Terminologia degli Encoder
Questa pagina raccoglie in modo sistematico e spiega dettagliatamente i termini tecnici più comuni e importanti nel campo degli encoder, includendo parametri elettrici, segnali in uscita, struttura meccanica, protocolli di comunicazione, adattabilità ambientale, calibrazione della precisione, sicurezza funzionale, limiti di carico e molti altri aspetti. È destinata a ingegneri, integratori di sistemi, personale R&S, buyer tecnici e a chiunque desideri approfondire la conoscenza degli encoder.
Terminologia dell’uscita dell’encoder e dei segnali
| Termine | Abbreviazione in inglese | Definizione |
|---|---|---|
| Risoluzione | Resolution | Numero di segnali generati dall’encoder per unità di movimento, utilizzato per valutare la precisione di misura. Può essere espresso in PPR, CPR, bit, LPI, CPI, ecc. |
| PPR | Pulses Per Revolution | Impulsi per giro, comune negli encoder rotativi incrementali; indica quanti impulsi genera un giro completo |
| CPR | Counts Per Revolution | Conteggi per giro, spesso con fattori di moltiplicazione. Ad esempio, con una quadratura x4, CPR = PPR × 4 |
| DPI | Dots Per Inch | Punti per pollice, usato di frequente nella scansione ottica ad alta risoluzione e nelle misurazioni lineari |
| CPI | Counts Per Inch | Conteggi per pollice (1 pollice), utilizzato per valutare la risoluzione di un encoder lineare |
| LPI | Lines Per Inch | Numero di linee per pollice in un reticolo ottico; si usa anche per descrivere la risoluzione di encoder o scanner lineari |
| Fasi A/B | A/B Channels | Due uscite di onda quadra in quadratura di un encoder incrementale, sfasate di 90°; consentono di distinguere la direzione e di effettuare il conteggio |
| Fase Z | Zero Pulse / Index | Impulso di riferimento unico per ogni giro in un encoder incrementale, utilizzato per il ritorno al punto zero |
| Canale N | N Channel | Altra denominazione della fase Z in certi marchi |
| U/V/W | – | Canali di commutazione per servomotori, usati nell’elettronica di commutazione o nella rilevazione di fase |
| TTL | Transistor-Transistor Logic | Standard di livello logico digitale a 5 V, adatto a impulsi ad alta velocità su brevi distanze |
| HTL | High Threshold Logic | Logica a 10–30 V, con elevata immunità ai disturbi, adatta ad ambienti industriali |
| Open Collector | OC | Uscita a collettore aperto, necessita di una resistenza di pull-up esterna; consente flessibilità nel livello di tensione |
| Push-Pull | – | Uscita push-pull, può pilotare il carico in entrambe le direzioni, senza necessità di pull-up; comune negli encoder industriali |
| Line Driver | LD / RS422 | Standard differenziale che migliora l’immunità ai disturbi, consentendo trasmissione ad alta velocità su lunghe distanze |
| Uscita in tensione | Voltage Output | Uscita analogica (ad esempio 0–5 V, 0–10 V, ecc.), semplice da acquisire come valore analogico |
| Uscita in corrente | Current Output | Uscita analogica tipicamente 4–20 mA, molto robusta contro i disturbi, adatta a lunghe distanze |
| PWM | Pulse Width Modulation | Usa la modulazione della larghezza dell’impulso per trasmettere informazioni di posizione o angolo; impiegata in applicazioni personalizzate o speciali |
| 1Vpp/11µApp | – | Segnali analogici sinusoidali/cosinusoidali, tipici negli encoder a griglia ottica o magnetica, per subdividere ad alta precisione |
Tipologie di encoder, principi di funzionamento e metodi di rilevamento
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Encoder incrementale | Emette impulsi continui che indicano l’incremento di posizione; occorre un controllore o un contatore per accumulare gli impulsi e ricavare la posizione assoluta |
| Encoder assoluto | Ogni posizione corrisponde a un codice univoco; la posizione resta memorizzata anche senza alimentazione, adatto ad applicazioni complesse o multi-asse di alta affidabilità |
| Encoder monogiro | Misura solo la posizione all’interno di un giro, senza registrare il numero di giri |
| Encoder multigiro | Include ingranaggi, componenti magnetici o induttivi per registrare i giri; ne esistono di tipo meccanico o elettronico |
| Encoder ottico | Sfrutta una sorgente di luce, una griglia e un ricevitore fotoelettrico per una misura senza contatto; offre alta risoluzione e precisione |
| Encoder magnetico | Impiega l’effetto Hall o magnetoresistivo per rilevare le variazioni del campo magnetico; meno sensibile a polvere o unto, adatto ad ambienti difficili |
| Encoder capacitivo | Basato sulla variazione del campo elettrico fra piastre condensatrici; struttura compatta, ideale in spazi ridotti e sistemi leggeri |
| Encoder induttivo | Misura angoli o spostamenti grazie all’induzione elettromagnetica; elevata resistenza ai disturbi e alle vibrazioni |
| Kit Encoder | Conosciuto anche come Encoder Kit, design modulare senza involucro; concepito per l’integrazione in motori o giunti robotici, ecc. |
| Encoder a fune | Usa un cavo d’acciaio e un tamburo avvolgitore per misurare grandi spostamenti lineari (ascensori, porte, gru, ecc.) |
| Encoder rotativo | Misura l’angolo di rotazione e la velocità di un albero, ampiamente impiegato in motori, tavole rotanti e servocomandi |
| Encoder lineare | Misura movimenti di traslazione, comunemente usato in macchine CNC, macchine di misura 3D, impianti di semiconduttori, ecc. |
| Encoder multicanale | Emette diverse tipologie di segnali (p.es. A/B/Z + UVW + interfaccia seriale) per rispondere a funzioni di commutazione motore, rilevamento di posizione e comunicazione di rete |
| Encoder programmabile | Parametri come tipologia d’uscita, risoluzione e direzione possono essere configurati via software o dispositivi dedicati |
| Formato di codifica | Codifica in uscita di un encoder assoluto, p.es. Gray Code, Binary, BCD, Excess Code, ecc. |
Protocolli di comunicazione e interfacce industriali
| Protocollo/Interfaccia | Definizione |
|---|---|
| SSI | Synchronous Serial Interface: interfaccia seriale sincrona per la trasmissione dei dati di un encoder assoluto; semplice nell’architettura e resistente ai disturbi |
| BiSS-C | Protocollo seriale sincrono open ad alta velocità, con comunicazione full-duplex e topologia a catena multi-asse; comune negli encoder assoluti di fascia alta |
| EnDat | Interfaccia seriale bidirezionale sviluppata da Heidenhain, con funzioni di verifica e retroazione ad alta risoluzione |
| CANopen | Protocollo open basato su bus CAN, gestito con un dizionario di oggetti, adatto a reti con nodi multipli; largamente impiegato in Europa nell’automazione industriale |
| Profibus-DP | Standard di bus da campo, con alta velocità in baud rate e scambio dati ciclico; di frequente utilizzo in ampi sistemi di controllo di processo e produzione discreta |
| DeviceNet | Protocollo su bus CAN proposto da Allen-Bradley, pensato per connessioni semplici fra dispositivi e controllori |
| EtherCAT | Protocollo Ethernet real-time di Beckhoff, supporta clock distribuiti e sincronizzazione multi-asse; adatto a controlli ad alta velocità e alta precisione |
| PROFINET | Standard industriale Ethernet promosso da Siemens, integra funzionalità IT e comunicazione in tempo reale; ideale per l’automazione di fabbrica e di processo |
| IO-Link | Protocollo punto-punto fra sensori e attuatori, offre diagnostica intelligente e parametrizzazione remota |
| Ethernet/IP | Protocollo della famiglia CIP (Common Industrial Protocol) sostenuto da Rockwell, adatto a azionamenti distribuiti, dispositivi da campo e SCADA |
| Modbus RTU/TCP | Protocollo master-slave open, diffuso per I/O remoti e sistemi distribuiti |
| UART | Interfaccia seriale asincrona universale (p.es. RS232/RS485), frequente in moduli di encoder semplici o dal costo contenuto |
| SPI/I²C | Interfacce seriali a livello di chip, adatte a encoder miniaturizzati o con consumi ridotti |
| SERCOS | SErial Real-time COmmunication System, protocollo di controllo del movimento in tempo reale basato su fibra ottica o Ethernet; usato in CNC e servo ad alta precisione |
Terminologia di montaggio e interfaccia meccanica
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Albero pieno | L’albero centrale dell’encoder è un cilindro pieno; occorre un giunto o un sistema di serraggio per trasmettere la coppia |
| Albero cavo | L’encoder è dotato di un albero cavo che può essere inserito direttamente su quello del motore, riducendo gli elementi di accoppiamento |
| Albero semi-cavo | Albero cavo chiuso da un’estremità, unisce riduzione di spazio e facilità d’installazione |
| Montaggio a flangia | Fissaggio dell’encoder all’apparecchiatura mediante flangia frontale o sincronizzata; di solito secondo norma DIN, con flange di forma circolare o quadrata |
| Flangia sincronizzata | Flangia di montaggio circolare standard (Synchro Flange), fissata con morsetti o viti |
| Flangia di serraggio servo | Flangia con scanalature di serraggio o fori di posizionamento, permette un rapido allineamento e fissaggio su servomotori o sistemi meccanici |
| Passo fori di fissaggio | Distanza fra i fori per le viti sul corpo dell’encoder, deve corrispondere alla superficie di montaggio della macchina |
| Profondità di montaggio | Quanto l’albero o il foro cavo dell’encoder penetra; se è troppo ridotta si genera gioco, se eccessiva si rischiano danni |
| Giunto | L’elemento che connette l’albero pieno dell’encoder a quello del motore o del macchinario; ne esistono tipi flessibili, a soffietto, rigidi, ecc. |
| Carico radiale/assiale | Limite massimo di forza radiale o assiale sostenuto dal cuscinetto dell’encoder; superarlo può ridurre la vita utile e la precisione |
Adattabilità ambientale e affidabilità
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Grado di protezione IP | Definito da IEC 60529, p.es. IP65, IP67, IP68, con numeri maggiori che indicano una protezione più elevata contro polvere e acqua |
| Temperatura di esercizio | Intervallo di temperatura in cui l’encoder opera correttamente con precisione nominale, ad es. -20°C~+85°C |
| Temperatura di stoccaggio | Intervallo di temperatura consentito a dispositivo spento |
| Resistenza alle vibrazioni | Capacità dei cuscinetti e della struttura interna dell’encoder di sopportare vibrazioni meccaniche, di solito espressa in g |
| Resistenza agli urti | Limite di accelerazione/urto immediato, espresso in g |
| EMC (Compatibilità Elettromagnetica) | Comprende l’immunità ai disturbi elettromagnetici e l’emissione non eccessiva di interferenze |
| ESD | Immunità alle scariche elettrostatiche (Electrostatic Discharge), indica la sensibilità dell’encoder alle scariche di elettricità statica |
| Livello SIL | Safety Integrity Level (SIL2, SIL3, ecc.), per applicazioni di sicurezza critica (ascensori, robotica, sistemi ferroviari, ecc.) |
| MTBF | Mean Time Between Failures, tempo medio fra i guasti; indica l’affidabilità globale del dispositivo |
| RoHS / REACH | Restrizioni sulle sostanze pericolose / Regolamenti per le sostanze chimiche, riguardano la conformità ambientale e di sicurezza dei materiali |
Precisione, errori e terminologia di calibrazione di sistema
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Precisione di sistema | Scarto massimo tra l’uscita dell’encoder e la posizione reale, includendo gli errori dell’encoder, di montaggio, del controllore, ecc. |
| Sensibilità (o risoluzione minima) | L’ampiezza minima di spostamento che l’encoder può rilevare; più è alta, più piccoli movimenti può misurare |
| Ripetibilità | Grado di coerenza della misura quando si ritorna più volte alla stessa posizione; influenzata principalmente da giochi meccanici e rumore del segnale |
| Errore di linearità | Scostamento non lineare tra l’uscita dell’encoder e il valore reale di spostamento, di solito compensato da una taratura o dal software |
| Errore di zero | Differenza tra l’impulso di riferimento (Z) o il punto di origine e lo zero meccanico effettivo; rettificabile con una regolazione meccanica o con il software |
| Errore di codifica | Errori minori dovuti a difetti di fabbricazione del disco, distribuzione irregolare di poli magnetici, montaggio scorretto, ecc. |
| Coefficiente di calibrazione | Parametro utilizzato nella taratura o compensazione lineare del sistema per migliorare la precisione generale |
| Feedback PID | In un sistema servo, l’encoder funge da sensore nel controllo ad anello chiuso; i guadagni proporzionale, integrale e derivativo consentono di seguire fedelmente il riferimento |
| Isteresi | Errore di ritorno in posizione quando si cambia direzione di movimento, dovuto a giochi e altri fattori. Presente in alcuni encoder incrementali o nei sistemi di trasmissione |
Altri termini comuni e note integrative
| Termine | Definizione |
|---|---|
| Codice Gray (Gray Code) | Metodo di codifica in cui due parole adiacenti differiscono per un solo bit; riduce la rimbalzitazione nelle transizioni; ampiamente usato negli encoder assoluti |
| Codifica binaria (Binary Code) | L’encoder assoluto fornisce direttamente il valore in formato binario, facile da interpretare dal controllore |
| Codice BCD (Binary-Coded Decimal) | Rappresentazione decimale in gruppi da 4 bit, talvolta in modelli di encoder assoluti o strumenti più datati |
| Excess Code | Codifica con un offset che rende più morbido il passaggio da un codice all’altro; usata in alcuni vecchi encoder assoluti o in sistemi custom |
| Ingranaggi multigiro | Nei codici assoluti multigiro di tipo meccanico, un treno d’ingranaggi interno tiene traccia del numero di giri |
| Multigiro elettronico | Il conteggio dei giri avviene tramite elettronica interna o memoria magnetica, senza ingranaggi; comune nei servomotori brushless con encoder integrati |
| Canali UVW | Segnali incrementali di commutazione usati per sincronizzare avvolgimenti trifase; comuni nei servomotori e nei drive BLDC |
| Rapporto S/N (Signal to Noise Ratio) | Confronto tra intensità del segnale e il rumore di fondo; valuta la chiarezza e la stabilità dell’uscita dell’encoder |
| Velocità massima | La massima velocità di rotazione che l’encoder può sostenere mantenendo la precisione; superandola si rischia distorsione del segnale o rapido degrado dei cuscinetti |
| Velocità lineare massima | La velocità massima che un encoder lineare può misurare senza errori; superando tale valore può non bastare la banda passante per il segnale incrementale o i dati |
| Encoder ridondante | Doppio sensore o doppia uscita per applicazioni di sicurezza (ad es. SIL3); l’encoder secondario subentra se quello principale si guasta |
Riferimenti normativi e approfondimenti
- IEC 60050-351: Terminologia di misura e controllo industriale
- ISO 13849: Standard di sicurezza funzionale per macchinari (spesso citato per encoder di sicurezza)
- IEC 60529: Definisce i gradi di protezione degli involucri (classi IP)
- IEC 61800-5-2: Requisiti di sicurezza per azionamenti a velocità variabile, comune nei servosistemi con funzionalità safety
- CiA 406: Specifiche per dispositivi encoder su CANopen
- IEC 61158: Famiglia di protocolli di bus di campo industriali
- EnDat, BiSS, SERCOS: Principali protocolli di comunicazione seriale per encoder
Nota: Le definizioni possono variare leggermente tra diversi marchi o standard di settore. Si raccomanda di consultare i manuali specifici di prodotto per una verifica ulteriore. Questa pagina verrà aggiornata costantemente per includere tecnologie all’avanguardia e nuovi scenari d’uso. Invitiamo a condividere i vostri contributi e revisioni su Encoder.wiki!