Encoders lineales

Encoders lineales

Los encoders lineales nos ofrecen datos de velocidad, desplazamiento, y posición en aplicaciones en las que intervengan movimientos lineales.

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Tabla de contenido

QUÉ ES UN ENCODER LINEAL

Los encoders lineales son sensores destinados a la obtención de datos en aplicaciones con movimientos lineales. Gracias a los encoders lineales podemos parametrizar el movimiento lineal de un dispositivo y conocer información tan útil como es la velocidad, la posición, la aceleración de dicho dispositivo o aplicación móvil…

Entre las distintas formas de clasificar los encoders, la principal y la más básica es la clasificación según el tipo de movimiento que queramos parametrizar en nuestra máquina o aplicación. Por eso en esta clasificación encontramos los encoder rotativos y los encoders lineales que analizaremos a continuación.

Los encoders lineales tan solo representan 1/5 parte del mercado. Mientras que la gran mayoría (>80%) de los modelos que están presentes en la industria son rotativos. En cierto modo esto es así ya que incluso en movimientos lineales, los encoders rotativos pueden ser una buena opción ya que casi siempre hay elementos de trasmisión rotatorios (husillos, motores, piñones, poleas…)

Sin embargo hay muchas aplicaciones donde un encoder lineal es indispensable y por eso el mercado nos ofrece tantas variedad de modelos.

Encoder lineal óptico
Encoder lineal óptico

APLICACIONES DE ENCODERS LINEALES

Estas son algunas de las aplicaciones reales donde se utilizan encoders lineales. Como se pude ver hay presencia de encoders lineales en distintas industrias y sectores.

COMO ELEGIR UN ENCODER LINEAL

Como ya hemos mencionado existen muchas marcas y modelos de encoders lineales por eso es fundamental que los ingenieros y diseñadores sean capaces de elegir y dimensionar correctamente el encoder lineal que mejor encaje en cada proyecto.

En los siguientes apartados vamos a destacar los principales criterios que se deben tener en cuenta para determinar el encoder lineal correcto.

Encoder lineal ¿absoluto o incremental?

Siempre que hablemos de encoders, ya sean lineales o rotativos, debemos ser capaces de diferenciar los modelos absolutos de los incrementales:

  • Encoders lineales absolutos: Son aquellos que tienen la capacidad de no perder la posición bajo ninguna circunstancia, incluso ante un corte de suministro eléctrico. Esta facultad se debe a que cada incremento de posición que el encoder sea capaz de detectar, esta codificado con un código único.   
  • Encoders lineales incrementales: Son aquellos que tan solo son capaces de comparar la posición respecto a una referencia que previamente hay que establecer. En realidad los modelos incrementales no obtienen valores absolutos sino valores incrementales o relativos a esa referencia.

Encoder lineal ¿óptico o magnético?

Otra clasificación muy importante de cualquier encoder es la tecnología de detección que utilice. Hay varias opciones, para simplificar vamos a centrarnos en las dos tecnologías  más utilizadas en el mercado:

  • Encoders lineales ópticos: Constan de uno o varios emisores de luz LED y un fotosensor  colocados a ambos lados de una cinta óptica codificada. Esta cinta cuenta con una serie de ranuras trasparentes y opacas que permiten (o no) el paso de la luz desde el led al fotosensor.  La información obtenida de los fotosesores es procesada para obtener posiciones, velocidades, aceleraciones… Los encoders lineales ópticos destacan por ser más económicos y por alcanzar mayores resoluciones  que los modelos magnéticos. 
  • Encoders lineales magnéticos: Constan de uno o varios sensores y una serie de polos magnéticos dispuestos consecutivamente a lo largo de la cinta magnética. Los encoders magnéticos deben su funcionamiento a la capacidad que tienen los sensores magnéticos para detectar alteraciones de campo magnético. Estas alteraciones se producen cuando se mueven los polos magnéticos respecto al sensor. Los encoders tienen la capacidad de transformar esas alteraciones en señales digitales que contienen información relacionada con el movimiento del encoder: velocidad, posición, dirección… Los encoders lineales magnéticos son mucho más robustos que los ópticos y por eso son la opción ideal en aplicaciones sometidas a ambientes exigentes (polvo, aceite en suspensión, suciedad…).
Encoder lineal optico vs magnético
Encoder lineal óptico vs magnético

Tipo de encoder lineal según el sistema de medición

Independientemente de si el encoder es optico o magnético o de si es absoluto o incremental existe otra clasificación de encoders lineales según su forma o sistema de medición. A continuación se explican los 4 sistemas más utilizados; 

  • Encoders lineales abiertos o de cinta de medida. Se trata de un cabezal que obtiene la medición a partir de una cinta de medida que hace la función de regla. La cinta se puede configurar a cualquier longitud e instalar en cualquier superficie, por lo tanto este sistema aporta mucha flexibilidad. Normalmente no hay ningún tipo de contacto entre la cinta y el cabezal, por lo que no hay desgaste entre las partes.
  • Encoders lineales cerrados: Al estar encapsulados cuentan con una mayor protección contra la humedad o suciedad del entorno. 
  • Encoders lineales por cable: Son bastante habituales ya que ofrecen mucha flexibilidad de integración. Constan de un cable que se enrolla sobre un tambor. El encoder obtiene la medición a partir de las vueltas del tambor.
  • Encoders lineales por rueda de medida: Son también conocidos como encoders táctiles. Estos encoders utilizan una rueda como sistema de palpación. Esta rueda gira en contacto con una superficie móvil y registra el número de vueltas. A partir de estas vueltas se obtienen los valores de posición, velocidad y otras variables relacionadas con el movimiento en cuestión.

Resolución de un encoder lineal

Definir la precisión de nuestra máquina o aplicación es una terea de vital importancia que hay que realizar en la fase de prediseño. Siempre decimos que la precisión de un movimiento dependerá de todos los elementos que intervengan en él, pero sobre todo del elemento menos preciso de todos. De poco importa tener un encoder de máxima resolución si después las piezas móviles tienen grandes holguras.

Para elegir correctamente el encoder lineal debemos conocer cual es la resolución que requiere nuestra aplicación. Para entender esto vamos a realizar distinciones dependiendo de si el encoder es incremental u absoluto. 

  • Resolución de encoders lineales absolutos: La resolución de los encoders absolutos se expresa en bits. Es decir, un encoder de 8 bits es capaz de detectar 256 posiciones distintas ( `2^8`) repartidas a lo largo de toda su carrera. Es decir, si la carrera es de 100mm y la resolución es de 8 bits, el encoder tendrá una resolución de 0.39mm (100mm/256posiciones).
  • Resolución de encoders lineales incrementales: Para el caso de los encoders incrementales el concepto es análogo pero en lugar de bits,  los distintos fabricantes suelen expresarla en posiciones por unidad de longitud. Por ejemplo un encoder de 100 posiciones/cm tendrá una precisión de 0.1mm (100posiciones/10mm)
Resolución encoder lineal
Resolución de un encoder lineal magnético de baja y alta resolución

Otras características importantes

Ya hemos mencionado la gran variedad de marcas y modelos de encoders lineales que hay en el mercado, por eso hay muchas otras características que se deben considerar:

  • Integración con el sistema: Los encoders lineales siempre se integran con otros elementos y por eso debemos tener en cuenta como conectarlo e integrarlo con ellos. Debemos considerar tanto la conexión mecánica, normalmete por tornillos (tipo, cantidad, posición, tamaño o métrica) como la conexión eléctrica (tipo de concector, posición, orientación de los cables).
  • Tamaño y peso: Hay ocasiones en las que los diseñadores disponen de mucho espacio para integrar el encoder, hay otra veces que por el motivo que sea, el espacio esta limitado y por lo tanto se precisan encoders lineales más compactos. En lo referente al peso ocurre lo mismo, existen aplicaciones en las que el peso o las inercias son factores limitantes y por lo tanto se necesitan encoders ligeros.
  • Materiales de fabricación. Los materiales más habituales son distintos tipos de aceros inoxidables y aluminios en combinación con materiales plásticos. Las condiciones ambientales (humedad, temperatura…) y el tipo de industria puede condicionar el material del dispositivo.
  • Velocidad del movimiento. La velocidad de la aplicación puede también ser un factor limitante. Si el movimiento en cuestión es a alta velocidad, debe revisar el límite de velocidad del encoder.
  • Protocolo de comunicación: Existen muchas opciones para comunicar nuestro encoder con el resto del sistema. La tendencia en la industria son los protocolos de bus de campo (Pfrofibus, InterBus, DeviceNet. CAN Open…) ya que simplifican enormemente la instalación.
  • Protección IP: Otro factor que puede llegar a ser limitante en ciertas aplicaciones es el grado de protección quer requiren ciertos dispositivos frente a la presencia de polvo, humedad, acetie u otros fluidos. En estos casos es necesario garantizar cierto nivel de protección contra elementos ambientales mediente los distitneos certificados de protección IP (IP50, IP64, IP67…)
  • Cumplimiento de requisitos con certificados: Hay muchas ocasiones que el sistema completo o algún subsitema debe cumplir ciertos requisitos  (ya sea de durabilidad, de calidad, de compatibilidad, seguridad…). Para garantizar el cumpliento de esso requisitos, los distintos fabricantes certifican algunos modelos de encoder y des ese modeo se puede garantizar el  cumplimiento de dichos requisitos. Algunos ejemplos de certificados serían algunos (Atex, DIN 61508, ISO 13849, IEC 61580, SIL3…).
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