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Codificatori: Perché sono usati e come fare la vostra scelta

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Gli encoder forniscono un feedback per un controllo accurato del motore in relazione alla velocità e al posizionamento. Portescap esamina le tecnologie coinvolte e spiega come scegliere l'encoder per la vostra applicazione.

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Per garantire l'erogazione di un volume esatto di insulina con ogni pompa di un dispositivo medico di infusione, o che un braccio robotico utilizzato nell'assemblaggio della produzione si muova in un punto preciso al momento giusto, un motore elettrico deve essere combinato con un encoder. Un encoder rotativo o ad albero è un dispositivo elettromeccanico che fornisce informazioni sulla posizione, il conteggio, la velocità e la direzione di un motore, ed è collegato a un'applicazione con un dispositivo di controllo, come un controllore logico programmabile (PLC). Il PLC utilizza le informazioni dell'encoder, comunemente note come "feedback", per assicurare una precisa accuratezza del controllo del motore.

TECNOLOGIE DEGLI ENCODER

I due tipi principali di encoder sono noti come incrementali e assoluti. Gli encoder incrementali identificano un feedback in tempo reale e tracciano un movimento preciso relativo ai cambiamenti di posizione e direzione, piuttosto che fare riferimento a un punto specifico. Raggiungono questo obiettivo fornendo un feedback sul movimento relativo tra le posizioni con continui impulsi di feedback alti e bassi. Gli encoder assoluti mostrano la posizione esatta, ma la loro maggiore complessità li rende più costosi e significa che gli encoder incrementali sono più convenienti per la maggior parte delle applicazioni. L'aggiunta di un'interfaccia per encoder incrementale, come un ASIC (Application-specific Integration Circuit), può anche aggiungere la capacità di riferimento della posizione esatta.

Il sensore di un encoder di solito funziona su un principio ottico o magnetico. Gli encoder ottici fanno passare la luce infrarossa emessa da un LED attraverso una ruota di codice metallica, composta da segmenti chiari e opachi, che creano segnali luminosi distinti ricevuti da sensori optoelettronici. Grazie a questa tecnologia, gli encoder ottici sono in grado di creare un posizionamento molto accurato e preciso. Oltre alla sua elevata precisione, la misurazione di un encoder ottico, come l'E9 di Portescap, non è influenzata da potenziali interferenze magnetiche.

Nel frattempo, un encoder magnetico comprende un disco magnetizzato con un certo numero di poli che circondano la circonferenza. Quando il disco ruota, i sensori rilevano il cambiamento del campo magnetico, come quelli misurati dai dispositivi a effetto Hall, che monitorano il cambiamento della tensione. Gli encoder magnetici, come il Portescap MR2, sono ideali per l'uso in applicazioni esigenti che potrebbero includere il potenziale di impatto o di ingresso. L'encoder magnetico MR2, per esempio, è insensibile alla temperatura e ha una bassa sensibilità ai campi esterni indesiderati.

COME FUNZIONA UN ENCODER

Quando l'encoder ruota, genera due uscite a onda quadra, A e B, che normalmente sono sfasate di 90 gradi l'una rispetto all'altra. Misurando lo spostamento di fase delle uscite A e B, si può determinare la direzione dell'encoder. Per misurare la sua distanza di viaggio o la sua velocità, si deve tenere conto anche della risoluzione dell'encoder. La risoluzione è il numero di punti di misurazione in un giro di 360 gradi dell'albero, noto anche come duty cycle o periodo. In generale, maggiore è il numero di punti, che sono chiamati linee per rivoluzione (LPR) o impulsi per rivoluzione (PPR), maggiore è la precisione di misurazione. Per esempio, l'encoder magnetico M-Sense di Portescap ha fino a 1.024 linee per rivoluzione in un design compatto.

Ogni uscita, A e B, commuta tra alto e basso. I due bit di informazione creano così quattro volte i conteggi per ogni linea o impulso e questo è noto come decodifica in quadratura. In questo modo, la decodifica in quadratura può aumentare la risoluzione fino a quattro volte, per esempio trasformando le 512 linee dell'encoder Portescap MR2 in 2048 conteggi o passi angolari. Oltre ai due canali di uscita A e B, a volte è incluso un terzo canale, Z, che può essere utilizzato per determinare la posizione di riferimento.

DOVE SI USANO GLI ENCODER

Comprendendo come gli encoder forniscono un feedback per il controllo del motore, possiamo vedere come il loro uso sia cruciale in varie applicazioni. Riprendendo il nostro esempio originale della somministrazione dell'insulina, un sistema di consegna dei farmaci richiede una precisa quantità di farmaco erogato ad un tasso specificato e l'encoder viene utilizzato per confermare che la dose esatta viene consegnata. Questo esempio mostra anche come il maggior numero di linee per una maggiore risoluzione dell'encoder può aiutare a garantire la precisione al tasso di flusso più esatto.

Una pinza robotica può essere utilizzata ad esempio nella produzione per gestire componenti relativamente delicati. La sua chiave è assicurare che la giusta quantità di pressione e velocità sia usata per maneggiare correttamente il componente per evitare di danneggiarlo.

Grazie a un encoder, la funzione della pinza robotica è ottimizzata dal controllo del movimento della velocità e della posizione del suo motore, specifico per ogni componente che gestisce. Allo stesso modo, le applicazioni pick and place utilizzate nell'assemblaggio di apparecchiature elettroniche richiedono un controllo del movimento ad alta velocità per rilevare rapidamente e ripetutamente le dimensioni e il peso dei componenti PCB, collocandoli con precisione. Gli encoder permettono questo controllo ad alta velocità e ad alta precisione per garantire la produttività e la qualità della produzione.