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Codificadores de ángulo: Cómo medir el ángulo usando el codificador (1)

May 09, 2017

Los codificadores de ángulo miden la posición de rotación de una carga en relación con un eje o punto. El codificador de ángulo proporciona una salida que corresponde al desplazamiento y el dispositivo de lectura (PLC, contador, etc.) procesa esos datos en lecturas angulares. Hay tres enfoques para medir un ángulo con un codificador:

  • Medición de ángulo directo con un codificador montado en el punto de pivote de la carga

  • Medición de ángulo indirecto con un encoder montado en la rotación de accionamiento del motor

  • Medición de ángulo indirecto con un codificador multi-giro montado a lo largo de la circunferencia de la carga


Medición de ángulo directo mediante el seguimiento de la carga

Para medir el desplazamiento angular de la carga directamente, el encoder debe ser montado en el punto de pivote central de la carga. A medida que la carga gira, el codificador transmite la señal al dispositivo receptor. Estos datos sólo se componen de impulsos de desplazamiento (encoder incremental) o posiciones absolutas iniciales y finales (encoder absoluto). El dispositivo de lectura, ya sea una unidad, un controlador o algún tipo de dispositivo de visualización / contador, necesita procesar los datos sin procesar en información útil.
Angle Encoder Direct Tracking Diagram
En el caso de un codificador incremental, el ángulo α puede expresarse como
Incremental Angle Encoder Expression
Donde P es igual al número de pulsos y PPR es igual a los impulsos por revolución

En el caso de un codificador absoluto, α puede expresarse como
Absolute Angle Encoder Expression
Donde C es igual a recuento y CPR es igual a recuento por revolución.


Medición de ángulo indirecto mediante el seguimiento del eje del motor

También es posible medir el desplazamiento angular de una carga mediante el control del eje del motor o de una rueda loca. En este caso, obtendremos mejores resultados girando el eje del motor un número determinado de veces y correlacionándolo con el desplazamiento de la carga para llegar a un factor de conversión.

Angle Encoder Indirect Tracking Motor Shaft Diagram

Este es el caso de uso tradicional para un codificador rotatorio. Tiene el beneficio de mejorar el rendimiento del motor a través de retroalimentación directa. El inconveniente es que no puede rastrear con precisión el movimiento de la carga. El cumplimiento mecánico introducido por acoplamientos, cajas de engranajes, etc. puede introducir errores como la holgura y la histéresis. El factor de conversión teóricamente toma esto en cuenta, pero los efectos mecánicos pueden derivar con el tiempo.

Medición indirecta por el borde de seguimiento de la carga

Algunas cargas son incompatibles con el montaje del encoder de pivote central. Las antenas parabólicas, por ejemplo, necesitan ser giradas para apuntar en la dirección de la señal de interés a un alto grado de control. Tanto el diseño mecánico como la presencia de cableado eléctrico que pasa a través del eje central imposibilitan la instalación de un codificador en el punto de pivote para monitorear la posición directamente. Dependiendo del grado de control, también puede ser necesario un codificador de alta resolución. La solución es seguir estos dispositivos a lo largo de su circunferencia.
Angle Encoder Indirect Tracking Load Diagram
En el método circunferencial indirecto, una rueda dentada unida a un codificador absoluto de múltiples vueltas se acopla con la circunferencia de la carga para seguir su desplazamiento angular.

A medida que la banda sobre la carga se mueve, gira la rueda y el movimiento es registrado por el codificador. La relación de reducción de la caja de cambios le permite entregar un número elevado de rotaciones para cada vuelta de la rueda dentada. Esto proporciona una resolución final RF dada por:
Angle Encoder Load Tracking Resolution Formula
Donde RB es el número de cuentas en la banda y N es la relación de reducción de la caja de cambios en el codificador de múltiples vueltas. El contacto puede consistir en una rueda dentada dentada que engrane con una banda dentada sobre la carga. Alternativamente, podría ser un contacto de fricción desde una rueda de medición del codificador o incluso una correa.

Las fuentes de error incluyen acoplamientos mecánicos, holgura de la caja de engranajes, desviación del eje y descentramiento, deslizamiento de la correa en el caso de contactos de fricción y otros. La alta relación de reducción de la caja reductora minimiza el efecto del error mecánico. La excepción es la fricción en los engranajes y los sellos de la caja de cambios. En este caso, el impacto de la fricción se multiplica por el número de vueltas.