Tipos de codificadores

Los codificadores son los “ojos” de los sistemas de automatización industrial y de control de movimiento de precisión, capaces de convertir con exactitud el movimiento mecánico en señales eléctricas. Según las necesidades de aplicación y la tecnología empleada, pueden clasificarse desde tres perspectivas: tipo de señal de salida, modo de medida y principio de detección. A continuación, un análisis profesional y detallado.

I. Clasificación según tipo de señal de salida

1. Codificador incremental (Incremental Encoder)

• Principio de funcionamiento
  Genera pulsos cuadratura A/B mediante detección óptica o magnética, y un pulso Z único para referencia de cero.
• Indicadores clave
  • Resolución: típicamente 500–10 000 PPR; con interpolación (4×, 16×) puede alcanzar decenas de miles o millones de PPR.
  • Calidad de señal: error de fase < 5°, jitter < ±1 LSB.
• Estándares de salida: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 diferencial.
• Ventajas y limitaciones
  • Ventajas: bajo coste, respuesta rápida; ideal para control de velocidad/posición en lazo cerrado.
  • Limitaciones: pierde la referencia al faltar alimentación; requiere contador externo y rutina de homing.
• Aplicaciones típicas: servodrives, medición de velocidad de motor, monitorización de carrera en mecanismos alternativos.

2. Codificador absoluto (Absolute Encoder)

• Principio de funcionamiento
  Cada posición corresponde a un código binario o Gray único, permitiendo lectura directa sin homing; las versiones multiturn usan engranajes o circuitos contadores.
• Indicadores clave
  • Resolución single‑turn: 8–20 bit; multi‑turn: 16–32 bit.
  • Formatos de código: Gray, Binary, BCD, Excess‑3, etc.
• Interfaces: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (sincrónico), CANopen, Profinet (Ethernet).
• Ventajas y limitaciones
  • Ventajas: retiene la posición tras corte de alimentación; adecuado para sistemas multieje de alta fiabilidad; soporta parametrización online.
  • Limitaciones: coste elevado; las interfaces serie requieren controladores de gran ancho de banda.
• Aplicaciones típicas: articulaciones de robots, centros de mecanizado CNC multieje, sistemas críticos de seguridad.

3. Codificador híbrido (Hybrid Encoder)

• Definición
  Combina salidas incremental y absoluta en un solo dispositivo, ofreciendo tanto pulsos de alta velocidad como valor absoluto de posición.
• Características
  Proporciona simultáneamente pulsos rápidos y lectura absoluta, común en sistemas con redundancia de seguridad (SIL).
• Aplicaciones típicas: sistemas de seguridad SIL, monitorización de paracaídas aeroespaciales, AGVs en logística inteligente.

II. Clasificación según modo de medida

1. Codificador rotativo (Rotary Encoder)

• Construcción: eje macizo, hueco o semihueco, montaje en brida o panel.
• Parámetros mecánicos: diámetro de eje φ3–φ20 mm; carga radial 10–50 N; carga axial 5–20 N; vida útil de rodamientos L₁₀ ≥ 10⁷ h.
• Puntos clave de instalación: concentricidad < 0,05 mm; evitar cargas en voladizo y vibraciones intensas.
• Ejemplos de aplicación: feedback de servomotor, control de mesa giratoria, posicionamiento de válvulas.

2. Codificador lineal (Linear Encoder)

• Tipos: regla óptica, magnética o capacitiva; separación entre cabeza lectora y regla 0,1–1 mm.
• Precisión: resolución 0,01–1 µm; error de linealidad < ±1 µm/m.
• Adaptación al entorno: óptico requiere sala limpia; magnético funciona en entornos con polvo o niebla de aceite.
• Ejemplos de aplicación: mesas deslizantes CNC, brazos de medición CMM, equipos de exposición en semiconductores.

3. Codificador de cable (Draw‑Wire Encoder)

• Construcción: tambor con cable de acero y tensión de muelle, alcance de varios metros.
• Precisión: resolución 0,1 mm; repetibilidad < ±0,5 mm.
• Escenarios de uso: medición de altura en plataformas elevadoras, detección de posición de persianas, sondeos de túneles.
• Recomendación de instalación: mantener el cable vertical y tenso; evitar tirones oblicuos y curvas.

III. Clasificación según principio de detección

1. Codificador óptico (Optical Encoder)

• Método de detección
  Fuente luminosa → disco de código → fotodetector; los pulsos se generan por cambios en transmisión/reflexión.
• Ventajas de resolución: hasta millones de PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
• Limitaciones: sensible a polvo, aceite y variaciones térmicas.
• Estándares: conforme a ISO 23125 para codificadores ópticos.

2. Codificador magnético (Magnetic Encoder)

• Método de detección
  Sensores de efecto Hall o magnetorresistivos miden cambios en el campo magnético.
• Confiabilidad: resistente a contaminación, vibraciones y deriva térmica; precisión típica 0,1–0,5°.
• Aplicaciones: posicionamiento de cabinas de ascensor, monitorización angular en maquinaria pesada.
• Estándares: conforme a DIN 32701 para codificadores magnéticos.

3. Codificador capacitivo (Capacitive Encoder)

• Método de detección
  Mide variaciones de capacitancia entre placas con excitación AC.
• Características: bajo consumo, compacto, resistente a vibraciones; precisión ±1 µm.
• Limitaciones: sensible a entornos metálicos y cargas electrostáticas.
• Aplicaciones: microrrobótica, brazos robóticos médicos, plataformas micro/nano.

4. Codificador inductivo (Inductive Encoder)

• Método de detección
  Mide distancia mediante cambios en el acoplamiento inductivo entre bobina y blanco metálico.
• Ventajas: tolera altas temperaturas, altas presiones y fuertes interferencias electromagnéticas.
• Precisión: típicamente ±10 µm; idóneo para industria pesada y transporte ferroviario.
• Estándares: basado en IEC 62130 para sensores de posición inductivos.

IV. Recomendaciones de selección

1. Defina sus necesidades: tipo de movimiento (rotativo/lineal), tipo de señal (incremental/absoluto).
2. Equilibre precisión y velocidad: alta resolución requiere ancho de banda adecuado y capacidad de interpolación en el controlador.
3. Considere el entorno: óptico para salas limpias; magnético/inductivo para entornos más duros.
4. Verifique la fiabilidad mecánica: tenga en cuenta la carga de rodamientos, vida útil y alineación en la instalación.
5. Asegure la compatibilidad de comunicación: confirme que el protocolo y la interfaz elegidos soporten integración de sistemas y diagnóstico.

Con esta clasificación en tres dimensiones y la comparativa de rendimiento, podrá seleccionar rápidamente el codificador más adecuado, optimizar el desempeño de su equipo y reducir costos de desarrollo y mantenimiento.