📘 Wiki de Codificador
Codificador incremental
El codificador incremental es uno de los sensores más utilizados en los sistemas de control de movimiento y se emplea ampliamente en la automatización industrial, en máquinas CNC, en robótica y en sistemas de inspección automatizada. En este artículo se describirán detalladamente la definición del codificador incremental, su principio de funcionamiento, las características de salida de señal, los parámetros de rendimiento, la clasificación estructural, las normas del sector, las comparaciones técnicas, los problemas comunes de mantenimiento y sus soluciones, así como una guía de selección.
¿Qué es un codificador incremental? (What is an Incremental Encoder)
Un codificador incremental es un sensor que entrega información de desplazamiento mecánico en forma de señales de pulsos periódicos. Su característica principal es que, por cada giro o desplazamiento de un ángulo o distancia determinados, genera un número correspondiente de pulsos eléctricos que, al contarse mediante un contador externo o un controlador, permiten medir la posición de manera relativa.
Las señales de salida de un codificador incremental suelen incluir la fase A, la fase B (salidas en cuadratura para determinar la dirección) y la fase Z (pulso de referencia de cero que se emite una vez por revolución). Dado que el codificador incremental solo proporciona información de posición relativa, los datos se pierden tras un corte de energía, por lo que normalmente se instala un dispositivo de referenciado del punto cero, ya sea mecánico o eléctrico.
Principio de funcionamiento de los codificadores incrementales (Working Principle of Incremental Encoders)
Codificador incremental óptico
El codificador incremental óptico funciona mediante un LED que ilumina un disco codificador giratorio. El disco presenta zonas alternas transparentes y opacas que, al pasar por el fotodetector, generan señales eléctricas periódicas. Estas señales son procesadas por circuitos electrónicos y convertidas en pulsos de onda cuadrada estándar.
Codificador incremental magnético
El codificador incremental magnético utiliza sensores magnéticos (elementos Hall o sensores magnetorresistivos) para detectar los cambios de polaridad en una red magnética acoplada al eje giratorio, generando señales de pulsos periódicos.
Detección de dirección y referencia cero
Existe una diferencia de fase eléctrica de 90° entre las señales de las fases A y B, lo que permite determinar la dirección de rotación. La fase Z emite un pulso por revolución que sirve como referencia de posición cero o punto de referencia.
Características de salida de señal (Signal Characteristics)
| Ítem | Descripción |
|---|---|
| Tipo de señal de salida | Onda cuadrada (TTL/HTL/RS422), salida analógica senoidal/cosenoidal |
| Nivel de tensión | TTL (5 V), HTL (10–30 V), señal diferencial RS422 |
| Rango de frecuencia | Hasta varios cientos de kHz hasta algunos MHz |
| Resolución (PPR) | Normalmente de 100 a 10 000 PPR; puede ser mayor con interpolación |
| Desplazamiento de fase | Fase A/B en cuadratura (90° ± 10°) |
| Distancia de transmisión | La señal diferencial RS422 puede transmitirse a más de 100 m |
Comparación incremental vs absoluto (Incremental vs Absolute Encoder)
| Parámetro | Codificador incremental | Codificador absoluto |
|---|---|---|
| Información de posición | Posición relativa; requiere contador externo | Posición absoluta; memoria interna incorporada |
| Costo | Bajo | Alto |
| Complejidad del sistema | Requiere gestión del punto cero y contador externo | Sencillo; no requiere contador externo |
| Recuperación tras corte de energía | No recupera posición automáticamente | Retiene y recupera la posición automáticamente |
| Aplicaciones típicas | Control general de velocidad y posición | Sistemas de posicionamiento de alta precisión y fiabilidad |
Especificaciones clave (Key Specifications)
- Resolución (PPR): Número de pulsos por revolución, determina la precisión de medición.
- Velocidad máxima (RPM): Velocidad de rotación máxima permitida en funcionamiento normal.
- Grado de protección (IP): Ej.: IP50 a IP68, define el entorno de aplicación.
- Rango de temperatura de trabajo: Modelo estándar: –20 °C a +85 °C; modelo extendido: –40 °C a +100 °C.
- Resistencia a vibraciones y choques: Nivel de vibración de 10–20 g y resistencia a choques de 50–200 g.
Áreas de aplicación (Typical Applications)
- Automatización industrial: Retroalimentación de velocidad de motores y detección de posición en líneas de producción.
- Máquinas CNC: Posicionamiento de ejes y control de velocidad del husillo.
- Máquinas de embalaje e impresión: Control de longitud de material y sistemas de registro.
- Equipos médicos: Plataformas giratorias de tomografía computarizada y control de desplazamiento en instrumentos de prueba.
- Sistemas logísticos inteligentes: Sistemas de navegación para vehículos guiados automatizados (AGV) y cintas transportadoras.
- Ascensores y grúas: Posicionamiento de cabinas y control de sistemas de elevación.
Normas y estándares del sector (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1: Norma de seguridad funcional para sistemas de control de maquinaria.
- IEC 61000-6-2: Norma de compatibilidad electromagnética para entornos industriales.
- IEC 60068-2: Norma de pruebas de compatibilidad ambiental (vibración y choque).
- IEC 60529: Norma de grados de protección de envolventes (código IP).
Mantenimiento y solución de problemas (Maintenance and Troubleshooting)
Mantenimiento diario
- Verificar regularmente los elementos de montaje mecánico (ejes, acoplamientos, bridas) para asegurar que estén firmemente fijados.
- Limpiar periódicamente la superficie del codificador, especialmente en los codificadores ópticos, para evitar la acumulación de polvo y aceite.
- Inspeccionar regularmente los cables y conectores para prevenir desgaste, corrosión o conexiones flojas.
Fallos comunes y soluciones
- Sin señal de salida: Verificar que la alimentación y las conexiones de los cables sean correctas; asegurarse de que el sensor no esté dañado.
- Pérdida o fluctuación de la señal: Comprobar que el montaje mecánico esté firme; reducir las interferencias electromagnéticas utilizando cables apantallados o salida diferencial.
- Oscilaciones anómalas en la señal de salida: Revisar el estado de los rodamientos y acoplamientos; reemplazarlos si es necesario; asegurarse de que la carga esté dentro de los límites permitidos.
Guía de selección (Selection Guide)
- Definir los requisitos de la aplicación: Tipo de movimiento (rotacional/lineal), precisión y rango de velocidades.
- Ajuste de resolución y frecuencia: Seleccionar una resolución adecuada (PPR) que sea compatible con la frecuencia de entrada del controlador o PLC.
- Compatibilidad de interfaz y niveles de señal: Asegurarse de que el codificador sea compatible con el voltaje y el tipo de señal (TTL/HTL/RS422) del sistema de control.
- Consideraciones ambientales: Seleccionar el grado de protección (IP) y los materiales adecuados según las condiciones del entorno (temperatura, polvo, humedad).
- Especificaciones de montaje mecánico: Verificar que el diámetro del eje, el método de instalación y los requisitos de carga sean compatibles con la aplicación real.
Al comprender en profundidad el principio de funcionamiento del codificador incremental, sus características de señal, los requisitos de aplicación, las normas del sector y los métodos de mantenimiento, los ingenieros podrán integrar sistemas de forma más eficaz y elegir dispositivos con mayor precisión, mejorando significativamente la fiabilidad y el rendimiento de los equipos.