Encoders incrementales o relativos

Encoders incrementales o relativos

Los encoders incrementales o relativos pueden darnos información sobre posición, número de vueltas y velocidad en base a una referencia. Por eso al conectarlos debemos marcar siempre esa referencia.

¿Necesitas ayuda con el encoder? Estaremos encantados de asistirte

Tabla de contenido

QUÉ ES UN ENCODER INCREMENTAL O RELATIVO

Si quieres comprender qué son los encoders incrementales, lo primero que tenemos que hacer es ponerlos en contexto y compararlos con el otro gran tipo de encoders, los encoders absolutos

Los encoders incrementales también son conocidos como encoders relativos. Su nombre nos ofrece pistas de cómo funcionan estos encoders. La gran diferencia entra los encoders incrementales o relativos y los encoders absolutos es que los incrementales necesitan siempre un punto de referencia para conocer su posición y los absolutos no la necesitan. De esta conclusión se puede afirmar que los encoders absolutos tienen una ventaja técnica sobre los incrementales al no precisar un punto de referencia, pero por contra son más más complejos y difíciles de fabricar, lo cual repercute en el precio y por eso los modelos incrementales son más baratos que los absolutos.

Si precisas más detalles aquí puedes descubrir todas las diferencias entre encoders absolutos y los incrementales.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ENCODERS INCREMENTALES

Como su propio nombre indica, los encoders incrementales basan su funcionamiento en la detección de marcas internas o incrementos que son equidistantes unos de otros. Por lo tanto, cuando se produce un movimiento en el encoder, éste cuenta el número de incrementos que han sido detectados en un cierto intervalo de tiempo y de este modo nos entregan información sobre la velocidad, dirección y cambio de posición con respecto a un punto de referencia. 

A diferencia de los modelos absolutos, las marcas internas de los encoders incrementales son iguales entre sí. Ese es el motivo por el que un encoder incremental siempre necesita un punto de referencia para conocer su posición ya que la posición tiene que ser calculada a partir del numero de incrementos que se ha desplazado respecto a la posición de referencia. Cabe destacar que el punto de referencia solo es necesario para controlar la posición. Si tan solo queremos conocer la velocidad o la dirección del movimiento no es necesario configurar ningún punto de referencia.

Funcionamiento encoder incremental
Funcionamiento de un encoder incremental

APLICACIONES DE ENCODERS RELATIVOS O INCREMENALES

Podemos encontrar encoders incrementales en infinidad de productos y aplicaciones industriales. A continuación se muestran algunos ejemplos de aplicaciones donde se utilizan encoders incrementales.

QUÉ SE DEBE TENER EN CUENTA PARA ELEGIR UN ENCODER INCREMENTAL

Existen cientos por no decir miles de modelos de encoders incrementales en el mercado, por eso es importante saber elegir el modelo apropiado para nuestro proyecto.  Nos hemos dado cuenta que habitualmente técnicos e ingenieros tienden a pasar por alto algunas características importantes que podrían sumar funcionalidad a la aplicación y que no lo hacen por desconocimiento. Otras veces ocurre lo contrario, sobredimensionan las prestaciones del encoder encareciendo innecesariamente el proyecto o producto final. Estas son las principales características que debes tener en consideración cuando necesites comprar un encoder incremental.

Encoders lineales o rotativos

Hay dos grandes grupos de encoders incrementales, los rotativos y los lineales. Si el movimiento de tu aplicación es rotativo necesitarás un encoder rotativo. Sin embargo, si el movimiento de tu aplicación es lineal, es probable que necesites un encoder lineal pero también podría ser que la mejor opción sea uno rotativo ya que hay muchos movimientos lineales que implican elementos mecánicos rotativos (husillos, piñones-cremallera, reductores…). Nuestra recomendación es usar siempre que sea posible un modelo rotativo ya que te habilita un recorrido infinito, mientras que los lineales tienen una carrera limitada. No obstante, saber si la mejor opción es un encoder lineal o uno rotativo no debería ser muy complicado. 

Encoders incrementales rotativos = multivuelta

A diferencia de los modelos absolutos, todos los encoders rotativos incrementales son multivuelta, por lo tanto no hay que preocuparse de este aspecto. Como ya hemos explicado, los encoders incrementales no tienen una codificación única para cada posición, sino que es una secuencia que se repite indefinidamente … 0, 1, 0, 1, 0, 1…. Esta simplicidad hace que al finalizar la primera vuelta y comenzar la segunda no haya variación en la secuencia. Por lo tanto los encoders rotativos incrementales pueden utilizarse en aplicaciones que requieran giros prolongados más allá de los 360º.

Encoders incremental de simple o doble canal

Un encoder incremental de simple canal es capaz de medir velocidad y desplazamiento (angular o lineal) pero no permite medir la dirección del movimiento. El origen de esta afirmación es que la secuencia de respuesta de un encoder de un solo canal, sería idéntica en ambas direcciones (…0,1,0,1…). Estos encoders de simple canal son más económicos y resultan ideales para aplicaciones como motores de ventilación o de bombeo donde la dirección de giro del motor siempre es la misma y tan solo se necesita medir la velocidad. 

Por lo tanto, si necesitamos conocer la dirección de giro es necesario que el encoder incremental disponga de dos canales y sus dos respectivos sensores. Estos dos canales concéntricos, por consenso nombrados A y B, deben tener un desfase entre ellos, lo que permite a la controladora conocer la dirección del movimiento. 

En el siguiente GIF se representa un encoder incremental rotativo básico a modo conceptual. Como se pude ver, hay dos canales con un cierto desfase que permite a la controladora conocer el sentido de giro del encoder:

  • Sentido horario (CW): A siempre irá con retaso respecto a B. La secuencia sería  …0-0  0-1, 11, 1-0… 
  • Sentido antihorario (CCW): B siempre irá con retaso respecto a A. La secuencia sería …0-0, 1-0, 1-1, 0-1… 
Encoder incremental dirección
Secuencia encoders incremental en función de la dirección de giro (cortesía de wikipedia.com)

A los encoder incrementales de doble canal también se les conoce con encoders en cuadratura. En la siguiente imagen se puede ver cómo las ondas cuadradas de los canal de salida A y B están desfasadas 90 grados. Si el giro del encoder es en sentido horario (CW) la señal cuadrada del canal A irá con retraso respecto a B. Si el giro es antihorario (CCW), la señal del canal A ira adelantada respecto al canl B. 

Encoder incremental cuadratura
Desfase de 90º entre canal A y B de un enocder en cuadratura. Imagen cortesía de (dewesoft.com/)

Resolución de un encoder incremental

Para determinar la resolución del encoder incremental necesitamos conocer la precisión que requiere la máquina o producto donde vaya montado dicho encoder. Es decir, el encoder interno de un pie de rey digital necesitará mayor precisión que el encoder utilizado en una rueda de medición de distancias..

Resolucion de encoders incrementales
Ejemplo de aplicaciones con encoders incrementales de alta y baja precisión

Aunque hay algunas excepciones, generalmente cuanta más precisión requiera nuestra aplicación más resolución deberá tener el encoder. La resolución de un encoder absoluto depende del numero de bits, por lo que para un encoder de n bits se logrará una resolución de `2^n` posiciones. Sin embargo la resolución de los encoders incrementales se mide en PPR (pulsos por revolución) para encodes rotativos o en pulsos unidad de longitud (cm, mm, pulgadas) para encoders lineales. 

Tipo de sensor en encoders incrementales

En el mercado podemos encontrar distintos tipos de encoders según el sistema de detección que empleen. Aunque hay más tipos, los dos más utilizados son los ópticos y los incrementales:

  • Encoders incrementales ópticos: son los más comunes y cuentan con distintas ventajas. Son muy precisos y cuentan con una buena relación calidad precio. Constructivamente constan de un emisor de luz LED y un fotoreceptor. Ambos elementos se colocan respectivamente a uno y otro lado de una banda codificada que cuenta con una serie de ranuras opacas y transparentes. Estas ranuras evitan o permiten el paso de la luz que llega al fotoreceptor. El fotoreceptor convierte esas señales intermitentes en pulsos eléctricos que son procesados para interpretar el movimiento del encoder.
  • Encoders incrementales magnéticos: son también muy utilizados en la industria. La ventaja de los encoders magnéticos respecto a los ópticos, es la robustez, por lo que son muy apropiados en aplicaciones sometidas a condiciones de trabajo más exigentes (vibraciones, altas temperaturas…). Constructivamente cuentan por un lado con una batería de imanes dispuestos consecutivamente y por el otro uno o varios sensores magnéticos capaces de detectar las variaciones de campo magnético producidas por el movimiento de los imanes respecto a los sensores magnéticos.  

Otras caracteristicas a considerar

Además de los puntos que acabamos de describir, hay otros muchos aspectos que se debe considerar para elegir el encoder que mejor se ajuste a nuestra aplicación.

  • Integración del encoder en nuestra máquina o sistema: Tendremos que buscar la manera más sencilla de trasmitir el movimiento de nuestra máquina al encoder. Si hemos elegido un encoder rotativo, existen distintas opciones: eje (encoder macho), eje hueco (encoder hembra)… Si la opción en un encoder lineal también existen alternativas de integración.
  • Material y acabado: Existen distintos materiales y acabados y dependerá de cada aplicación elegir uno u otro. Lo materiales más abundantes a nivel industrial son el aluminio, el acero inoxidable y plástico
  • Velocidades del movimiento: Para dimensionar correctamente un encoder tenemos que tener en cosideración la velocidad máxima a la que vamos a someterlo. Si el movimiento es de giro tendremos que conocer el límite de RPM (revoluciones por minuto) que soporta el encoder. Si el movimiento es lineal verificaremos la velocidad máxima expresada en cualquier unidad de velocidad lineal (m/s, m/min, pulgadas/s…).  
  • Protocolo de comunicación: Existen distintas alternativas de código abierto como SSI o BiSS y otras que son de código propietario.  
  • Interfaces de BUS de campo: Los sistemas de comunicación por bus de campo cada vez son más habituales en la industria ya que simplifican enormemente los sistemas de comunicación. Estos son algunos ejemplos: DiveceNet, Interbus, ProfiBus, CAN Open…
  • Protección IP: Tendremos que conocer el grado de protección ambiental que necesita nuestro encoder. Por eso hay modelos con distintos grados de protección (IP50, IP64, IP67…)
  • Certificados: Existen algunas industrias que requieren una serie de requisitos. Por eso a veces es necesario que el encoder haya sido certificado. Estos son algunos ejemplos de certificados (Atex, DIN 61508, ISO 13849, IEC 61580, SIL3…)
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