, se genera un conjunto de señales de pulso. Estas señales suelen ser consistentes y periódicas.Principio de funcionamiento del codificador incrementalIncluye dos señales de salida principales (A y B) y también puede incluir una señal de referencia (Z). Estas señales ayudan a determinar la dirección, el cambio de posición y la velocidad de rotación.
2. Tipos de codificadores incrementales
Los codificadores incrementales se pueden clasificar en diferentes tipos según el método de señal de salida:
Codificador óptico incremental:
Los codificadores ópticos incrementales utilizan una fuente de luz y un fotodetector para detectar patrones (rayas o agujeros) en el disco de codificación. Al atravesar la luz estos patrones, el detector genera señales eléctricas.
Ventajas:Alta resolución, adecuado para mediciones precisas y puede proporcionar cambios angulares finos.
Desventajas:Sensible al polvo, la suciedad y otros factores ambientales, que pueden afectar el rendimiento.
Codificador incremental magnético:
Los codificadores magnéticos utilizan campos magnéticos para la detección. El disco codificador tiene imanes o polos magnéticos, y el sensor detecta los cambios en los campos magnéticos a medida que el disco gira, convirtiéndolos en señales de pulsos eléctricos.
Ventajas:Duradero y adecuado para entornos hostiles (por ejemplo, altas temperaturas, humedad, polvo).
Desventajas:Generalmente tiene una resolución más baja en comparación con los codificadores ópticos, pero suficiente para muchas aplicaciones.
Codificador incremental mecánico:
Los codificadores mecánicos utilizan contacto mecánico y cambios de engranajes para generar pulsos. Se suelen utilizar en aplicaciones de bajo coste donde no se requiere alta precisión.
Desventajas:Resolución más baja y sujeta a desgaste debido a componentes mecánicos.
3. Parámetros clave de los codificadores incrementales
ResoluciónLa resolución se refiere al número de pulsos generados por el codificador por cada revolución completa del disco codificador. Esto también se conoce comoresolución del codificador incremental, que indica la precisión del codificador por cada vuelta completa. Una mayor resolución implica una mayor precisión de medición por rotación. Por ejemplo, un codificador con 1000 pulsos por revolución (PPR) genera 1000 pulsos por cada vuelta completa del disco.
Frecuencia de pulso: Es el número de pulsos generados por unidad de tiempo, generalmente medido en hercios (Hz). La frecuencia de pulso determina la velocidad de respuesta del codificador. Frecuencias de pulso más altas permiten al codificador medir velocidades más altas.
Cambio de faseLos codificadores incrementales suelen tener dos señales de salida, A y B. El desfase entre estas señales ayuda a determinar el sentido de rotación. Cuando hay un desfase de 90 grados entre las señales A y B, se puede identificar el sentido de rotación. Si la señal A va delante de la señal B, indica rotación en sentido horario; si la señal B va delante de la A, indica rotación en sentido antihorario.
Tipo de salidaLos codificadores incrementales suelen emitir señales de onda cuadrada, que pueden ser de colector abierto, push-pull o diferenciales. Los diferentes tipos de salida son compatibles con diversos sistemas de control e interfaces eléctricas.
Señal de referenciaAlgunos codificadores incrementales también proporcionan un pulso de "cero" o de "referencia" (a menudo denominado señal Z) que se produce una vez por revolución. Esta señal se utiliza para la sincronización y el restablecimiento de la posición del codificador.
4. Ventajas y desventajas de los codificadores incrementales
Ventajas:
Bajo costoLos codificadores incrementales tienen una construcción relativamente simple, lo que los hace rentables.
Resolución altaProporcionan mediciones angulares y de velocidad de alta precisión, lo que los hace adecuados para muchas aplicaciones que requieren precisión.
Respuesta rápidaLos codificadores incrementales pueden responder rápidamente a los cambios en la velocidad de rotación, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta velocidad.
Fácil instalación:Son fáciles de instalar, lo que los hace adecuados para su integración en diversos dispositivos.
Detección de dirección:El cambio de fase entre las señales A y B permite una detección precisa de la dirección de rotación.
Desventajas:
Sin memoria de posiciónLos codificadores incrementales solo proporcionan información de posición relativa, lo que significa que no pueden recordar su posición después de apagar el sistema. Si se corta la alimentación o se reinicia el sistema, es necesario restablecer la posición.
Sensibilidad a los factores ambientalesLos codificadores ópticos son sensibles a contaminantes como el polvo y la grasa, mientras que los codificadores magnéticos son menos susceptibles a las condiciones ambientales.
Necesidad de una señal de puesta a cero externa:Dado que los codificadores incrementales miden la posición relativa, normalmente requieren una señal de referencia externa para inicializar o restablecer la posición.
5. Aplicaciones de los codificadores incrementales
Los codificadores incrementales se utilizan en una amplia gama de industrias, especialmente en aplicaciones que requieren medición precisa de la posición, control de movimiento y retroalimentación. Entre las aplicaciones más comunes se incluyen:
Control del motorLos codificadores incrementales proporcionan información sobre la velocidad y el ángulo en tiempo real, lo que los hace esenciales para controlar servomotores, motores paso a paso y otros tipos de motores.
Robótica:Se utilizan para el posicionamiento preciso y el control del movimiento en brazos robóticos, plataformas móviles y sistemas automatizados.
Máquinas CNC:En las máquinas CNC (control numérico por computadora), se utilizan codificadores incrementales para controlar el movimiento preciso de herramientas y máquinas.
Líneas de producción automatizadas:Ayudan a monitorear el movimiento de diversos equipos en las líneas de producción, garantizando precisión y eficiencia en los procesos de fabricación.
Sistemas de medición y control:Los codificadores incrementales se utilizan en diversos sistemas de medición de precisión y aplicaciones de control.
Sistemas automotrices:En vehículos eléctricos, robótica y vehículos autónomos, se utilizan para monitorizar y controlar la rotación de ruedas, motores y otras partes móviles.
6. Comparación: codificador incremental vs. codificador absoluto
Se utilizan codificadores incrementales y absolutos para medir la posición, pero tienen claras diferencias en cómo funcionan y el tipo de retroalimentación que proporcionan.
Codificador incrementalProporciona únicamente información de posición relativa y requiere señales de referencia externas para inicializar o restablecer la posición. Debe reiniciarse tras un corte de energía o un reinicio.
Codificador absolutoProporciona un valor de posición único para cada punto de su rotación. Incluso tras un corte de energía, un codificador absoluto puede conservar su posición y proporcionar una lectura precisa.
Si bien los codificadores incrementales pueden carecer de la capacidad de recordar posiciones absolutas, ofrecen ventajas como un menor costo y una respuesta más rápida, lo que los hace adecuados para diversas aplicaciones. Los codificadores absolutos, por otro lado, son más adecuados para aplicaciones donde el seguimiento de la posición absoluta es crucial.
7. Conclusión
¿Cómo funcionan los codificadores incrementales? Los codificadores incrementales son un tipo común de sensor de posición rotacional debido a su bajo costo, simplicidad, alta precisión y rápidos tiempos de respuesta. Si bien no conservan memoria de posición y se limitan al posicionamiento relativo, su funcionamiento los hace valiosos en aplicaciones que requieren un control preciso y de alta velocidad. Por ello, se utilizan ampliamente en sistemas de control de movimiento, robótica, máquinas CNC y otros procesos de automatización, proporcionando información valiosa para una amplia gama de equipos de precisión.