¿Qué es un encóder?
Los encóderes de posición se utilizan en una amplia gama de aplicaciones y sectores industriales y presentan una variedad de conceptos y terminología técnica.
Este artículo define los encóderes de posición de manera sencilla: con descripciones sobre lo que es un encóder y los distintos tipos, su funcionamiento y dónde se utilizan.
¿Qué es un encóder?
En encóder es un dispositivo electromecánico que convierte la información de un formato o código a otra. Un encóder de posición, como los que fabrica Renishaw, convierte el movimiento lineal o rotatorio en una señal eléctrica que facilita información de la posición, velocidad y dirección del movimiento.
Los encóderes de posición pueden utilizar diversas tecnologías de detección: Renishaw se especializa en sistemas de encóder inductivos y láser. RLS, es una empresa asociada de Renishaw, especializada en encóderes magnéticos.
¿Qué es un encóder óptico y cómo funciona?
Los encóderes ópticos son dispositivos que utilizan una fuente de luz y un fotodetector que se mueve a través de líneas de regla para producir una señal eléctrica. Esta señal se puede leer en un dispositivo de control (o control) de un sistema de control de movimiento. Renishaw cuenta con más de treinta años de experiencia en diseño, fabricación y soporte de encóderes ópticos de alto rendimiento.
En encóder óptico está formado por dos componentes: la regla y la cabeza lectora.
1: Cabeza lectura 2: Regla
Regla del encóder
Las reglas del encóder óptico están marcadas con líneas oscuras paralelas, muy similares a las de una regla convencional. Estas líneas, a menudo llamadas graduaciones, se “leen” en el sistema óptico interno de la cabeza lectora para generar señales eléctricas o imágenes para su procesamiento. Las líneas están situadas con precisión en el material de regla para garantizar un rendimiento de medición adecuado del sistema.
Las reglas del encóder óptico pueden adoptar muchas formas, como lineales flexibles, lineales rígidas, discos y anillos. Estas diferentes formas permiten la medición y el control de diferentes tipos de movimiento, como lineal, rotación completa, rotación de arco parcial o una combinación de estos movimientos.
Las reglas del encóder óptico deben ser estables y robustas y generalmente están fabricadas en materiales como acero inoxidable o vidrio.
Cabeza lectora del encóder
La cabeza lectora contiene un sistema óptico y componentes electrónicos que generan una señal de salida eléctrica que describe la posición y la dirección del movimiento de la cabeza lectora con relación a la regla.
Mediante el procesamiento de señales y la interpolación digital, los encóderes ópticos pueden resolver movimientos de hasta una milmillonésima parte de un metro (1 nm).
Un nanómetro es el radio de una hélice de ADN, el ancho de dos moléculas de glucosa o la longitud de onda de un rayo X.
Tipos de encóderes ópticos
Encóderes abiertos
Un encóder óptico abierto se compone de una regla y una cabeza lectora separadas por un pequeño espacio, conocido como altura de recorrido, configuradas para medir el movimiento lineal, rotatorio o de arco parcial. Por su diseño sin contacto, no tiene fricciones ni desgaste mecánico o histéresis.
Encóderes encapsulados
En los sistemas de encóder encapsulado, la regla y la cabeza lectora están montadas en un recinto sellado que protege al encóder de la contaminación con residuos sólidos y la entrada de fluidos en entornos hostiles. Por ejemplo, los encóderes encapsulados se utilizan normalmente en Máquina-Herramienta, donde es importante la alta precisión y la resistencia a la contaminación por residuos y refrigerante de mecanizado.
Movimiento
Los encóderes ópticos pueden medir el movimiento en diversas formas, dependiendo del tipo y la estructura del movimiento de la máquina que se esté midiendo.
Lineal
Los encóderes lineales informan la posición a lo largo de una línea recta y se utilizan para los ejes X, Y o Z, como en una máquina de medición por coordenadas cartesianas (CMM).
Rotatorio
Los encóderes rotatorios informan de la posición angular de una pieza giratoria mediante una regla con forma de anillo o disco. Estos encóderes permiten controlar el movimiento rotatorio, como en una mesa giratoria o las articulaciones de un robot.
Arco parcial
Algunas reglas de encóder lineal son flexibles y se pueden enrollar alrededor de un tambor, eje o superficie curva de una máquina para permitir el control del movimiento rotatorio de menos de una vuelta completa.
¿En qué se diferencian los encóderes absolutos de los incrementales?
El encóder incremental solo puede detectar el movimiento relativo a su posición actual o un elemento de referencia conocido – la señal de posición de salida incrementa o disminuye (dependiendo de la dirección) la posición en un recuento cada la vez a medida que la cabeza lectora se mueve con relación a la regla.
El encóder absoluto descodifica inmediatamente su posición sin necesidad de detectar ningún movimiento.
La principal diferencia entre el comportamiento de los encóderes incremental y absoluto es su respuesta ante una pérdida de suministro eléctrico. Si un encóder absoluto pierde alimentación eléctrica, la cabeza lectora puede seguir informando correctamente su posición actual cuando se restablezca la energía, incluso si se ha movido durante el corte de suministro. Los encóderes incrementales pierden la información de posición si se produce un corte de energía, por lo que será necesario volver a adquirir la posición de datum cuando se restablezca el suministro.
Otra diferencia crucial está relacionada con la comunicación: los encóderes absolutos cuentan con comunicación serie bidireccional entre el control y la cabeza lectora, mientras que los encóderes incrementales proporcionan comunicación unidireccional a través de señales analógicas o digitales desde la cabeza lectora al control.
Posición incremental
Las líneas de una regla incremental se ordenan mediante un sencillo patrón paralelo con espacios uniformes, como una regla sin números. Durante el procedimiento de inicio, se detecta una posición de datum mediante la lectura de una marca de referencia integrada en la incremental. El datum es un único punto fijo en cualquier lugar a lo largo del eje de medición utilizado como punto de referencia de la máquina, que también se describe como la posición "inicial". Toda la información de posición es relativa a este datum.
Un encóder incremental emite normalmente su información de posición en dos formas de onda analógicas desfasadas 90 grados entre sí, como una onda de seno y coseno, o como dos señales digitales separadas 90 grados, conocidas como cuadratura. El control puede interpretar estas señales para calcular la magnitud y la dirección del movimiento a lo largo de la regla del encóder.
La regla de encóder incremental puede fabricarse en distintas longitudes para instalaciones de mayor tamaño o cortada a medida para adaptarla a la longitud del eje.
1: Dirección de recuento descendente, 2: Posición de datum, 3: Marca de referencia, 4: Posición del control = número de recuentos de datum, 5: Dirección de recuento ascendente, 6: Cambio de recuento incremental
Posición absoluta
En un sistema de encóder absoluto, la información de posición específica se codifica en todas las secciones de la escala, como una regla con números. Estas posiciones específicas se definen mediante grupos de líneas paralelas con algunas eliminadas, como en un código de barras. Este patrón no repetitivo permite que la cabeza lectora detecte su posición inmediatamente en el inicio.
El control solicita periódicamente información de posición a la cabeza lectora, que captura una instantánea de la regla y descodifica la imagen en una posición específica y envía al control a través de un protocolo de comunicaciones serie.
Disponemos de una variedad de protocolos de comunicación estándar del sector, a menudo asociados con fabricantes de controles de máquina específicos.
Las reglas absolutas dependen de unos patrones cortos (o palabras) exclusivos de líneas y espacios para detectar la posición. Como estas palabras tienen un número finito de posibles disposiciones, las reglas de los encóderes absolutos tienen una longitud de medición máxima. En el caso del sistema de encóder absoluto RESOLUTE™ de Renishaw, esta longitud de medición máxima es de 21 metros.
1: Dirección de posición descendente, 2: Posición de datum, 3: Posición del control = posición de la cabeza lectora - corrección numérica, 4: Dirección de posición ascendente, 5: Posición absoluta, 6: Corrección numérica de posición de datum, 7: Posición "Cero"
¿Cuándo se utiliza un encóder incremental?
Los encóderes incrementales se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones de control de movimiento, como automatización de fábricas, máquinas de medición por coordenadas (CMM) y equipos de fabricación de semiconductores. Los encóderes incrementales permiten una medición precisa de la posición con resoluciones finas y altas velocidades de escaneado.
¿Cuándo se utiliza un encóder absoluto?
Los encóderes absolutos son perfectos para máquinas que necesitan retener información de posición durante eventos de ciclo de energía. Las aplicaciones incluyen robots quirúrgicos y máquinas donde no son deseables los ciclos de retorno a una marca de referencia fija.
¿Dónde se utilizan los encóderes ópticos?
Los encóderes ópticos son dispositivos de medición de posición versátiles que se utilizan en una amplia gama de aplicaciones para medir y controlar el movimiento lineal o rotatorio.
Se utilizan en distintos sectores industriales y aplicaciones como metrología, fabricación de semiconductores, robótica, automatización, Máquina-Herramienta e investigación científica.
¿Qué es un encóder inductivo?
Un encóder absoluto inductivo es un tipo de sensor de posición que utiliza inducción electromagnética para medir la posición o el movimiento de un eje.
Los encóderes inductivos ofrecen robustez, resistencia a la contaminación, inmunidad a campos magnéticos externos y alta precisión.
Se utilizan en aplicaciones como suspensiones cardán, equipamiento médico, automatización general, drones, robots y servomotores.
Para obtener más información, visite la página web del encóder inductivo de Renishaw.
¿Qué es un encóder magnético?
Los sistemas de encóder magnético utilizan una regla imantada que presenta una serie de polos magnéticos alternos. El movimiento a lo largo de la regla está determinado por una cabeza lectora que contiene un sensor que detecta el cambio en el campo magnético a medida que esta se mueve y convierte el cambio en una señal eléctrica.
Los encóderes magnéticos se utilizan frecuentemente en robótica (como vehículos de conducción automática) y aplicaciones de impresión.
Para obtener más información sobre sistemas de encóder magnéticos, visite el sitio web de RLS.
¿Qué es un encóder láser?
Los sistemas de encóder láser utilizan la longitud de onda de una luz láser como unidad de medida que detecta la diferencia de longitud entre una trayectoria de referencia fija y una trayectoria de medición variable. Los encóderes láser ofrecen una medición de posición de alta precisión.
Los encóderes láser se utilizan a menudo en la industria naval y aeronáutica, además de otras aplicaciones especializadas.
Para obtener más información, visite las páginas del sitio web de encóderes láser de Renishaw.
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El seminario web de introducción a los sistemas de encóder explica su funcionamiento de manera sencilla.
Explica la función de la regla y la cabeza lectora, los tipos de encóderes disponibles y su funcionamiento.
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