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Codificador absoluto
Los codificadores absolutos son sensores esenciales de desplazamiento y posición angular utilizados en la automatización industrial moderna, la robótica y los sistemas de medición de alta precisión. A diferencia de los codificadores incrementales, los codificadores absolutos proporcionan datos de posición únicos y no volátiles en todo momento, incluso durante fallos de alimentación. Este artículo proporciona un análisis detallado que cubre su definición, principios de funcionamiento, tipos estructurales, salidas de señal, especificaciones de rendimiento, ventajas técnicas, áreas de aplicación, normas relevantes, comparaciones técnicas, problemas comunes y directrices de selección.
¿Qué es un codificador absoluto?
Un codificador absoluto es un sensor capaz de proporcionar un código digital único que representa la posición en cualquier momento. Su señal de salida corresponde a la posición absoluta de un eje rotatorio o desplazamiento lineal, en lugar de pulsos de movimiento relativo. Incluso después de una pérdida de alimentación o un reinicio del sistema, el codificador absoluto puede informar con precisión la posición actual sin necesidad de referenciación o búsqueda de puntos de referencia.
Se utilizan ampliamente en aplicaciones que requieren alta fiabilidad y retención de posición, como robótica, máquinas CNC, líneas de producción automatizadas y sistemas de ascensores.
Principio de funcionamiento de los codificadores absolutos
1. Codificador absoluto de vuelta única (Single-Turn)
- Cada posición dentro de una revolución se representa mediante una combinación de código única.
- Adecuado para aplicaciones con rangos de rotación dentro de 360°.
2. Codificador absoluto multivuelta (Multi-Turn)
- Además de la codificación de una vuelta, rastrea el número de rotaciones mediante engranajes mecánicos o técnicas de conteo electrónico.
- Adecuado para rotación ilimitada o aplicaciones que requieren seguimiento de posición multivuelta.
Métodos de codificación:
- Codificación binaria
- Código Gray
- BCD (Decimal codificado en binario)
Tecnologías de detección:
- Detección óptica (disco codificador y sensores optoelectrónicos)
- Detección magnética (reglas magnéticas y sensores magnetorresistivos/Hall)
- Detección inductiva
Tipos de salida de señal
| Tipo de señal | Descripción |
|---|---|
| Interfaz serie | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Interfaz paralela | Salida digital de múltiples bits |
| Salida analógica | Voltaje (0-10V) / Corriente (4-20mA), para aplicaciones específicas |
Especificaciones clave
- Resolución de una vuelta: Hasta 24 bits (16.777.216 posiciones).
- Conteo multivuelta: Hasta 32 bits (4.294.967.296 vueltas).
- Velocidad máxima de rotación: Generalmente 6000 RPM, opciones superiores disponibles.
- Grado de protección: IP50 a IP68 (modelos industriales de servicio pesado).
- Temperatura de funcionamiento: -40 °C a +105 °C.
- Resistencia a vibraciones y golpes: Conforme a la norma IEC 60068-2.
- Latencia de salida: < 1 ms (para requisitos de control de alta velocidad).
Ventajas técnicas
- Retención de posición no volátil: Mantiene los datos incluso durante fallos de alimentación.
- Diseño de sistema simplificado: No requiere re-referenciación ni calibración inicial.
- Alta inmunidad al ruido: Señales diferenciales y diseño de interfaz resistente al ruido.
- Protocolos de comunicación flexibles: Compatible con varios buses de campo y estándares Ethernet industriales.
- Alta precisión y repetibilidad: Adecuado para tareas de posicionamiento de precisión.
Aplicaciones típicas
- Robótica industrial: Control de posición de articulaciones.
- Centros de mecanizado CNC: Retroalimentación de posición de husillo y carro.
- Logística inteligente: Detección de trayectorias en AGV y sistemas de transporte.
- Almacenamiento automatizado: Control de posición de grúas apiladoras y ascensores.
- Equipos médicos: Plataformas giratorias en escáneres MRI y CT.
- Energía eólica y solar: Dirección del viento, ángulo de pala y sistemas de seguimiento solar.
Normas y estándares industriales
- IEC 61800-5-2: Seguridad funcional de sistemas de accionamiento eléctrico (incluye clasificación SIL).
- ISO 13849-1: Seguridad de sistemas de control de maquinaria.
- IEC 61131-2: Requisitos de entrada/salida para equipos de control industrial.
- IEC 60529: Grados de protección (código IP).
- ISO 9001: Sistema de gestión de calidad de fabricación.
Codificador absoluto vs codificador incremental
| Indicador de rendimiento | Codificador absoluto | Codificador incremental |
|---|---|---|
| Información de posición | Proporciona posición absoluta única | Proporciona posición relativa |
| Retención de posición no volátil | Sí | No |
| Complejidad del sistema | Baja (no requiere referenciación externa) | Requiere contadores externos y mecanismos de referenciación |
| Costo | Más alto | Más bajo |
| Precisión | Alta (hasta 24 bits o más) | Depende de PPR y contadores |
| Escenario de aplicación | Seguimiento multivuelta de alta precisión | Detección general de velocidad o posición |
Mantenimiento y resolución de problemas
Mantenimiento rutinario
- Inspeccionar periódicamente los sujetadores de montaje para evitar aflojamientos o desgaste.
- Mantener limpias las ventanas ópticas de los codificadores ópticos.
- Verificar la integridad de cables y conectores para evitar roturas o corrosión.
Problemas comunes y soluciones
| Problema | Posible causa | Solución |
|---|---|---|
| Sin salida de señal | Fallo de alimentación o desconexión de cableado | Verificar fuente de alimentación y conexiones |
| Datos de posición erráticos o pérdida de datos | Interferencias, envejecimiento de componentes o piezas sueltas | Verificar conexión a tierra, reemplazar componentes y ajustar partes |
| Errores o retrasos de comunicación | Configuración de protocolo incorrecta o problemas de cableado | Verificar configuraciones de protocolo y revisar o reemplazar cables |
Guía de selección
- Elegir el tipo: Una vuelta o multivuelta según el rango de movimiento.
- Requisitos de resolución: Seleccionar el número de bits según las necesidades de precisión de control.
- Interfaz de salida: Elegir una interfaz serie o paralela compatible con el controlador o PLC.
- Especificaciones de montaje: Confirmar diámetro del eje, estándar de brida y capacidad de carga.
- Requisitos ambientales: Determinar el grado de protección y el rango de temperatura según las condiciones de trabajo.
- Compatibilidad del sistema: Verificar la compatibilidad de los protocolos de comunicación.
- Certificaciones de seguridad: Priorizar productos certificados según SIL, ISO 13849 y otras normas relevantes.
Al comprender en profundidad la construcción, las funciones, las normas y las ventajas técnicas de los codificadores absolutos, los profesionales de ingeniería pueden seleccionar eficazmente el modelo adecuado según los requisitos específicos de aplicación, mejorando el rendimiento, la fiabilidad y la inteligencia del sistema.
Referencias / Normas citadas
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015