Quando è adatto un encoder assoluto per il tuo progetto?

Quando hai bisogno di misurare la velocità, la direzione del movimento o la posizione di un albero rotante, probabilmente avrai bisogno di un encoder rotativo. E quando arriva il momento di sceglierne uno, ci sono due tipi principali da considerare: l'encoder incrementale e l'encoder assoluto.

Fare la scelta giusta è importante, ed è per questo che abbiamo preparato questa breve guida sugli encoder assoluti, per aiutarti a capire cosa sono, in cosa differiscono dagli encoder incrementali e le situazioni in cui potresti averne bisogno.

Cos'è un Encoder Assoluto?

Un encoder assoluto fornisce un valore di posizione univoco o una parola di dati in ogni punto di rotazione, rappresentando la posizione "assoluta" dell'encoder. Dal momento in cui lo si accende, un encoder assoluto può indicare la posizione precisa dell'albero rotante che sta misurando. Lo fa utilizzando un sensore ottico, magnetico o capacitivo per leggere un codice univoco su un disco che ruota insieme all'albero. Fondamentalmente, un encoder assoluto è in grado di fare ciò senza la necessità di far ruotare l'albero e può mantenere traccia della posizione anche in caso di perdita temporanea di alimentazione. Più codici univoci ci sono sul disco dell'encoder, più precisa sarà la lettura della posizione.

Le risoluzioni sono rappresentate in termini di bit (cifre binarie) che corrispondono al numero di parole uniche di dati per una rivoluzione. Gli encoder assoluti sono disponibili anche in varianti single-turn e multi-turn. Gli encoder single-turn forniscono dati di posizionamento su una rivoluzione completa, 360°, con l'output che si ripete per ogni rivoluzione dell'albero. Gli encoder multi-turn forniscono anch'essi dati di posizionamento su un singolo giro, ma hanno un contatore di “giri” aggiuntivo che misura il numero di rivoluzioni.

Encoder Assoluti vs. Incrementali

Viceversa, un encoder incrementale funziona generando impulsi man mano che l'albero ruota. Un tipico encoder incrementale genera 2 onde quadre sfasate di 90 gradi. Questi impulsi devono essere monitorati o contati da dispositivi elettronici esterni all'encoder.

Le risoluzioni sono rappresentate dal numero di impulsi per rivoluzione, PPR, e indicano il numero di impulsi alti che un encoder incrementale avrà da ciascuna delle sue uscite a onda quadra.

Siccome l'output di un encoder incrementale si trova sempre e solo in 1 di 4 stati ripetuti, l'encoder deve essere riferito a una posizione fissa nota o "home" per fornire informazioni significative sulla posizione. Dalla posizione di home, spesso allineata con l'impulso di indice dell'encoder, è possibile tracciare il cambiamento incrementale nella rotazione dell'albero e determinare la posizione assoluta dello stesso. Questo deve avvenire ogni volta che si accende l'encoder incrementale o in caso di perdita temporanea di alimentazione. Di conseguenza, ci vuole più tempo per ottenere la lettura della posizione assoluta – e l'albero deve ruotare per poterla fornire.

Gli encoder incrementali sono meno complessi rispetto ai modelli assoluti e, di conseguenza, generalmente meno costosi (anche se la differenza di prezzo sta diminuendo). Se devi monitorare solo la velocità, la direzione del movimento o la posizione relativa, un encoder incrementale è solitamente la scelta migliore, ma quando la posizione assoluta è la tua principale preoccupazione, un encoder assoluto è la soluzione ideale.

Perché scegliere un encoder assoluto rispetto a un encoder incrementale?

Innanzitutto, poiché un encoder assoluto mantiene la posizione dell'albero, la posizione è nota non appena gli viene fornita energia. Non è necessario attendere il completamento di una sequenza di homing o calibrazione, e si può ottenere più rapidamente il dato di posizione all'avvio o dopo un'interruzione di corrente, anche se l'albero è stato ruotato mentre l'encoder era spento.

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.

Ugualmente importante, un encoder assoluto fornisce la posizione reale in tempo reale. Man mano che sempre più sistemi diventano digitali con connessioni a un bus di comunicazione centrale, la possibilità di interrogare l'encoder per ottenere la posizione in tempo reale, quando necessario e con una latenza minima, rappresenta un grande vantaggio. Per mantenere traccia della posizione con un encoder incrementale, anche dopo la sequenza di homing, è necessario registrare tutti gli impulsi tramite circuiteria esterna (tipicamente mediante decodifica in quadratura). Oltre alla circuiteria esterna richiesta, ciò implica anche che vi sia una certa latenza nella determinazione della posizione.

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.

Collegato a questo è il fatto che è relativamente semplice combinare più di un encoder assoluto nello stesso sistema – forse per l'automazione di fabbrica o in un braccio robotico con più giunti. Se si utilizzano encoder incrementali, monitorare gli output di più dispositivi può diventare molto complicato, richiedendo una notevole capacità di elaborazione. Ma con gli encoder assoluti, in particolare quelli che si possono collegare a un bus di comunicazione centrale, è possibile ottenere dati da ciascuno individualmente, richiedendo molta meno potenza di elaborazione per interpretare la lettura.

Applicazioni degli Encoder Assoluti

Dopo aver illustrato 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'area in rapida espansione che copre una vasta gamma di settori. Nella produzione, troverai bracci robotici utilizzati per assemblaggio, saldatura, verniciatura a spruzzo e altre operazioni. Li troverai anche nel settore sanitario. La chirurgia a distanza, ad esempio, richiede grandi quantità di informazioni posizionali estremamente precise dai bracci robotici. I robot di assistenza domestica sono un altro caso d'uso emergente per gli encoder assoluti.

Tuttavia, questo è solo un ambito: con sempre più sistemi che diventano digitali e il divario di prezzo tra encoder incrementali e assoluti che si riduce, la varietà di applicazioni per gli encoder assoluti sta diventando quasi infinita, sia nei mercati industriali che in quelli consumer. Dalle cancelli automatizzati e i gimbal per fotocamere all'automazione industriale, gli encoder assoluti rappresentano un metodo altamente efficace e sempre più economico per determinare la posizione.

Opzioni Encoder Assoluto

Scegliere il giusto tipo di encoder per il design del tuo prodotto è fondamentale, ed è per questo che è così importante comprendere le principali differenze tra encoder incrementali e assoluti. Con il divario dei prezzi che si riduce e le tecnologie in evoluzione, gli encoder assoluti offrono molti vantaggi distinti rispetto ai loro equivalenti incrementali, rendendoli un'opzione interessante per le tue esigenze di feedback sulla posizione.