Umcodificador incrementalé um sensor amplamente utilizado em automação industrial, controle de movimento, robótica e outros equipamentos de precisão. É usado principalmente para medir o ângulo de rotação, a velocidade e a direção. O encoder incremental gera uma série de pulsos elétricos que fornecem informações sobre o movimento de um eixo rotativo. Esses pulsos são então usados pelo sistema de controle para calcular mudanças de posição, velocidade e outros parâmetros. Alguns sistemas também podem se referir a isso como umcodificador incrementalsensor devido à sua natureza incremental. Além disso, princípios semelhantes podem ser aplicados em umcodificador linear incremental(para deslocamento linear) ou umcodificador rotativo incremental(para deslocamento rotacional).
1. Princípio básico de funcionamento de um codificador incremental
O princípio básico de funcionamento de um codificador incremental baseia-se na tecnologia óptica ou magnética. O componente principal é um disco giratório (também conhecido como "disco de codificação" ou "disco de escala") com padrões codificados dispostos regularmente (como listras ou furos). À medida que o disco gira, ele interage com um sensor estacionário (como um sensor óptico), gerando sinais de pulso correspondentes.
À medida que o disco codificador gira, a série de sinais de pulso que ele produz representa mudanças incrementais no ângulo de rotação. Para cada rotação fixa, um conjunto de sinais de pulso é gerado. Esses sinais são tipicamente consistentes e periódicos.princípio de funcionamento do codificador incrementalEnvolve dois sinais de saída primários (A e B) e também pode incluir um sinal de referência (Z). Esses sinais ajudam a determinar a direção, a mudança de posição e a velocidade da rotação.
2. Tipos de codificadores incrementais
Os codificadores incrementais podem ser classificados em diferentes tipos com base no método do sinal de saída:
Codificador Incremental Óptico:
Os codificadores incrementais ópticos utilizam uma fonte de luz e um fotodetector para detectar padrões (listras ou furos) no disco de codificação. À medida que a luz passa por esses padrões, o detector gera sinais elétricos.
Vantagens: Alta resolução, adequada para medições precisas e pode fornecer mudanças angulares finas.
Desvantagens: Sensível à poeira, sujeira e outros fatores ambientais, que podem afetar o desempenho.
Codificador Incremental Magnético:
Codificadores magnéticos utilizam campos magnéticos para detecção. O disco codificador possui ímãs ou polos magnéticos, e o sensor detecta as mudanças nos campos magnéticos conforme o disco gira, convertendo-as em sinais de pulso elétrico.
Vantagens: Durável e adequado para ambientes agressivos (por exemplo, alta temperatura, umidade, poeira).
Desvantagens: Normalmente tem resolução menor quando comparado aos codificadores ópticos, mas é suficiente para muitas aplicações.
Codificador Incremental Mecânico:
Encoders mecânicos utilizam contato mecânico e trocas de marchas para gerar pulsos. Normalmente, são utilizados em aplicações de baixo custo, onde alta precisão não é necessária.
Desvantagens: Resolução mais baixa e sujeito a desgaste devido a componentes mecânicos.
3. Parâmetros-chave dos codificadores incrementais
Resolução: Resolução refere-se ao número de pulsos gerados pelo codificador para cada rotação completa do disco codificador. Isso também é conhecido comoresolução do codificador incremental, indicando a precisão do codificador para cada volta completa. Maior resolução significa maior precisão de medição para cada rotação. Por exemplo, um codificador com 1.000 pulsos por revolução (PPR) gera 1.000 pulsos para cada volta completa do disco.
Frequência de pulso: Este é o número de pulsos gerados por unidade de tempo, geralmente medido em Hertz (Hz). A frequência do pulso determina a velocidade de resposta do codificador. Frequências de pulso mais altas permitem que o codificador meça velocidades mais altas.
Mudança de fase: Os codificadores incrementais geralmente têm dois sinais de saída, A e B. A defasagem entre esses sinais ajuda a determinar a direção de rotação. Quando há uma defasagem de 90 graus entre os sinais A e B, a direção de rotação pode ser identificada. Se o sinal A estiver adiantado em relação ao sinal B, indica rotação no sentido horário; se B estiver adiantado em relação a A, indica rotação no sentido anti-horário.
Tipo de saída: Encoders incrementais normalmente emitem sinais de onda quadrada, que podem ser coletor aberto, push-pull ou saídas diferenciais. Diferentes tipos de saída são compatíveis com diversos sistemas de controle e interfaces elétricas.
Sinal de ReferênciaAlguns encoders incrementais também fornecem um pulso de "zero" ou "referência" (frequentemente chamado de sinal Z) que ocorre uma vez por rotação. Este sinal é usado para sincronização e redefinição da posição do encoder.
4. Vantagens e desvantagens dos codificadores incrementais
Vantagens:
Baixo custo:Os codificadores incrementais são relativamente simples em construção, o que os torna econômicos.
Alta resolução: Eles fornecem medições angulares e de velocidade de alta precisão, tornando-os adequados para muitas aplicações que exigem precisão.
Resposta rápida: Os codificadores incrementais podem responder rapidamente às mudanças na velocidade de rotação, tornando-os ideais para aplicações de alta velocidade.
Fácil instalação: Eles são simples de instalar, o que os torna adequados para integração em vários dispositivos.
Detecção de direção: A mudança de fase entre os sinais A e B permite a detecção precisa da direção de rotação.
Desvantagens:
Sem memória de posição: Os codificadores incrementais fornecem apenas informações de posição relativa, o que significa que não conseguem se lembrar de sua posição após o desligamento da energia. Quando a energia é perdida ou o sistema é reiniciado, a posição precisa ser redefinida.
Sensibilidade a fatores ambientais: Os codificadores ópticos são sensíveis a contaminantes como poeira e graxa, enquanto os codificadores magnéticos são menos suscetíveis às condições ambientais.
Necessidade de sinal de zeragem externo: Como os codificadores incrementais medem a posição relativa, eles normalmente exigem um sinal de referência externo para inicializar ou redefinir a posição.
5. Aplicações de Encoders Incrementais
Encoders incrementais são utilizados em uma ampla gama de indústrias, particularmente em aplicações que exigem medição precisa de posição, controle de movimento e feedback. Aplicações comuns incluem:
Controle Motor: Os codificadores incrementais fornecem feedback de velocidade e ângulo em tempo real, tornando-os essenciais no controle de servomotores, motores de passo e outros tipos de motores.
Robótica:Eles são usados para posicionamento preciso e controle de movimento em braços robóticos, plataformas móveis e sistemas automatizados.
Máquinas CNC:Em máquinas CNC (controle numérico computadorizado), codificadores incrementais são usados para controlar o movimento preciso de ferramentas e máquinas.
Linhas de Produção Automatizadas: Eles ajudam a monitorar o movimento de vários equipamentos nas linhas de produção, garantindo precisão e eficiência nos processos de fabricação.
Sistemas de Medição e Controle: Os codificadores incrementais são usados em vários sistemas de medição de precisão e aplicações de controle.
Sistemas Automotivos:Em veículos elétricos, robótica e veículos autônomos, eles são usados para monitorar e controlar a rotação de rodas, motores e outras peças móveis.
6. Comparação: Encoder Incremental vs. Encoder Absoluto
Tanto codificadores incrementais quanto absolutos são usados para medir posição, mas eles têm diferenças distintas em como operam e no tipo de feedback que fornecem.
Codificador Incremental: Fornece apenas informações de posição relativa, exigindo sinais de referência externos para inicialização ou redefinição da posição. Precisa ser reinicializado após uma queda de energia ou reinicialização.
Codificador Absoluto: Fornece um valor de posição único para cada ponto em sua rotação. Mesmo após uma queda de energia, um codificador absoluto pode manter sua posição e fornecer uma leitura precisa.
Embora os encoders incrementais possam não ter a capacidade de memorizar posições absolutas, eles oferecem vantagens como menor custo e resposta mais rápida, tornando-os adequados para diversas aplicações. Os encoders absolutos, por outro lado, são mais adequados para aplicações em que o rastreamento de posição absoluta é essencial.
7. Conclusão
Como funcionam os encoders incrementais? Os encoders incrementais são um tipo de sensor de posição rotacional comumente utilizado devido ao seu baixo custo, simplicidade, alta precisão e tempos de resposta rápidos. Embora não retenham memória de posição e sejam limitados ao posicionamento relativo, o funcionamento dos encoders incrementais os torna valiosos em aplicações que exigem controle preciso e de alta velocidade. Como resultado, são amplamente utilizados em sistemas de controle de movimento, robótica, máquinas CNC e outros processos de automação, fornecendo feedback valioso para uma ampla gama de equipamentos de precisão.