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Codificadores: Por qué se utilizan y cómo hacer su selección
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Los encoders proporcionan información para un control preciso del motor en relación con la velocidad y el posicionamiento. Portescap examina las tecnologías implicadas y explica cómo elegir el codificador para su aplicación.
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Para garantizar que se suministra un volumen exacto de insulina con cada bomba de un dispositivo médico de infusión, o que un brazo robótico utilizado en el montaje de una fábrica se desplaza a un punto preciso en el momento adecuado, hay que combinar un motor eléctrico con un codificador. Un codificador rotatorio o de eje es un dispositivo electromecánico que proporciona información sobre la posición, el recuento, la velocidad y la dirección de un motor, y se conecta a una aplicación con un dispositivo de control, como un controlador lógico programable (PLC). El PLC utiliza la información del codificador, comúnmente conocida como "retroalimentación", para garantizar la precisión del control del motor.
TECNOLOGÍAS DE ENCODERS
Los dos tipos principales de encoders se conocen como incrementales y absolutos. Los codificadores incrementales identifican la retroalimentación en tiempo real y siguen el movimiento preciso relacionado con los cambios de posición y dirección, en lugar de hacer referencia a un punto específico. Lo consiguen proporcionando información sobre el movimiento relativo entre posiciones con impulsos continuos de retroalimentación alta y baja. Los encoders absolutos muestran la posición exacta, pero su mayor complejidad los hace más caros y significa que los encoders incrementales son más rentables para la mayoría de las aplicaciones. La adición de una interfaz de encóder incremental, como un circuito de integración específico de la aplicación (ASIC), también puede añadir la capacidad de referencia de posición exacta.
El sensor de un encoder suele funcionar según un principio óptico o magnético. Los codificadores ópticos hacen pasar la luz infrarroja emitida por un LED a través de una rueda de código metálica, compuesta por segmentos claros y opacos, que crean señales luminosas distintas que reciben los sensores optoelectrónicos. Gracias a esta tecnología, los codificadores ópticos son capaces de crear un posicionamiento muy preciso y exacto. Además de su gran precisión, la medición de un codificador óptico, como el E9 de Portescap, no se ve afectada por posibles interferencias magnéticas.
Por su parte, un codificador magnético consta de un disco magnetizado con una serie de polos que rodean la circunferencia. Cuando el disco gira, los sensores detectan el cambio en el campo magnético, como los que miden los dispositivos de efecto Hall, que controlan el cambio de tensión. Los codificadores magnéticos, como el MR2 de Portescap, son ideales para su uso en aplicaciones exigentes que podrían incluir el potencial de impacto o ingreso. El codificador magnético MR2, por ejemplo, es insensible a la temperatura y tiene una baja sensibilidad a los campos externos no deseados.
CÓMO FUNCIONA UN CODIFICADOR
Al girar, el codificador genera dos salidas de onda cuadrada, A y B, que normalmente están desfasadas 90 grados entre sí. Midiendo el desplazamiento de fase de las salidas A y B, se puede determinar la dirección del codificador. Para medir su distancia de recorrido o su velocidad, también hay que tener en cuenta la resolución del codificador. La resolución es el número de puntos de medición dentro de una revolución de 360 grados del eje, también conocido como ciclo de trabajo o período. Generalmente, cuanto mayor sea el número de puntos, que se denominan líneas por revolución (LPR) o impulsos por revolución (PPR), mayor será la precisión de la medición. Por ejemplo, el codificador magnético M-Sense de Portescap tiene hasta 1.024 líneas por revolución en un diseño compacto.
Cada salida, A y B, conmuta entre alta y baja. Los dos bits de información crean así cuatro veces los recuentos de cada línea o pulso, lo que se conoce como decodificación en cuadratura. De este modo, la decodificación en cuadratura puede aumentar la resolución hasta cuatro veces, por ejemplo, convirtiendo las 512 líneas del codificador Portescap MR2 en 2048 recuentos o pasos angulares. Además de los dos canales de salida A y B, a veces se incluye un tercer canal, Z, que puede utilizarse para determinar la posición de referencia.
DÓNDE SE UTILIZAN LOS ENCODERS
Al comprender cómo los encoders proporcionan retroalimentación para el control del motor, podemos ver cómo su uso es crucial en varias aplicaciones. Tomando nuestro ejemplo original de la administración de insulina, un sistema de suministro de fármacos requiere una cantidad precisa de medicación dispensada a una velocidad especificada y el codificador se utiliza para confirmar que se suministra la dosis exacta. Este ejemplo también muestra cómo el mayor número de líneas para aumentar la resolución del encóder puede ayudar a garantizar la precisión de la tasa de flujo más exacta.
Una pinza robótica puede utilizarse, por ejemplo, en la fabricación para manipular componentes relativamente delicados. Es fundamental asegurarse de que se utiliza la cantidad adecuada de presión y velocidad para manipular correctamente el componente y evitar dañarlo.
Gracias a un codificador, la función de la pinza robótica se optimiza mediante el control de movimiento de la velocidad y la posición de su motor, específico para cada componente que manipula. Del mismo modo, las aplicaciones de pick and place utilizadas en el montaje de equipos electrónicos requieren un control de movimiento de alta velocidad para detectar rápida y repetidamente el tamaño y el peso de los componentes de las placas de circuito impreso, colocándolos con precisión. Los encoders permiten este control de alta velocidad y alta precisión para garantizar la productividad y la calidad de la fabricación.