Encoders absoluts, quins son i com funcionen?

 

Els encoders de valor absolut subministren un codi binari que es correspon amb la posició en què es troba l'eix.

És a dir, llegeix la posició del disc, no la transició d'una posició a la següent (com passa amb els encoders incrementals). Per tant, aquests encoders no perden la posició en què es troben encara es moguin quan no hi ha tensió d'alimentació.

Aquest fet suposa un gran avantatge ja que no cal posicionar la màquina en l'origen després d'una falta de tensió d'alimentació.

Principi de funcionament:

Un emissor de llum infraroja emet un feix que travessa una màscara i el disc on està serigrafiat el codi binari en pistes circulars concèntriques a l'eix.

Quan el disc (que està fixat a l'eix de l'encoder) gira, una matriu de foto-transistors rep llums i ombres produïdes quan les pistes serigrafiades en el disc interrompen el feix de llum emès pel díode emissor.

En el croquis anterior podem veure el principi de funcionament de l'encoder absolut. Com es pot apreciar, la llum de l'díode emissor d'infrarojos, travessa el disc i la màscara i incideix sobre els foto-transistors (n'hi ha tants, com bits té el codi binari que fa servir l'encoder).

Representacio de un disc:

Com es pot observar, el disc està dividit en pistes circulars concèntriques. Cada pista (començant per la més perifèrica i cap al centre del disc) correspon a un bit d'el codi binari que s'estigui fent servir.

Els sectors en negre produeixen ombra en el Foto-Transistor corresponent i el circuit electrònic subministra un "1" lògic en el bit en qüestió.

Els sectors en blanc deixen passar la llum a l'Foto-Transistor i l'electrònica subministra un "0" lògic per al bit a què correspon.

Encoders absoluts mono-volta i multi-voltes

Fins ara hem estat veient que el encoder absolut té un disc que gira solidari amb l'eix. Però què passa quan l'Eix arriba a la fi de la volta de 360º ?.

Per contestar aquesta pregunta cal tenir en compte que, pel que fa a aquest punt, hi ha dos tipus d'encoders:

• Encoders mono-volta

L'encoder subministra, a cada volta, el nombre de lectures (passos) que tingui el disc que porta al seu interior. Quan nafra a la fi de la volta, torna a començar la lectura pel principi. Per exemple, suposem que el encoder porta un disc de 360 passos, llavors la seqüència que subministra és la següent:

És a dir, el receptor del senyal de l'encoder sap quina és la posició del disc en cada volta, però no sap en què tornada està l'eix o quantes voltes ha donat.

Aquest tipus d'encoders s'usa quan l'eix de l'encoder no va a donar més d'una volta o quan es vol controlar l'angle de gir d'una peça (per exemple una antena orientable 360º). 

 

• Encoders multi-voltes

Aquest tipus d'encoders permet saber, no només en quina posició està l'eix sinó també quantes voltes ha donat.

Per aconseguir això, l'encoder porta en el seu interior, a més de el disc que indica el nombre de passos per volta, altres discos (amb diferent relació mecànica) que són els que comptabilitzen el nombre de voltes de l'eix.

Aquests discos auxiliars poden ser un, dos o tres i també van codificats amb el mateix codi binari que el disc general.

Vegem un croquis il·lustratiu:

Quan un encoder multi-volta sigui de 16 voltes portarà només un disc auxiliar. Aquest disc donarà una volta completa cada 16 voltes del disc principal (16 voltes de l'eix).

Quan un encoder multi-volta de 256 voltes portarà dos discos auxiliars. Cada 16 voltes del disc principal (16 voltes de l'eix), el primer disc auxiliar donarà una volta i cada 16 voltes del primer disc auxiliar donarà una volta el segon disc auxiliar. (16x16 = 256) 

Quan un encoder multi-volta sigui de 4.096 voltes portarà tres discos auxiliars. Cada 16 voltes d'un disc, el següent dóna una volta. (16 x 16 x 16 = 4.096)

Per tant, sabent el nombre de passos per volta del disc principal, podem saber el nombre màxim de passos en tot el recorregut.

Exemple 1 :

Tenim un disc de 1.024 passos / tornada muntat en un encoder multi-volta de 4.096 voltes. Quin és el nombre de lectures (passos) total que donarà el encoder?

1.024 x 4.096 = 4.194.304 passos

Exemple 2:

Tenim un disc de 8.192 passos / tornada muntat en un encoder multi-volta de 4.096 voltes. Quin és el nombre de lectures (passos) total que donarà el encoder?

8.192 x 4.096 = 33.554.432 passos

 

Així doncs, sabent les necessitats de resolució que necessitem en una aplicació determinada es pot triar l'encoder amb els passos per volta i el nombre de voltes adequats per obtenir la solució òptima.

Exemple:  

Suposem que anem a controlar la posició d'un eix amb un recorregut útil màxim de 1.000 mm, i volem una resolució i precisió de 0,001 mm (mil·lèsima de mm.).

D'altra banda la relació mecànica entre la rotació de l'eix de l'encoder i el desplaçament lineal de la peça és de 10 voltes de l'eix de l'encoder per cada 2 mil·límetres de desplaçament lineal de la peça mòbil (10 voltes = 2.000 mil·lèsimes)

Així doncs, es dedueix que necessitem un encoder multi-voltes de 4.096 passos / tornada i de més de 5.000 voltes (8.192 voltes) ja que el encoder dóna 5.000 voltes perquè la peça mòbil recorri els 1.000 mm (1m) i com té una resolució de 4.096 lectures per volta, donarà a la fi de l'recorregut:

5.000 voltes x 4.096 passos = 20.480.000 lectures

Per tant, per llegir la posició correcta (1.000.000 mil·lèsimes de mm.) S'ha de realitzar la següent operació:

Si 20.480.000 lectures són  1.000.000 mil·lèsimes de mm

1 lectura serà  X  

 

Així doncs X = 0,0488281

 

Per tant la posició real (PR) de la peça mòbil es calcula:

 PR = Lectura * 0,0488281 mil·lèsimes mm

Aquesta és l'operació que ha de fer l'equip que llegeixi el senyal de l'encoder (autòmat programable, CNC, etc.).

Comprovem, amb un exemple d'una cota, que la resolució que surt és de mil·lèsima de mm:

En un moment determinat, el controlador ha llegit la xifra 12.700.827. Llavors si realitzem la fórmula per calcular la posició real de la Peça Mòbil, tenim:

 

PR = 12.700.827 * 0,0488281 = 620.157,25 mil·lèsimes de mm.

Si menyspreem els decimals (0,25) tindrem, tan sols, un error en la posició de 25  mil·lèsimes de mm.

Més informacio:

 --> Encoders que es i com funciona

 --> Encoder Lineal magnètic

 --> Encoder rotatiu incremental amb tecnologia òptica.

 --> Senors Industrials