Selezione dell'encoder: trovare la soluzione giusta

Kyle Coiner, specialista di automazione, movimento

Gli encoder rappresentano una categoria di prodotti diversificata utilizzata in applicazioni che richiedono feedback di posizione e/o velocità. La maggior parte delle applicazioni può essere soddisfatta da alcuni criteri di selezione chiave, come il campo di misura, la risoluzione e i requisiti di montaggio.

Per le applicazioni più impegnative, sono disponibili molte tecnologie di encoder speciali. Se il tuo progetto di design richiede un codificatore, dovrai sceglierne uno che soddisfi le tue esigenze specifiche. Di seguito sono riportate alcune considerazioni chiave da tenere a mente per garantire la corretta selezione dell'encoder.

Il feedback incrementale rispetto a quello assoluto è il primo criterio da considerare quando si seleziona un encoder rotativo. Gli encoder incrementali producono un segnale a impulsi quando la loro posizione cambia, ottenendo un feedback rapido e preciso. Gli encoder assoluti vengono utilizzati per produrre un segnale di posizione univoco che descrive la posizione specifica di un sistema all'interno del suo raggio di movimento.

Per i sistemi in cui è necessario solo il feedback della velocità, gli encoder incrementali rappresentano la scelta più semplice in quanto sono meno costosi, hanno una più ampia scelta di design e sono più semplici da implementare. Quando è necessario il feedback sulla posizione, è necessario uno sguardo più approfondito ai pro e ai contro delle tecnologie incrementali rispetto a quelle assolute.

Ci sono cinque caratteristiche chiave che differenziano le tecnologie incrementali e assolute che devono essere prese in considerazione, tra cui portata, risoluzione, calibrazione, disponibilità, intercambiabilità e costo.

Allineare: Gli encoder incrementali possono misurare campi di movimento praticamente infiniti poiché pulsano per un cambiamento di posizione fisso; il conteggio massimo degli impulsi non è determinato dall'encoder ma dal controller che esegue il conteggio. Gli encoder assoluti hanno un campo di uscita fisso; quando vengono superati, “ribaltano” all'inizio di un nuovo livello di segnale. Gli encoder a giro singolo ribaltano la loro uscita a ogni giro, mentre gli encoder multigiro memorizzano un conteggio dei giri e includono questi dati oltre ai dati a giro singolo. Alcuni encoder assoluti richiedono una batteria per memorizzare questi dati multigiro in caso di perdita di potenza. Tuttavia, le opzioni senza batteria si basano su set di ingranaggi a più stadi, ciascuno con le proprie tracce di feedback per conservare i dati multigiro.

Risoluzione: Gli encoder incrementali sono disponibili in una varietà di scelte di impulsi per giro (PPR), con scelte comuni che vanno dal singolo PPR (risoluzione grossolana) a oltre 16.000 ppr (fine). Uno dei PPR più comuni utilizzati nelle applicazioni industriali sarebbe un encoder in quadratura da 1024 ppr (10 bit) (ovvero due tracce di impulsi, A e B), che fornisce una precisione approssimativa di +/- 0,1 gradi. Gli encoder assoluti sono comunemente dotati di risoluzioni monogiro superiori a quelle riscontrate negli encoder incrementali. Le risoluzioni comuni sono nell'intervallo 13+ bit, spesso fino a 20 o 24 bit. Ciò dà la possibilità di misurare cambiamenti di posizione inferiori a 0,0001 gradi.

Calibrazione: Gli encoder incrementali possono fornire solo impulsi, quindi spetta al controller collegato interpretare dove si trova un sistema all'interno di un intervallo di movimento. Un sistema che si basa su un encoder incrementale deve disporre di un metodo di homing o calibrazione, in cui il sistema avanzerà verso una posizione nota prima di poter “azzerare” i dati di posizione e procedere con il normale funzionamento. Questa routine può essere inaccettabilmente lunga per i sistemi con un'ampia gamma di movimenti abbinati al rallentatore (ad esempio, una grande parabola satellitare che può impiegare ore per tornare a casa). Gli encoder assoluti emetteranno un segnale univoco ovunque all'interno del raggio di movimento del sistema. Questo segnale dovrà comunque essere referenziato da una posizione meccanica; tuttavia, questa operazione viene solitamente eseguita una sola volta durante la costruzione del sistema, o successivamente se alcuni meccanismi vengono sostituiti ed è necessaria una nuova calibrazione.

Disponibilità e intercambiabilità: Gli encoder incrementali sono il tipo di encoder più comune trovato nel mercato industriale, con molti marchi tra cui scegliere e un'ampia gamma di forme, dimensioni e stili di montaggio. Se una marca o un modello specifico non è più disponibile, di solito è facilmente intercambiabile con un altro. Gli encoder incrementali con classificazioni ambientali speciali sono anche più facili da trovare rispetto agli encoder assoluti con classificazioni simili. Gli encoder assoluti tendono ad essere altamente specializzati e progettati per applicazioni specifiche. È possibile selezionare numerose combinazioni di tipi di segnale, protocolli di comunicazione e risoluzioni monogiro e multigiro. I fornitori spesso hanno abbinamenti limitati tra cui scegliere, rendendo impossibile la ricerca di interscambi senza una significativa riprogettazione da parte dell'integratore di sistema.