Encoders absolutos

Encoders absolutos

Los encoders absolutos nos permiten conocer, velocidad y posición de los elementos móviles de nuestra aplicación desde el momento que conectamos el encoder (sin necesidad de configurar una referencia).

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Tabla de contenido

QUÉ ES UN ENCODER ABSOLUTO

Para comprender correctamente qué es un encoder absoluto, lo primero que tenemos que hacer es saber diferenciarlo de los encoders incrementales: 

Los encoders absolutos son los únicos que son capaces de registrar su posición absoluta desde el momento en que éstos son conectados. Entendemos por posición absoluta a la posición exacta del encoder.  

Por contra, los encoders incrementales o relativos en realidad nunca conocen su posición absoluta, tan solo pueden comparar y por lo tanto simplemente nos ofrecen información sobre cuánto se ha movido respecto a una medición anterior.

Si quieres puedes profundizar más sobre este tema en el siguiente articulo sobre diferencias entre enconders absolutos y relativos.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN ENCODER ABSOLUTO

El principio de funcionamiento de los encoders absolutos se basa en codificar cada incremento de movimiento con un código único. Estos incrementos de movimiento pueden ser lineales si se trata de encoders lineales o angulares para encoders rotativos.

En el caso de los encoders rotativos absolutos, para cada incremento angular de posición del eje del encoder, éste nos ofrecerá un código binario único que permite conocer inequivocamente la posición exacta de dicho eje. En la siguiente imagen se puede entender perfectamente a que nos referimos con este concepto.

Resolución encoders absolutos
Ejemplo conceptual de codificación de un encoder absoluto de 16 posiciones

La imagen anterior es una representación conceptual de cómo sería un encoder absoluto rotativo de 16 posiciones. Cada posición representa 1/16 parte de una circunferencia completa, esto serían 360º/16= 22.5º para cada posición.  Como se puede ver en la tabla adjunta, cada posición tiene asignado un código binario único. Por ejemplo la posición numero 0 (marcada en rojo), tiene asignado el código 0000 que es único y no se vuelve a repetir en ninguna otra posición. Por lo tanto, sabremos con total certeza que este encoder nos de una lectura de 1011 significará que el eje de giro del encoder se encuentra en la posición 13. Obviamente este modelo es conceptual, ya que una resolución de 16 posiciones ofrecería una precisión insuficiente para casi cualquier aplicación.

APLICACIONES DE ENCODERS ABSOLUTOS

Los encoders absolutos se utilizan en infinidad de aplicaciones industriales. Estas son algunos ejemplos de aplicaciones que podrían necesitar encoders absolutos.

QUÉ SE DEBE TENER EN CUENTA PARA ELEGIR UN ENCODER ABSOLUTO

Una vez tenemos claro que lo que necesitamos es un encoder absoluto y no uno incrementar, es el momento de comenzar a definir nuestras necesidades para elegir el modelo que mejor se ajuste a éstas. Existen cientos de modelos en el mercado y por lo tanto es muy importante dimensionar correctamente el modelo que mejor encaje en nuestro proyecto. Estos son los principales criterios y consideraciones que se debe tener en cuenta para elegir el encoder absoluto apropiado:

Encoders lineales o rotativos

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es el tipo de movimiento que queremos controlar. El movimiento de nuestra aplicación puede ser lineal para lo que utilizaremos un encoder lineal o puede ser giratorio y por lo tanto precisaremos un encoder rotativo. Las diferencias entre ambos son muy notorias y por lo tanto este será el primer «filtro» que debemos aplicar para dimensionar el codificador absoluto. 

Encoders multivuelta o monovuelta

En el caso de que busques un encoder rotativo, es momento de analizar si la aplicación requiere un encoder monovuelta o multivuelta. Como su nombre indica, los encoders monovuelta solo permiten realizar lecturas de posición en una única vuelta, es decir, la codificación se repite vuelta tras vuelta. Los encoders multivuelta nos permiten, además de conocer la posición de giro del eje en una misma vuelta, saber el número de vueltas que éste a realizado. En otras palabras, los encoders multivueltas son capaces de verificar ángulos superiores a 365º. 

Un ejemplo de aplicación que utilice encoders monovuelta podría ser una mesa rotativa o un plato divisor. Sin embargo, los ejes de un torno de control numérico requieren encoders multivueltas. 

Resolución de un encoder absoluto

Para dimensionar correctamente un encoder es muy importante conocer la precisión que necesitemos en nuestras mediciones. Cuanta más precisión se requiera mayor resolución tendrá que tener el enconder. Por poner dos ejemplos, no requiere la misma precisión la rueda de un patinete eléctrico que un telescopio de la NASA. 

La precisión de un encoder rotativo vendrá dada por el mínimo incremento angular que el encoder pueda detectar. En el caso de encoders absolutos lineales, sería la distancia mínima que el encoder pueda detectar.

La resolución de un encoder absoluto dependerá del número de bits que permita sistema de codificación. En el ejemplo conceptutal que vimos anteriormente, teníamos una codificación de 4 bits, por lo que la resolución en ese ejemplo sería de `2^4=16` posiciones. Con ese encoder conseguiríamos una precisión de `360/16=22.5`º, por lo que no podrías detectar incrementos angulares menores a esos 22.5º.  Los encoders reales tienen resoluciones mucho más altas que pueden llegar hasta los 22 bits, lo que significa `2^22=4.194.304` posiciones.

Tipo de sensor

Existen varios tipos de encoders según el de sensor utilizado. Los dos más comunes son los encoders absolutos ópticos y los magnéticos. Veamos las diferencias:

  • Encoders absolutos ópticos: cuentan con un  led emisor de luz y con un fotoreceptor. Ambos elementos se colocan a un lado y a otro de un disco codificado que cuenta con una serie de huecos opacos o transparentes que impiden o permiten pasar la luz desde el led emisor hasta el receptor. Los Encoders ópticos son más precisos que los magnéticos pero más sensibles a la suciedad, temperatura, vibraciones externas.
  • Encoders absolutos magnéticos: una de las partes cuenta con una serie de polos magnéticos dispuestos de forma circular (para encoders rotativos) o en batería (para encoders lineales). En la otra parte uno o varios sensores se encargan de detectar los cambios o perturbaciones de campo magnético que se producen al mover el sensor en las proximidades de los polos magnéticos. Esas variaciones de campo magnético son registradas y digitalizadas para obtener de forma precisa las posiciones de la aplicación.

Otras caracteristicas a considerar

Lo que hemos visto hasta ahora son los principales aspectos que se tienen que tener en cuenta para dimensionar un encoder absoluto, sin embargo hay muchos otros aspectos que hay que tener en cuenta para elegir el encoder correcto:

  • Sistema de fijación o acoplamiento: Hay muchos opciones distintas dependiendo de si los encoders son lineales o rotativos.
  • Material y acabado: Aluminio, acero inoxidable, plástico
  • Velocidades de la aplicación: Hay que tener en cuenta la velocidad máxima que el encoder puede soportar. En aplicaciones rotativas, la velocidad se mide en RPM y en aplicaciones lineales en m/s.  
  • Protocolo de comunicación: Hay muchas opciones y es un criterio importante que hay que tener en cuenta. Hay algunas que son de código abierto como SSI o BiSS y otras que son de código propietario.  
  • Interfaces de BUS de campo: La comunicación por bus de campo cada vez está más extendida ya que elimina las limitaciones de conectividad simultanea que tienen otros protocolos de comunicación. Algunos de los interfaces de bus de campo más conocidos son : ProfiBus, DiveceNet , Interbus, CAN Open…
  • Grado de protección IP: Dependiendo de la aplicación, o incluso la industria a la que pertenezca se puede requerir distintos grados de proctección IP (IP50, IP64, IP67…)
  • Otras certificaciones: En función de la industria o de la naturaleza de la aplicación, será necesario que el encoder cumpla con alguna certificación (Atex, DIN 61508, ISO 13849, IEC 61580, SIL3…)
  • Codificación Binaria o Gray: La codificación Gray implica que dos posiciones consecutivas difieran tan solo en un bit. Este peculiaridad hace que el encoder sea más estable. 
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