Tecnologías de Detección Aplicadas en los Encoders
Resumen de variables:
Encoders ópticos:
Características técnicas detalles constructivos tecnologías aplicaciones:
Los encoders ópticos son dispositivos que convierten el movimiento, ya sea rotacional o lineal, en señales digitales mediante el uso de un haz de luz y un disco o escala con patrones.
Son conocidos por ofrecer la más alta resolución y precisión entre los diferentes tipos de encoders, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren una medición extremadamente exacta.Características técnicas y detalles constructivos:
Principio de funcionamiento:
El corazón de un encoder óptico es un LED o diodo láser que emite luz a través de un disco o una escala con marcas o ranuras. Un conjunto de fotodetectores en el lado opuesto detecta la luz que pasa. A medida que el disco gira o la escala se mueve, el patrón de luz y sombra genera una secuencia de pulsos eléctricos. La forma en que se codifican estos patrones determina si el encoder es incremental o absoluto.
Componentes clave:
Fuente de luz:
Generalmente un LED infrarrojo.
Disco o escala:
Hecho de materiales como vidrio, plástico o metal con un patrón impreso o grabado. En los encoders absolutos, este disco tiene múltiples pistas para generar un código único para cada posición.
Cabezal de lectura:
Contiene el conjunto de fotodetectores que capturan la luz.
Resolución y precisión:
Suelen tener una resolución muy alta, a menudo medida en "pulsos por revolución" (PPR) para los encoders incrementales o en "bits" para los absolutos. La precisión depende de la calidad del disco y de la óptica, pudiendo alcanzar niveles de segundos de arco.
Tecnologías:
Tecnología de reflexión y transmisión:
Transmisiva:
La luz atraviesa el disco y es detectada por los sensores en el lado opuesto. Es el diseño más común y simple.
Reflexiva:
La luz se proyecta sobre una escala reflectante y rebota hacia los fotodetectores en el mismo lado del cabezal de lectura. Esta tecnología permite diseños más compactos, ideales para espacios reducidos.
Tipos de salida:
Genera señales de cuadratura (Canal A y Canal B) desfasadas 90°, y una señal de índice (Canal Z) para el punto de referencia.
Aplicaciones:
Los encoders ópticos son la elección principal en
aplicaciones que exigen la máxima precisión y control.
Sus principales usos son:
Máquinas CNC y equipos de automatización
industrial:
Para un control de movimiento ultrapreciso de ejes y husillos.
Para el posicionamiento exacto de los brazos y articulaciones de los robots.
Equipos de medición de precisión:
Como telescopios, sistemas de posicionamiento de antenas y equipos de metrología.
Impresoras de alta resolución:
Para controlar el movimiento del cabezal de impresión con gran exactitud.
En equipos como escáneres de resonancia magnética (MRI) y otros dispositivos de imagen médica.
Características técnicas detalles constructivos
tecnologías aplicaciones:
1. Imán – 2. Sensor de efecto Hall – 3. Cable Wiegand
Los encoders magnéticos son dispositivos que
convierten el movimiento rotacional o lineal en señales digitales utilizando
campos magnéticos. Su principal ventaja sobre otras tecnologías, como los
encoders ópticos, es su gran robustez y fiabilidad en entornos
industriales hostiles.
Características técnicas y detalles constructivos
Principio de funcionamiento:
Un codificador magnético consta de un disco o anillo magnetizado y un sensor de efecto Hall o magnetorresistivo. El disco magnético tiene una serie de polos magnéticos (norte y sur) alternados. A medida que el disco gira, el sensor detecta los cambios en la polaridad del campo magnético y los convierte en pulsos eléctricos.
Resolución y precisión:
Aunque los encoders magnéticos han mejorado, tradicionalmente su resolución y precisión son inferiores a las de los ópticos. La resolución depende del número de polos magnéticos en el disco y de la capacidad del sensor para distinguir entre ellos. Sin embargo, su inmunidad a la suciedad y las vibraciones a menudo compensa esta diferencia en muchas aplicaciones.
Diseño robusto:
El diseño de estos encoders está pensado para soportar condiciones extremas. No tienen partes móviles delicadas, como los discos de vidrio de los encoders ópticos, lo que los hace resistentes a golpes, vibraciones y choques. Además, su carcasa sellada los protege del polvo, la humedad, la grasa y el aceite.
Tecnologías:
Sensores de Efecto Hall:
Son los sensores más comunes en los encoders magnéticos. Detectan el campo magnético y generan una señal de voltaje proporcional a la intensidad del campo. Son eficientes y económicos.
Sensores Magnetorresistivos (MR):
Estos sensores miden el cambio de resistencia eléctrica en presencia de un campo magnético. Ofrecen una mayor resolución y sensibilidad que los sensores de efecto Hall.
Aplicaciones:
Debido a su resistencia y durabilidad, los encoders
magnéticos son la opción preferida en una amplia variedad de entornos
industriales y de alta exigencia:
Maquinaria pesada:
En grúas, elevadores y equipos de construcción donde el polvo y la suciedad son comunes.
Industria siderúrgica y de papel:
Donde hay altas temperaturas, vibraciones y contaminantes.
Robótica:
Para el control de movimiento de robots industriales que operan en condiciones adversas.
Equipos médicos:
Como escáneres de resonancia magnética (MRI) y otros dispositivos que deben operar de manera fiable en entornos con interferencia electromagnética.
Para el seguimiento de la velocidad y la posición de las ruedas.
Características técnicas detalles constructivos
tecnologías aplicaciones:
Los encoders o codificadores capacitivos son dispositivos que convierten el movimiento rotacional o lineal en señales digitales utilizando la tecnología de la capacitancia, que mide el cambio en la carga eléctrica. Se consideran un híbrido que combina la alta resolución de los encoders ópticos con la robustez de los encoders magnéticos.
Características técnicas y detalles constructivos:
Principio de funcionamiento:
Un codificador capacitivo utiliza dos placas con un patrón grabado que actúan como un capacitor. Una de las placas es estacionaria (el estator), mientras que la otra se mueve junto con el eje (el rotor). A medida que el rotor se desplaza, la superficie de acoplamiento de las placas cambia, lo que a su vez modifica la capacitancia del sistema. Un circuito integrado (ASIC) mide este cambio de capacitancia y lo convierte en una señal digital de posición.
Resolución y precisión:
La resolución de estos encoders puede ser muy alta, comparable a la de los ópticos. La precisión se logra gracias a un diseño de patrón de líneas concéntricas y a la capacidad del ASIC para interpolar los datos del sensor.
Diseño robusto:
A diferencia de los encoders ópticos que son vulnerables al polvo y la humedad, los capacitivos no se ven afectados por estas partículas, ya que la capacitancia no es sensible a ellas. Son una excelente opción para entornos donde hay condensación, partículas en el aire y vibraciones.
Tecnologías:
Los encoders capacitivos se basan en la medición
precisa de los cambios en la capacitancia.
La tecnología principal detrás de su funcionamiento
es:
ASIC (Application-Specific Integrated Circuit):
El microchip ASIC es esencial en estos dispositivos. Se encarga de generar la señal de alta frecuencia para medir la capacitancia, detectar los cambios y convertir esta información analógica en una señal digital precisa que el sistema de control puede interpretar.
Patrones de acoplamiento:
El diseño del patrón de las placas del capacitor es lo que permite la medición de la posición. Un patrón común incluye líneas o ranuras concéntricas que, al moverse, cambian la superficie de solapamiento entre las placas, variando así la capacitancia de forma proporcional a la posición.
Aplicaciones:
Los encoders capacitivos son una opción versátil y confiable que se utiliza en diversas aplicaciones, especialmente en las que se busca un equilibrio entre precisión, robustez y costo.
Algunos de sus usos más comunes incluyen:
En robots, máquinas de embalaje y sistemas de control de movimiento que requieren una retroalimentación de posición fiable.
Instrumentos médicos:
En equipos que exigen alta precisión, como escáneres, equipos de imagenología y sistemas de dosificación.
Se utilizan en la electrónica de consumo, como en
los controles de volumen y los diales de sintonización en equipos de audio y
video.
En máquinas de corte, grabado láser y sistemas de
impresión que necesitan una alta resolución y resistencia a las condiciones
ambientales.
Características técnicas detalles constructivos tecnologías aplicaciones:
Los encoders inductivos son dispositivos de medición de posición que utilizan los principios de la inducción electromagnética. Son una alternativa robusta y confiable a los encoders ópticos y magnéticos, especialmente adecuados para ambientes difíciles. A menudo se les conoce como "incoders" y, a diferencia de otras tecnologías, se basan en la variación de la inductancia para determinar la posición
Características técnicas y detalles constructivos:
Principio de funcionamiento:
Un encoder inductivo consiste en un estator (parte fija) y un rotor (parte móvil) que tienen un patrón de bobinas o pistas. Una bobina emisora en el estator genera un campo electromagnético. Las bobinas receptoras en el estator detectan los cambios en este campo a medida que el rotor se mueve. Estos cambios, que se deben a la variación en la inductancia mutua entre las bobinas, se convierten en una señal de posición.
Resistencia ambiental:
A diferencia de los encoders ópticos, que son sensibles al polvo, la suciedad y la humedad, los inductivos son inmunes a estos contaminantes. Esto los hace ideales para aplicaciones en entornos con partículas extrañas, grasa, humedad o incluso en la exposición a salpicaduras de líquidos.
Precisión y resolución:
Los encoders inductivos de nueva generación han logrado una precisión y resolución muy altas, a menudo comparables o incluso superiores a los encoders ópticos en ciertas aplicaciones. Son capaces de ofrecer resoluciones de hasta 23 bits y precisiones de ±40 segundos de arco en diseños robustos.
Tecnologías:
Diseño sin contacto:
Al igual que los encoders ópticos y magnéticos, los inductivos operan sin contacto físico entre las partes móviles y fijas, lo que elimina el desgaste mecánico y prolonga su vida útil.
Tecnología de bobinas y ASIC:
La clave de los encoders inductivos modernos es la combinación de patrones de bobinas finamente diseñadas en el estator y un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). El ASIC procesa las señales de las bobinas receptoras con gran rapidez y precisión para calcular la posición sin necesidad de un convertidor analógico-digital externo.
Aplicaciones:
Los encoders inductivos son la solución preferida
en aplicaciones que exigen fiabilidad y durabilidad en condiciones extremas,
sin sacrificar la precisión.
Industria automotriz y aeroespacial:
Para el control de movimiento en sistemas de dirección, frenos y motores en vehículos, y en sistemas de control de vuelo en aeronaves no tripuladas (drones).
Maquinaria pesada y equipos industriales:
En elevadores, grúas y sistemas de automatización en industrias como la siderúrgica y la minera, donde las vibraciones, los golpes y la contaminación son comunes.
Automatización y robótica:
Para el posicionamiento preciso de los ejes en robots industriales que operan en entornos de producción exigentes.
Equipos médicos:
En equipos de imagenología y sistemas de diagnóstico que requieren una alta fiabilidad y resistencia a las interferencias electromagnéticas.
Para más información, puedes ver una explicación
general sobre cómo funciona un encoder:
Encoders Laser:
Características técnicas detalles constructivos
tecnologías aplicaciones:
Los encoders láser son un tipo de encoder óptico que utiliza un rayo láser de alta precisión en lugar de un LED para medir la posición y el movimiento. Son la vanguardia en tecnología de medición de movimiento, ofreciendo una precisión y resolución sin precedentes, especialmente en mediciones de largo alcance.
Características técnicas y detalles constructivos:
Principio de funcionamiento:
El funcionamiento de un encoder láser se basa en la
interferometría láser. Un láser de gas (como un láser HeNe)
emite un haz de luz coherente que se divide. Un haz de referencia viaja por un
camino, mientras que el otro, el haz de medición, incide en un reflector que se
mueve con el objeto a medir. Cuando el haz de medición regresa, los dos haces
se recombinan. Las diferencias en sus longitudes de onda, causadas por el
movimiento del objeto, crean un patrón de interferencia que los sensores
detectan. Cada ciclo de onda del patrón de interferencia corresponde a un
desplazamiento muy pequeño, lo que permite mediciones con una precisión por
debajo del nanómetro.
Precisión y resolución:
Los encoders láser son capaces de ofrecer una precisión excepcional, a menudo expresada en partes por millón (ppm). Por ejemplo, un sistema puede tener una precisión de ±1.0 ppm en ejes de hasta 60 metros. La resolución también es increíblemente alta, pudiendo alcanzar valores por debajo de la micra (e incluso nanómetros).
Medición sin contacto:
Al no tener contacto físico, los encoders láser
eliminan errores asociados con el desgaste mecánico, la holgura y la histéresis
de otros sistemas.
Compensación ambiental:
Para mantener la precisión, estos sistemas a menudo incluyen unidades de compensación que corrigen los cambios en el índice de refracción del aire, causados por variaciones de temperatura, presión y humedad, las cuales podrían afectar la longitud de onda del láser.
Tecnologías:
Es la tecnología principal, utilizando las propiedades de la luz coherente del láser para medir el desplazamiento con una exactitud extrema
Componentes de fibra óptica:
Algunos sistemas utilizan fibras ópticas para transmitir el haz láser desde una fuente remota hasta el cabezal de medición. Esto permite que la fuente de calor del láser se mantenga lejos de la zona de medición, evitando así la deformación térmica.
ASIC y software especializado:
Se utilizan circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) y software avanzado para procesar las complejas señales de interferencia y convertirlas en datos de posición fiables y de alta velocidad.
Aplicaciones:
Los encoders láser están diseñados para las
aplicaciones más exigentes donde la precisión es crítica y no hay margen para
el error.
Máquinas-herramienta de gran tamaño:
En el sector aeroespacial y de defensa, se utilizan en máquinas CNC de gran envergadura (como las que fabrican alas de avión) para garantizar la máxima precisión en ejes de gran longitud.
Fabricación de semiconductores:
En la producción de microchips y circuitos impresos, donde se requieren mediciones de escala nanométrica.
Equipos metrológicos:
Para calibrar y verificar la precisión de otros
instrumentos de medición, ya que son considerados un estándar de referencia.
Sistemas de metrología industrial de alta
precisión:
Para el control de calidad en la fabricación de componentes de precisión, lentes ópticas y otros dispositivos.
Para mayor información tienes un video que explica
la función de los encoders HS20 Renishaw:
Características técnicas detalles constructivos tecnologías aplicaciones:
Un encoder de rueda de medida es un tipo de encoder que se utiliza para convertir un movimiento lineal en una señal digital, midiendo la longitud o la velocidad de un material o superficie. En lugar de estar montado directamente en un eje o una guía, este encoder usa una rueda de precisión que se apoya sobre la superficie en movimiento. A medida que la rueda gira, el encoder interno cuenta los pulsos generados por cada vuelta, lo que se traduce en una medición precisa de la distancia recorrida.
Características técnicas:
Circunferencia de la rueda:
La precisión de la medición lineal depende directamente del diámetro de la rueda. Un encoder de 200 mm de circunferencia genera una cantidad de pulsos fija por cada 200 mm de distancia lineal recorrida.
Superficie de la rueda:
La rueda suele tener un recubrimiento (como poliuretano liso, estriado o junta tórica de goma) adaptado al material que va a medir (madera, metal, papel, textiles, etc.). Esto garantiza la tracción y evita el deslizamiento para una medición más fiable.
Precarga del resorte:
Cuentan con un brazo de montaje con un resorte que asegura una presión constante sobre la superficie. Esto es crucial para mantener un contacto firme y evitar errores por deslizamiento.
Salida de datos:
Generalmente son encoders rotativos incrementales en su interior, que emiten pulsos en cuadratura (señales A y B) para detectar la distancia y la dirección. Pueden tener salidas TTL, HTL o push-pull.
Detalles constructivos y tecnologías:
La construcción de un encoder de rueda de medida es
robusta para soportar entornos industriales.
Se compone de tres partes principales:
Encoder rotativo:
Es el corazón del sistema, montado en una carcasa. Este puede ser de tecnología óptica para alta precisión o magnética para mayor resistencia a la suciedad y las vibraciones.
Rueda de medición:
Unida directamente al eje del encoder. La elección de la rueda depende de la aplicación y el tipo de superficie, considerando el material y la circunferencia.
Brazo de resorte:
Un mecanismo que permite montar el conjunto del encoder y la rueda y aplicar una presión constante sobre la superficie a medir. Este brazo puede ser ajustable para adaptarse a diferentes condiciones.
Aplicaciones:
Los encoders de rueda de medida son muy versátiles
y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones para medir la longitud, el
posicionamiento y la velocidad de materiales que se desplazan de forma lineal:
Cintas transportadoras y rodillos:
Miden la longitud y la velocidad de los materiales en líneas de producción.
Industria textil y del papel:
Miden con precisión la longitud de las telas o rollos de papel.
Maquinaria de embalaje y etiquetado:
Se utilizan para el posicionamiento exacto de etiquetas en botellas o paquetes.
Sistemas de transporte autónomo (AGV):
Ayudan a los vehículos a medir la distancia recorrida para una navegación precisa.
Este video explica el funcionamiento general de los
encoders:
Características técnicas detalles constructivos tecnologías aplicaciones:
Un encoder de cable es un tipo de sensor lineal que convierte el movimiento de extensión y retracción de un cable en una señal digital para medir la posición, la velocidad o la distancia de un objeto. También conocidos como transductores de desplazamiento por cable, son ideales para aplicaciones donde se requiere una medición lineal en un espacio limitado o a lo largo de grandes distancias, como en grúas o plataformas elevadoras.
Características técnicas:
Rango de medición:
Son conocidos por su capacidad para medir grandes
distancias, desde unos pocos centímetros hasta más de 60 metros.
Precisión:
La precisión de un encoder de cable depende de la resolución del encoder rotativo interno y del diámetro del tambor. Pueden alcanzar una linealidad de hasta el 0.01%
Velocidad y aceleración:
Soportan altas velocidades de desplazamiento y aceleraciones, lo que los hace adecuados para aplicaciones dinámicas.
Durabilidad:
El cable, generalmente de acero inoxidable, es robusto y resistente a la corrosión y la abrasión.
Salida de datos:
Pueden ser incrementales (emitiendo pulsos) o absolutos (con interfaces como SSI, CANopen, EtherCAT o Profibus) para una lectura de posición única y sin necesidad de recalibrar al encender.
Detalles constructivos y tecnologías
La construcción de un encoder de cable se basa en
un diseño simple pero efectivo, que combina un mecanismo de medición con un
encoder rotativo.
Carcasa:
Una carcasa robusta (a menudo de aluminio o acero) protege el mecanismo interno y el encoder. Pueden tener diferentes grados de protección (IP54, IP67) para resistir el polvo y la humedad.
Tambor de cable:
Un tambor de precisión enrolla el cable de acero inoxidable. Al extenderse el cable, el tambor gira, y esta rotación es la que se mide.
Muelle de retorno:
Un muelle interno asegura que el cable se retraiga de manera uniforme y mantenga una tensión constante.
Encoder interno:
Es el componente principal. Es un encoder rotativo
que puede ser de tecnología óptica para alta
precisión o magnética para una mayor robustez en entornos con
vibraciones o suciedad.
Los encoders de cable son muy versátiles y se
utilizan en una amplia gama de aplicaciones donde se requiere medir un
desplazamiento lineal:
Para medir la altura de un gancho o la posición de un carro en una grúa.
Plataformas elevadoras y elevadores:
Para el control de la altura de la plataforma.
Máquinas de embalaje:
Para el posicionamiento de cabezales y componentes.
Prensas hidráulicas:
Para el control del recorrido del pistón.
El video Encoders y Cable Pull- Capacitación en
Línea 2021 explica la diferencia entre encoders incrementales y absolutos, lo
cual es fundamental para entender cómo funcionan los encoders de cable en
diversas aplicaciones industriales.
