Cos'è un encoder?
Un encoder è un dispositivo sensore che converte il movimento fisico (come angolo di rotazione, spostamento lineare o velocità) in un segnale elettrico per consentire a sistemi digitali di controllo (come PLC, driver o computer industriali) di monitorare, regolare e controllare in tempo reale. È un componente chiave nei sistemi di automazione industriale, robotica, macchine CNC, apparecchiature mediche e aerospaziali, dove è fondamentale il controllo ad anello chiuso e il posizionamento ad alta precisione.
Panoramica delle classificazioni degli encoder
Gli encoder possono essere classificati da più punti di vista tecnologici, tra cui forma di misurazione, tipo di segnale in uscita, principio di rilevamento e protocollo di comunicazione.
1. Classificazione per forma di misurazione
| Tipo | Descrizione |
|---|---|
| Encoder rotativo (Rotary Encoder) | Rileva il movimento rotatorio (spostamento angolare), come alberi motore, dischi, ecc. |
| Encoder lineare (Linear Encoder) | Rileva il movimento lineare, usato in macchine utensili, tavole di posizionamento |
| Encoder a filo (Draw Wire Encoder) | Misura lo spostamento su lunghe distanze tramite estensione di un cavo d'acciaio |
| Encoder kit (Encoder Kit) | Design modulare senza involucro, adatto all'integrazione su micro motori |
2. Classificazione per tipo di segnale di uscita
| Tipo | Descrizione |
|---|---|
| Encoder incrementale (Incremental Encoder) | Uscita di impulsi A/B/Z relativi al movimento, necessita conteggio continuo |
| Encoder assoluto (Absolute Encoder) | Fornisce un valore di posizione assoluto, disponibile in versione single-turn e multi-turn |
| Encoder analogico (Analog Encoder) | Uscita in tensione o corrente continua (0–10V, 4–20mA) |
3. Classificazione per principio di rilevamento
| Principio | Caratteristiche e applicazioni |
|---|---|
| Ottico (Optical) | Alta precisione e risoluzione, ideale per ambienti puliti |
| Magnetico (Magnetic) | Resistente a polvere e olio, adatto ad ambienti industriali difficili |
| Capacitivo (Capacitive) | Compatto, resistente alle vibrazioni e a basso consumo |
| Induttivo (Inductive) | Altamente resistente alle interferenze, usato in ambienti pesanti e ad alta sicurezza |
4. Classificazione per interfaccia di comunicazione
| Tipo di protocollo | Descrizione |
|---|---|
| Impulsi A/B/Z | Uscita incrementale standard, alta compatibilità |
| Interfaccia analogica | Adatta a PLC tradizionali o vecchi sistemi |
| Interfaccia seriale (SSI/BiSS) | Alta precisione e tempo reale, usata in encoder assoluti avanzati |
| Bus di campo (CANopen/Profibus) | Struttura flessibile e supporto multi-nodo |
| Ethernet industriale (EtherCAT/Profinet) | Prestazioni in tempo reale, adatto a reti di automazione complesse |
Come funziona un encoder
Un encoder è composto da:
- Elemento in movimento: albero rotante, guida lineare o cavo a trazione
- Disco o nastro: con struttura periodica per la lettura della posizione
- Componente di rilevamento: sensore ottico, magnetico, capacitivo o induttivo
- Unità di elaborazione del segnale: converte il segnale in uscita standard
- Interfaccia di uscita: consente lo scambio dati con il controllore
Quando l’oggetto misurato si muove, il sistema di rilevamento interno all’encoder registra la posizione e la converte in un segnale elettrico. Ogni tipo utilizza un diverso principio di funzionamento: gli encoder ottici usano fasci di luce e dischi trasparenti, i magnetici rilevano variazioni del campo magnetico, quelli capacitivi variano la distribuzione del campo elettrico, e quelli induttivi misurano variazioni di induzione.
Parametri chiave degli encoder
| Parametro | Descrizione |
|---|---|
| Risoluzione (Resolution) | Numero di impulsi o bit per unità di movimento |
| Accuratezza (Accuracy) | Deviazione massima tra valore reale e misurato |
| Ripetibilità (Repeatability) | Coerenza della misura nella stessa posizione |
| Frequenza di risposta | Frequenza massima di segnale in uscita supportata |
| Livello di segnale | Standard elettrici: TTL, HTL, RS422 ecc. |
| Grado di protezione (IP) | Es. IP65/IP67: protezione da polvere e acqua |
Applicazioni comuni degli encoder
- Automazione industriale: posizionamento nastri, controllo servo, attuatori lineari
- Macchine CNC: rilevamento assi X/Y/Z, cambio utensili
- Robotica: rilevamento angoli articolari, feedback dei veicoli mobili
- Medicina: controllo movimento in scanner MRI, TAC, ecc.
- Energie rinnovabili: controllo yaw turbine eoliche, sistemi di inseguimento solare
- Aerospazio e difesa: controllo superfici missili, monitoraggio assetto velivoli
Struttura e segnale dell’encoder – Diagrammi esplicativi
Figura 1: Vista esterna di un encoder rotativo universale
Figura 2: Struttura interna con disco codificato, sensore e circuito di uscita
Normative tecniche di riferimento
- IEC 60050-351: terminologia per la misurazione industriale
- ISO 13849: standard di sicurezza per le funzioni delle macchine
- IEC 60529: gradi di protezione IP per involucri
- IEC 61800-5-2: sicurezza funzionale dei sistemi di azionamento
- CiA 406: profilo dispositivo encoder per CANopen
- IEC 61158: specifica per protocolli di fieldbus
Glossario tecnico
| Termine | Significato |
|---|---|
| PPR | Impulsi per rivoluzione (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Conteggi per rivoluzione (Counts Per Revolution) |
| Segnale Z | Segnale di riferimento per ogni giro negli encoder incrementali |
| TTL | Segnale digitale a 5V |
| HTL | Uscita 10–30V, elevata resistenza ai disturbi |
| RS422 | Uscita differenziale ad alta velocità |
| SSI | Interfaccia seriale sincrona per encoder assoluti |
| BiSS | Protocollo seriale open-source ad alte prestazioni |
Conclusione: L’encoder è un ponte essenziale tra i sistemi fisici e quelli digitali di controllo. Comprendere le sue classificazioni, strutture, uscite e normative consente scelte ottimali e integrazione efficiente nei moderni sistemi di automazione.