Quando un encoder assoluto è adatto al tuo progetto?

Quando è necessario misurare la velocità, la direzione del movimento o la posizione di un albero rotante, probabilmente sarà necessario un encoder rotativo. Quando si tratta di sceglierne uno, ci sono due tipi principali da considerare: l'encoder incrementale e l'encoder assoluto.

Fare la scelta giusta è importante, ecco perché abbiamo messo insieme questa breve guida agli encoder assoluti, per aiutarti a capire cosa sono, in che modo differiscono dagli encoder incrementali e in quali situazioni potresti averne bisogno.

Che cosa è un encoder assoluto?

Un encoder assoluto fornisce un valore di posizione univoco o una parola di dati in ogni punto di rotazione che rappresenta la posizione "assoluta" dell'encoder. Dal momento in cui viene attivato, un encoder assoluto è in grado di indicare la posizione esatta dell'albero rotante da misurare. Ciò avviene tramite un sensore ottico, magnetico o capacitivo che legge un codice univoco da un disco che ruota insieme all'albero. Fondamentalmente, un encoder assoluto può farlo senza dover ruotare l'albero e può tenere traccia di questa posizione anche in caso di temporanea perdita di corrente. Più codici univoci ci sono sul disco dell'Encoder, più precisa sarà la lettura della posizione.

Confronto tra un disco encoder ottico e capacitivo

Le risoluzioni sono rappresentate in termini di bit (cifre binarie) che corrispondono al numero di parole di dati univoche su una rivoluzione. Gli encoder assoluti sono disponibili anche nelle varianti monogiro e multigiro. Gli encoder monogiro forniscono dati di posizionamento su un giro completo, 360°, con l'output ripetuto per ogni giro dell'albero. Anche gli encoder multigiro forniscono dati di posizionamento su un singolo giro, ma hanno un contatore di "giri" aggiuntivo che misura il numero di rivoluzioni.

Encoder assoluti vs. incrementali

Al contrario, un encoder incrementale funziona generando impulsi mentre l'albero ruota. Un tipico encoder incrementale genera 2 onde quadre sfasate di 90 gradi. Questi impulsi devono essere tracciati o conteggiati con dispositivi elettronici esterni all'encoder.

Forme d'onda tipiche dell'encoder incrementale sfasate di 90°

Le risoluzioni sono rappresentate dal numero di pulsazioni per giro, PPR, e rappresentano il numero di impulsi alti che un encoder incrementale avrà da una qualsiasi delle sue uscite a onda quadrata.

Poiché l'output di un encoder incrementale si trova sempre e solo in 1 dei 4 stati ripetuti, l'encoder deve fare riferimento a una posizione fissa nota o "home" per fornire informazioni di posizionamento significative. Dalla posizione iniziale, spesso allineata con l'impulso di indice dell'encoder, è possibile tracciare la variazione incrementale della rotazione dell'albero e conoscere la sua posizione assoluta. Ciò dovrebbe verificarsi ogni volta che si attiva l'encoder incrementale o in caso di temporanea perdita di corrente. Di conseguenza, ci vuole più tempo per ottenere la lettura della posizione assoluta e l'albero deve ruotare per fornirla.

Gli encoder incrementali sono meno complessi dei modelli assoluti e quindi solitamente meno costosi (anche se la differenza di prezzo si sta riducendo). Se si monitora solo la velocità, la direzione del movimento o la posizione relativa, un encoder incrementale è di solito la scelta migliore. Tuttavia, quando la posizione assoluta è la preoccupazione principale, la scelta migliore è un encoder assoluto.

Perché scegliere un encoder assoluto invece di uno incrementale?

Innanzitutto, poiché un encoder assoluto mantiene la posizione dell'albero, la posizione è nota non appena viene fornita alimentazione. Non è necessario attendere il completamento di una sequenza di homing o di calibrazione e si possono ottenere più rapidamente i dati sulla posizione necessari all'avvio o dopo un'interruzione di corrente, anche se l'albero è stato girato mentre l'encoder era spento.

Conoscere la posizione assoluta all'avvio può essere essenziale in molti sistemi, dove in determinate posizioni è sicuro continuare a ruotare l'albero in una direzione, ma non nell'altra. A seconda dell'applicazione, un errore potrebbe causare danni all'attrezzatura, lesioni personali o danni peggiori. In situazioni come queste è fondamentale conoscere la posizione esatta del dispositivo rotante prima che qualsiasi parte si muova.

Altrettanto importante, un encoder assoluto fornisce la posizione esatta in tempo reale. Poiché sempre più sistemi stanno diventando digitali con connessioni a un bus di comunicazione centrale, la possibilità di interrogare l'encoder per la posizione in tempo reale quando e come necessario, con una latenza minima, risulta di grande vantaggio. Per tenere traccia della posizione con un encoder incrementale, anche dopo la sequenza di homing, è necessario tracciare tutti gli impulsi con un circuito esterno (in genere tramite decodifica in quadratura). Oltre alla circuiteria esterna necessaria, ciò implica anche una certa latenza nel determinare la posizione.

Gli encoder assoluti generano una "parola" digitale univoca per ogni posizione nella sua risoluzione dichiarata

Ci sono anche altri vantaggi. I sistemi che implementano encoder assoluti sono generalmente meno sensibili al rumore elettrico perché ottengono la posizione leggendo un codice con controllo degli errori da encoder binari o digitalmente tramite un bus seriale, anziché tramite encoder incrementali che devono contare gli impulsi.

A ciò si collega il fatto che è relativamente semplice combinare più di un encoder assoluto nello stesso sistema, ad esempio per l'automazione di fabbrica o in un braccio robotico con più giunti. Se si utilizzano encoder incrementali, monitorare le uscite di più dispositivi può essere molto complesso e richiedere una notevole potenza di elaborazione. Tuttavia, con gli encoder assoluti, in particolare quelli che possono essere collegati a un bus di comunicazione centrale, i dati possono essere ottenuti da ciascuno di essi singolarmente, il che richiede molta meno potenza di elaborazione per interpretare la lettura.

Applicazioni dell'encoder assoluto

Dopo aver esposto le principali differenze tra encoder assoluti e incrementali, esaminiamo brevemente alcuni scenari specifici in cui vengono utilizzati gli encoder assoluti.

Un mercato chiave è la robotica, un settore in rapida espansione che abbraccia un'ampia gamma di settori. Nel settore manifatturiero, i bracci robotici vengono utilizzati per l'assemblaggio, la saldatura, la verniciatura a spruzzo e altre attività. Li troverete anche nel settore sanitario. La chirurgia a distanza, ad esempio, richiede grandi quantità di informazioni posizionali estremamente precise da parte dei bracci robotici. Un altro caso d'uso emergente degli encoder assoluti è rappresentato dai robot per l'assistenza domiciliare.

Tuttavia, questo è solo un ambito: con sempre più sistemi che passano al digitale e con la riduzione del divario di prezzo tra encoder incrementali e assoluti, la varietà di applicazioni per gli encoder assoluti sta diventando pressoché infinita, sia nel mercato industriale che in quello dei consumatori. Dai cancelli automatici ai giunti cardanici delle telecamere, fino all'automazione industriale, gli encoder assoluti rappresentano un modo altamente efficace e sempre più conveniente per determinare la posizione.

Opzioni encoder assoluto

Scegliere il tipo di encoder giusto per la progettazione del tuo prodotto è essenziale, ecco perché è così importante comprendere le differenze principali tra encoder incrementali e assoluti. Man mano che le differenze di prezzo si riducono e le tecnologie cambiano, gli encoder assoluti presentano molti vantaggi distintivi rispetto alle loro controparti incrementali, rendendoli una scelta interessante per le esigenze di feedback sulla posizione.