¿Cuándo es un codificador absoluto adecuado para su diseño?

Cuando necesitas medir la velocidad, la dirección del movimiento o la posición de un eje giratorio, probablemente necesitarás un codificador rotativo. Y cuando llegue el momento de elegir uno, hay dos tipos principales a considerar: el codificador incremental y el codificador absoluto.

Tomar la decisión correcta es importante, por eso hemos creado esta breve guía sobre codificadores absolutos, para ayudarte a entender qué son, cómo se diferencian de los codificadores incrementales y las situaciones en las que podrías necesitar uno.

¿Qué es un Codificador Absoluto?

Un codificador absoluto proporciona un valor de posición único o una palabra de datos en cada punto de rotación que representa la posición "absoluta" del codificador. Desde el momento en que se enciende, un codificador absoluto puede indicarle la posición exacta del eje giratorio que está midiendo. Lo logra utilizando un sensor óptico, magnético o capacitivo para leer un código único de un disco que gira junto con el eje. De manera crucial, un codificador absoluto puede hacer esto sin necesidad de girar el eje y puede mantener un seguimiento de esta posición incluso en casos de pérdida temporal de energía. Cuantos más códigos únicos haya en el disco del codificador, más precisa será la lectura de la posición.

Las resoluciones se representan en términos de bits (dígitos binarios) que corresponden al número de palabras de datos únicas en una revolución. Los encoders absolutos también están disponibles en variaciones de un solo giro y de múltiples giros. Los encoders de un solo giro proporcionan datos de posicionamiento a lo largo de una revolución completa, 360°, con los resultados repitiéndose en cada revolución del eje. Los encoders de múltiples giros también proporcionan datos de posicionamiento en un solo giro, pero cuentan con un contador adicional de "giros" que mide el número de revoluciones.

Codificadores Absolutos vs. Incrementales

Por otro lado, un codificador incremental funciona generando pulsos a medida que el eje gira. Un codificador incremental típico genera 2 ondas cuadradas con un desfase de 90 grados. Estos pulsos deben ser rastreados o contados por dispositivos electrónicos externos al codificador.

Las resoluciones están representadas por el número de pulsos por revolución, PPR, y representan la cantidad de pulsos altos que un codificador incremental tendrá en cualquiera de sus salidas de onda cuadrada.

Debido a que la salida de un codificador incremental siempre está en uno de 4 estados repetitivos, el codificador debe ser referenciado a una ubicación conocida y fija o "inicio" para proporcionar información significativa sobre la posición. Desde la ubicación de inicio, que a menudo está alineada con el pulso de índice del codificador, el cambio incremental en la rotación del eje puede ser rastreado y se puede conocer la posición absoluta del eje. Esto debe ocurrir cada vez que enciendes el codificador incremental o en casos de una interrupción temporal de energía. Por consiguiente, toma más tiempo obtener la lectura de la posición absoluta, y el eje necesita girar para proporcionarla.

Los codificadores incrementales son menos complejos que los modelos absolutos y, por lo tanto, suelen ser menos costosos (aunque la diferencia de precio está disminuyendo). Si solo estás monitoreando la velocidad, la dirección del movimiento o la posición relativa, un codificador incremental suele ser la mejor opción, pero cuando la posición absoluta es tu principal preocupación, un codificador absoluto es la opción adecuada.

¿Por qué elegir un codificador absoluto en lugar de un codificador incremental?

Primero, porque un codificador absoluto mantiene la posición del eje, la posición se conoce tan pronto como se le suministra energía. No necesitas esperar a que se complete una secuencia de referencia o calibración, y puedes obtener los datos de posición más rápidamente al inicio o después de un fallo de energía, incluso si el eje se ha movido mientras el codificador estaba apagado.

Knowing the absolute position at start up can be essential in many systems, where in certain positions it is safe to continue rotating the shaft in one direction, but not the other. Depending on the application, getting this wrong could cause damage to the equipment, bodily injury, or worse. In situations like these, it is critical you know the exact position of your rotating device before any parts move.

Igualmente importante, un codificador absoluto proporciona una posición real en tiempo real. A medida que más y más sistemas se están digitalizando con conexiones a un bus de comunicación central, la capacidad de consultar el codificador para obtener la posición en tiempo real cuando sea necesario y con una latencia mínima es de gran beneficio. Para realizar un seguimiento de tu posición con un codificador incremental, incluso después de la secuencia de referencia, necesitas rastrear todos los impulsos con circuitos externos (típicamente mediante decodificación en cuadratura). Además del circuito externo requerido, esto también significa que hay cierta latencia en la determinación de la posición.

There are other benefits as well. Systems that implement absolute encoders are generally less susceptible to electrical noise because they obtain position by reading an error-checked code from binary encoders, or digitally over a serial bus, rather than incremental encoders that need to count pulses.

Relacionado con esto está el hecho de que es relativamente sencillo combinar más de un codificador absoluto en el mismo sistema, tal vez para automatización en fábricas o en un brazo robótico con múltiples articulaciones. Si utilizas codificadores incrementales, monitorear las salidas de varios dispositivos puede volverse muy complicado, requiriendo una considerable capacidad de procesamiento. Pero con los codificadores absolutos, especialmente aquellos que puedes vincular a un bus de comunicación central, puedes obtener datos de cada uno de manera individual, lo cual requiere mucho menos poder de procesamiento para interpretar la lectura.

Aplicaciones de Encoder Absoluto

Habiendo establecido las diferencias clave entre los codificadores absolutos e incrementales, veamos brevemente algunos escenarios específicos donde se utilizan los codificadores absolutos.

Un mercado clave es la robótica, un área en rápida expansión que abarca una amplia variedad de sectores. En la manufactura, encontrarás brazos robóticos utilizados para ensamblaje, soldadura, pulverización de pintura y otras tareas. También los encontrarás en el ámbito de la atención médica. La cirugía remota, por ejemplo, requiere grandes cantidades de información posicional excepcionalmente precisa de los brazos robóticos. Los robots de asistencia doméstica son otro caso de uso emergente para los codificadores absolutos.

Sin embargo, esta es solo una área; con más sistemas digitalizándose y la brecha de precios entre los codificadores incrementales y absolutos disminuyendo, la variedad de aplicaciones para los codificadores absolutos se está volviendo casi interminable, tanto en los mercados industriales como en los de consumo. Desde puertas automatizadas y gimbals para cámaras hasta la automatización de fábricas, los codificadores absolutos son una forma altamente efectiva y cada vez más económica de determinar la posición.

Opciones de Codificador Absoluto

Elegir el tipo adecuado de codificador para el diseño de tu producto es esencial, por lo que es muy importante comprender las diferencias clave entre los codificadores incrementales y absolutos. Con la reducción de las brechas de precios y el cambio de tecnologías, los codificadores absolutos tienen muchas ventajas distintivas sobre sus contrapartes incrementales, lo que los convierte en una opción interesante para tus necesidades de retroalimentación de posición.