¿Qué es un Codificador?
Un codificador es un dispositivo que convierte los cambios de posición en una señal eléctrica y la emite.
La posición que se mide es el ángulo de rotación y el desplazamiento lineal. Los codificadores que miden el ángulo de rotación se denominan codificadores rotativos y los que miden el desplazamiento lineal, codificadores lineales.
Los métodos para medir los cambios de posición pueden clasificarse como incrementales o absolutos. La luz, la fuerza magnética y la inducción electromagnética se utilizan habitualmente para la medición.
Usos de los Codificadores
Los codificadores se utilizan principalmente en máquinas que utilizan motores. Entre ellos, los motores paso a paso y los servomotores son los motores más típicos en los que se utilizan codificadores.
1. Motores Paso a Paso
Los motores paso a paso son motores cuya velocidad y ángulo de rotación pueden controlarse con precisión mediante señales de impulsos.
El intervalo de impulsos y el número de señales de impulsos aplicados al motor determinan el ángulo y la velocidad de rotación del motor, lo que permite un posicionamiento preciso. Se utilizan principalmente en la fabricación y otras aplicaciones.
Existen dos tipos: los sistemas de bucle abierto, que no utilizan Codificadores y no tienen control de realimentación, y los sistemas de bucle cerrado, que utilizan codificadores y tienen control de realimentación.
El sistema de bucle abierto es más sencillo que el de bucle cerrado, pero siempre se aplica la corriente máxima para evitar el “calado”, cuando el motor no puede seguir la velocidad de impulsos.
2. Servomotores
Los servomotores son motores con un mecanismo que controla con precisión la distancia recorrida y el ángulo de giro en un solo mando y mantiene una velocidad constante de movimiento lineal o rotativo continuo. Consta de un conjunto de tres piezas formado por un codificador, un motor de CA o CC sin escobillas y un servoamplificador (controlador), aunque los motores de CA son actualmente el tipo de motor más común.
En la actualidad, los motores de CA son los más utilizados en máquinas que requieren un control preciso del movimiento. Algunos ejemplos son los robots industriales, los automóviles, los ascensores y los vehículos de guiado automático. Se utilizan con especial frecuencia en fábricas.
A la hora de seleccionar un codificador, hay que tener en cuenta la precisión de la medición, la resolución, el tiempo de reacción, el tamaño y la forma, la durabilidad frente a vibraciones y golpes, y la protección frente al entorno de funcionamiento.
Principio de los Codificadores
Los codificadores pueden dividirse en ópticos, magnéticos e inductivos, en función del método de detección.
1. Codificadores Ópticos
El desplazamiento puede medirse iluminando un disco giratorio con orificios uniformemente espaciados montado en un eje giratorio y detectando el período de luz que pasa a través de los orificios. En general, se utiliza mucho la luz, ya que afecta poco a la máquina.
Los codificadores ópticos también pueden clasificarse en dos tipos según la señal de salida: incrementales y absolutos. A continuación se explica cada uno de estos métodos.
- Sistema Incremental
El método incremental mide el desplazamiento de la posición midiendo el número de veces que la luz pasa a través de un orificio en un disco giratorio. - Método Absoluto
El método absoluto mide el desplazamiento de la posición detectando la señal de posición absoluta asignada a cada orificio del disco giratorio.
2. Codificadores Magnéticos
El desplazamiento se mide utilizando el campo magnético de un imán fijado al eje giratorio, que fluctúa a medida que éste gira.
3. Codificadores de Inducción Electromagnética
El desplazamiento se mide detectando la inducción electromagnética generada en una bobina montada alrededor del eje giratorio.
Más Información sobre los Codificadores
1. Resolución de los Codificadores
La resolución del codificador se refiere al número de impulsos emitidos cuando el codificador rotativo realiza una rotación. La unidad de resolución se expresa como “impulsos/revolución” y, para mejorar la resolución, debe aumentarse el número de impulsos de entrada por revolución.
La selección de un codificador de alta resolución puede mejorar en gran medida la capacidad de control angular de robots y máquinas herramienta que requieren un control más preciso.
2. Comunicación entre el Codificador y el Servoamplificador
Existen dos tipos de comunicación entre el codificador y el servoamplificador: motor de CA sin escobillas o motor de CC y método de transmisión en paralelo o método de transmisión en serie.
- Método de Transmisión en Paralelo (Inglés: Parallel Communication)
Este método transmite los pulsos A, B y Z emitidos por el codificador rotatorio en paralelo y también se denomina método de transmisión en paralelo. - Comunicación en Serie
Método de transmisión de datos de posición en serie, también conocido como transmisión en serie.
En comparación con el método de transmisión por impulsos, el método de transmisión en serie requiere menos cableado y es menos probable que cause desviaciones posicionales. Por este motivo, los codificadores de alta resolución utilizan cada vez más el método de transmisión en serie.
3. Ejemplos de Aplicaciones de los Codificadores
Mejora de la Eficacia del Control de Motores
Los codificadores se utilizan para evitar el calado, cuando no se puede seguir la respuesta en impulsos de un motor paso a paso, pero la tendencia más reciente es que a menudo se utilizan para mejorar la eficacia del control del motor.
En el caso del control en bucle abierto sin codificadores, es habitual controlar la corriente de excitación para evitar averías incluso cuando el motor no gira, o mantener la corriente máxima que fluye hacia el motor para evitar el calado. Sin embargo, esto provoca un flujo de corriente innecesario incluso cuando el motor está parado o con poca carga.
En los VE (vehículos eléctricos), el bajo consumo de corriente de los motores está estrechamente ligado a la autonomía, por lo que se está considerando el uso de encoders para mejorar la eficiencia. Algunas de las ventajas del uso de encóderes en los VE son las siguientes
Codificadores Más Pequeños y Finos
Hasta ahora, los codificadores constaban de componentes internos discretos y requerían una placa de circuitos para montarlos y realizarlos como sistema. Sin embargo, en los últimos años han aparecido circuitos integrados de codificadores reflectantes que combinan elementos receptores de luz, elementos emisores de luz, como los LED, y circuitos periféricos en un único circuito integrado, lo que ha dado lugar a codificadores más pequeños y delgados.
La función de un codificador puede realizarse con este CI y una placa de hendidura reflectante. Los CI codificadores reflectantes empiezan a utilizarse en actuadores ultracompactos como codificadores lineales y en pequeños robots.