1. ¿Qué es un codificador?
Durante el funcionamiento de unMotor CC N20 con reductor de tornillo sin finSe monitorizan en tiempo real parámetros como la corriente, la velocidad y la posición relativa del eje giratorio para determinar el estado del motor y del equipo remolcado, y además controlar sus condiciones de funcionamiento en tiempo real, logrando así funciones específicas como el servocontrol y la regulación de velocidad. En este caso, la aplicación de un codificador como elemento de medición frontal no solo simplifica enormemente el sistema de medición, sino que también resulta precisa, fiable y potente. El codificador es un sensor rotativo que convierte las magnitudes físicas de posición y desplazamiento de las piezas giratorias en una serie de señales de pulso digitales, que el sistema de control recoge y procesa para emitir comandos que ajustan y modifican el estado de funcionamiento del equipo. Si el codificador se combina con una barra dentada o un tornillo sin fin, también puede utilizarse para medir la posición y el desplazamiento de piezas móviles lineales.
2. Clasificación del codificador
Clasificación básica de codificadores:
El codificador es un dispositivo de medición de precisión que combina componentes mecánicos y electrónicos. Este dispositivo codifica, convierte, comunica, transmite y almacena señales o datos. Según sus características, los codificadores se clasifican de la siguiente manera:
● Disco codificador y escala codificadora. El codificador que convierte el desplazamiento lineal en señal eléctrica se llama escala codificadora, y el que convierte el desplazamiento angular en señal de telecomunicaciones se llama disco codificador.
● Codificadores incrementales. Proporcionan información como la posición, el ángulo y el número de vueltas, y definen la velocidad correspondiente mediante el número de pulsos por vuelta.
● Codificador absoluto. Proporciona información como la posición, el ángulo y el número de vueltas en incrementos angulares, y a cada incremento angular se le asigna un código único.
● Codificador absoluto híbrido. El codificador absoluto híbrido genera dos conjuntos de información: un conjunto se utiliza para detectar la posición del polo con la función de información absoluta, y el otro conjunto es exactamente igual a la información de salida del codificador incremental.
Codificadores comúnmente utilizados en motores:
●Codificador incremental
Utiliza directamente el principio de conversión fotoeléctrica para generar tres conjuntos de pulsos de onda cuadrada: A, B y Z. La diferencia de fase entre los conjuntos de pulsos A y B es de 90°, lo que permite determinar fácilmente la dirección de rotación; el pulso Z corresponde a una revolución y se utiliza para el posicionamiento del punto de referencia. Ventajas: principio de construcción sencillo, vida útil promedio de decenas de miles de horas, gran resistencia a las interferencias, alta fiabilidad y apto para la transmisión a larga distancia. Desventajas: no permite obtener la información de posición absoluta de la rotación del eje.
● Codificador absoluto
En la placa circular del sensor, existen varios canales de código concéntricos dispuestos radialmente. Cada canal se compone de sectores que transmiten luz y sectores que no la transmiten. El número de sectores entre canales adyacentes es el doble, y la cantidad de canales en la placa de código corresponde al número de dígitos binarios. Al cambiar la posición de la placa de código, cada elemento fotosensible se convierte en la señal de nivel correspondiente según la presencia o ausencia de luz, generando así el número binario.
Este tipo de codificador se caracteriza por no requerir contador y permitir la lectura de un código digital fijo correspondiente a la posición en cualquier punto del eje de rotación. Obviamente, cuantos más canales de código tenga, mayor será la resolución; para un codificador con resolución binaria de N bits, el disco de código debe tener N canales. Actualmente, existen codificadores absolutos de 16 bits en China.
3. Principio de funcionamiento del codificador
Mediante un disco de código fotoeléctrico con eje central, se observan líneas circulares y oscuras de inscripción, y se utilizan dispositivos fotoeléctricos de transmisión y recepción para su lectura. Cuatro grupos de señales sinusoidales se combinan en A, B, C y D. Cada onda sinusoidal difiere en 90 grados de fase (360 grados con respecto a una onda circunferencial). Las señales C y D se invierten y superponen a las fases A y B, lo que mejora la estabilidad de la señal. Además, se emite un pulso de fase Z por cada revolución para representar la posición de referencia cero.
Como las dos fases A y B difieren en 90 grados, se puede comparar si la fase A está delante o la fase B delante para discernir la rotación hacia adelante y hacia atrás del codificador, y el bit de referencia cero del codificador se puede obtener a través del pulso cero. Los materiales de la placa de código del codificador son vidrio, metal, plástico. La placa de código de vidrio deposita sobre el vidrio una línea grabada muy fina, su estabilidad térmica es buena y de alta precisión. La placa de código de metal pasa directamente y no tiene línea grabada, no es frágil, pero debido a que el metal tiene cierto grosor, la precisión es limitada, su estabilidad térmica es un orden de magnitud peor que la del vidrio. La placa de código de plástico es económica, su costo es bajo, pero la precisión, la estabilidad térmica y la vida útil son deficientes.
Resolución: el codificador que proporciona cuántas líneas grabadas, ya sean claras o oscuras, por cada 360 grados de rotación se denomina resolución, también conocida como indexación de resolución, o directamente cuántas líneas, generalmente en una indexación de 5 a 10000 líneas por revolución.
4. Principio de medición de posición y control por retroalimentación
Los codificadores desempeñan un papel fundamental en ascensores, máquinas herramienta, procesamiento de materiales, sistemas de retroalimentación de motores, así como en equipos de medición y control. El codificador utiliza una rejilla y una fuente de luz infrarroja para convertir la señal óptica en una señal eléctrica TTL (HTL) a través de un receptor. Mediante el análisis de la frecuencia del nivel TTL y el número de niveles altos, se refleja visualmente el ángulo de rotación y la posición de rotación del motor.
Dado que el ángulo y la posición se pueden medir con precisión, el codificador y el inversor se pueden integrar en un sistema de control de bucle cerrado para lograr un control más preciso, razón por la cual se pueden utilizar ascensores, máquinas herramienta, etc., con tanta precisión.
5. Resumen
En resumen, entendemos que los codificadores se dividen en incrementales y absolutos según su estructura, y ambos convierten otras señales, como las ópticas, en señales eléctricas que pueden analizarse y controlarse. Los ascensores y las máquinas herramienta que usamos a diario se basan en el ajuste preciso del motor, y mediante el control de retroalimentación en bucle cerrado de la señal eléctrica, el codificador con inversor también es una forma natural de lograr un control preciso.
Fecha de publicación: 20 de julio de 2023