¿Qué es un codificador?
Un codificador (Encoder) es un dispositivo sensor que convierte el movimiento físico (como ángulo de rotación, desplazamiento lineal o velocidad) en señales eléctricas que pueden ser interpretadas por sistemas de control digital, como PLCs, variadores o computadoras industriales. Son esenciales para lograr control de bucle cerrado y posicionamiento preciso en automatización industrial, robótica, CNC, sistemas médicos, aeroespacial y otros campos de control de movimiento de alta precisión.
Clasificación general de los codificadores (Comprehensive Classification of Encoders)
Los codificadores pueden clasificarse desde varias dimensiones técnicas, principalmente por forma de medición, tipo de señal de salida, principio de detección y tipo de interfaz de comunicación.
1. Por formato de medición (By Measurement Format)
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Codificador rotativo (Rotary Encoder) | Detecta el movimiento de rotación (desplazamiento angular), como ejes de motor o discos |
| Codificador lineal (Linear Encoder) | Detecta movimiento lineal, utilizado en máquinas herramienta y plataformas de posicionamiento |
| Codificador de cable (Draw Wire Encoder) | Mide desplazamiento mediante tracción de cable de acero |
| Codificador en kit (Encoder Kit) | Diseño modular sin carcasa, ideal para integración en micromotores |
2. Por tipo de señal de salida (By Signal Output Type)
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Codificador incremental (Incremental Encoder) | Emite señales de pulso A/B/Z que indican movimiento relativo, requiere conteo continuo |
| Codificador absoluto (Absolute Encoder) | Emite valores de posición absoluta; puede ser de una vuelta o multivuelta, mantiene datos sin alimentación |
| Codificador analógico (Analog Encoder) | Emite señales continuas de voltaje o corriente (0–10V, 4–20mA) |
3. Por tecnología de detección (By Sensing Technology)
| Principio | Características y aplicaciones |
|---|---|
| Óptico (Optical) | Alta precisión y resolución; ideal para entornos limpios y de alta exigencia |
| Magnético (Magnetic) | Resistente a polvo y aceite; adecuado para ambientes industriales hostiles |
| Capacitivo (Capacitive) | Compacto, resistente a vibraciones y de bajo consumo; útil en instrumentos de precisión |
| Inductivo (Inductive) | Alta inmunidad a interferencias; ideal para maquinaria pesada y aplicaciones de seguridad |
4. Por protocolo de interfaz (By Communication Interface)
| Tipo de interfaz | Descripción |
|---|---|
| Pulso A/B/Z | Salida estándar incremental, ampliamente compatible |
| Interfaz analógica | Usado en sistemas PLC tradicionales o antiguos |
| Interfaz serial (SSI/BiSS) | Alta precisión y tiempo real; común en codificadores absolutos avanzados |
| Buses de campo industriales (CANopen/Profibus) | Estructura flexible con soporte para múltiples nodos |
| Ethernet industrial (EtherCAT/Profinet) | Alta velocidad y capacidad en redes de automatización complejas |
¿Cómo funcionan los codificadores? (How Encoders Work)
Un codificador consta de los siguientes componentes clave:
- Elemento móvil: eje giratorio, riel lineal o estructura de cable
- Disco codificador o cinta magnética: estructura periódica para lectura de posición
- Unidad sensora: sensores ópticos, magnéticos, capacitivos o inductivos
- Unidad de procesamiento de señal: convierte señales sensadas en salidas estándar
- Interfaz de salida: conecta con controladores para transmisión de datos en tiempo real
Cuando el objeto medido se mueve, el sistema de detección interno del codificador recoge información de posición y la convierte en señales eléctricas. Cada tipo de codificador tiene su propio método: ópticos usan luz sobre discos perforados; magnéticos detectan cambios de campo; capacitivos usan variaciones en campo eléctrico.
Parámetros clave del codificador (Key Performance Metrics)
| Parámetro | Descripción |
|---|---|
| Resolución (Resolution) | Cantidad de señales por unidad de movimiento (ej. PPR o bits) |
| Precisión (Accuracy) | Diferencia máxima entre el valor real y el medido |
| Repetibilidad (Repeatability) | Estabilidad de resultados en mediciones repetidas |
| Frecuencia máxima | Velocidad máxima de movimiento soportada en salida de señal |
| Nivel lógico de salida | Estándares eléctricos como TTL, HTL, RS422 |
| Grado de protección (IP) | Ej. IP65 o IP67, indica resistencia al polvo y al agua |
Aplicaciones típicas de codificadores (Common Applications)
- Automatización industrial: posicionamiento en cintas transportadoras, control de servos
- Máquinas CNC: detección de posición en ejes X/Y/Z, cambio de herramientas
- Robótica: lectura de ángulos articulares y retroalimentación de movimiento
- Equipos médicos de imagen: control de escaneo en MRI y CT
- Energías renovables: control de orientación en aerogeneradores y seguidores solares
- Aeroespacial y defensa: control de superficies de misiles, monitoreo de actitud
Diagramas de estructura y señal del codificador
Figura 1: Vista típica de un codificador rotativo
Figura 2: Diagrama estructural incluyendo disco, sensor y procesador de señal
Normas técnicas relevantes (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: Términos para medición industrial
- ISO 13849: Seguridad funcional en maquinaria (incluye codificadores seguros)
- IEC 60529: Normas de protección IP para envolventes
- IEC 61800-5-2: Seguridad funcional para sistemas de accionamiento
- CiA 406: Especificación de dispositivos CANopen para codificadores
- IEC 61158: Familia de protocolos de bus de campo
Glosario (Glossary)
| Término | Significado |
|---|---|
| PPR | Pulsos por revolución |
| CPR | Conteos por revolución |
| Canal Z | Señal de referencia emitida una vez por revolución (incremental) |
| TTL | Señal digital estándar de 5V |
| HTL | Salida de 10–30V, alta inmunidad al ruido |
| RS422 | Estándar diferencial para transmisión de alta velocidad y largo alcance |
| SSI | Interfaz serial síncrona, usada en codificadores absolutos |
| BiSS | Protocolo serial abierto de alto rendimiento |
Conclusión:
El codificador actúa como puente clave entre sistemas físicos y controladores digitales. Comprender sus tipos, estructura, señales y estándares facilita una selección e integración óptima en automatización y control de precisión.