Encoders: Por Que Eles São Usados E Como Fazer Sua Escolha

Encoders fornecem um feedback para um controle preciso do motor quanto à velocidade e à posição. A Portescap avalia a tecnologia envolvida e explica como escolher o encoder para a sua aplicação.

Para garantir que uma quantia exata de insulina é fornecida a cada bombeamento de um equipamento médico de infusão, ou que um braço robótico usado na manufatura se mova para um ponto específico no momento exato, um motor elétrico tem de ser combinado com um encoder. Um encoder rotatório ou de eixo é um dispositivo eletromecânico que fornece informações sobre posição, contagem, velocidade e direção de um motor, e é conectado a uma aplicação com um dispositivo de controle, como um controlador lógico programável (PLC). O PLC utiliza a informação do encoder, popularmente conhecido como "feedback", para garantir precisão do controle do motor.

TECNOLOGIAS DO ENCODER

Os dois principais tipos de encoders são conhecidos como incremental e absoluto. Encoders incrementais identificam feedback em tempo real e rastreiam movimentos precisos em relação a mudanças na posição e direção, em vez de indicar um ponto específico. Eles fazem isso fornecendo um feedback sobre o movimento relativo entre posições com pulsos contínuos de feedback altos e baixos. Encoders absolutos exibem a posição exata. Contudo, sua maior complexidade faz com que sejam mais caros e tornam os encoders incrementais mais acessíveis para a maioria das aplicações. Adicionar uma interface ao encoder incremental, como um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC), também pode adicionar a capacidade de indicar uma posição exata.

O sensor de um encoder normalmente funciona sob um princípio ótico ou magnético. Encoders óticos passam a luz infravermelha de um LED por uma roda de código de metal, composta de segmentos transparentes e opacos, que cria sinais de luz distintos recebidos por sensores optoeletrônicos. Esta tecnologia demonstra que encoders óticos são capazes de criar posicionamentos muito precisos. Além desta alta precisão, a medição de um encoder ótico, como o E9 da Portescap, não é afetada por possíveis interferências magnéticas.

Em contrapartida, um encoder magnético possui um disco magnetizado com um número de polos em torno da circunferência. Quando o disco gira, sensores detectam a mudança no campo magnético, como as medidas por dispositivos de efeito Hall, que monitoram a mudança na voltagem. Encoders magnéticos, como o Portescap MR2, são ideais para usar em aplicações complexas que podem envolver a possibilidade de impacto ou penetração. O encoder magnético MR2, por exemplo, é insensível à temperatura e possui baixa sensibilidade a campos externos indesejados.

COMO UM ENCODER FUNCIONA

Quando o encoder gira, ele gera duas saídas de ondas quadradas, A e B, que normalmente estão 90 graus defasadas uma da outra. Medindo o deslocamento de fase das saídas A e B, a direção do encoder pode ser determinada. Para medir sua distância de deslocamento ou velocidade, a resolução do encoder também deve ser levada em consideração. Resolução é o número de pontos medidos com uma rotação de 360 graus do eixo, também conhecido como ciclo ou período de trabalho. Geralmente, quanto maior o número de pontos, que são denominados Linhas por Rotação (LPR) ou Pulsos por Rotação (PPR), mais precisa a medição. Por exemplo, o encoder magnético M-Sense da Portescap possui mais de 1.024 linhas por volta em um design compacto.

Cada saída, A e B, alterna entre alta e baixa. Essas duas parcelas de informação criam, dessa forma, quatro vezes a contagem para cada linha ou pulso e isso é conhecido como decodificação de quadratura. Dessa forma, a decodificação de quadratura pode aumentar a resolução mais de quatro vezes, transformando, por exemplo, as 512 linhas do encoder Portescap MR2 em 2.048 contas ou passos angulares. Além dos dois canais de saída A e B, um terceiro canal, Z, é às vezes incluído, podendo ser usado para determinar a posição de referência.

ONDE ENCODERS SÃO USADOS

Entendendo como encoders fornecem um feedback para controle de motor, podemos ver como seu uso é crucial em várias aplicações. Retomando nosso exemplo de administração de insulina, um sistema de administração de medicamento requer uma quantia precisa de medicação liberada em uma taxa específica e o encoder é usado para assegurar que a dose exata seja liberada. Esse exemplo também mostra como um número maior de linhas para uma melhor resolução do encoder pode ajudar a garantir precisão a taxa de fluxo mais exata.

Uma garra robótica pode ser usada, por exemplo, na manufatura para lidar com componentes relativamente delicados. É essencial garantir que a quantia exata de pressão e velocidade seja utilizada para manusear corretamente o componente para evitar danificá-lo.

Graças ao encoder, a função da garra robótica é otimizada pelo controle do movimento da velocidade e posição do seu motor, específico para cada componente que manuseia. De forma semelhante, aplicações do tipo pick and place usadas na montagem de equipamentos eletrônicos necessitam de um controle de movimento de alta velocidade para detectar repetida e rapidamente o tamanho e o peso de componentes da PCB, posicionando-os com precisão. Encoders providenciam esta alta velocidade, alta precisão de controle para garantir a produtividade e qualidade da manufatura.

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O encoder ótico E9 da Portescap é capaz de criar alta precisão, posicionamento preciso e não é afetado por possíveis interferências magnéticas.
O M-Sense é um encoder magnético. Esta é uma tecnologia de chip único que fornece três meios de feedback e possui um driver de linha RS422 integrado.