Tipi di encoder
Gli encoder sono gli “occhi” dei sistemi di automazione industriale e di controllo di movimento di precisione, e convertono il moto meccanico in segnali elettrici con elevata accuratezza. In base alle esigenze applicative e alle tecnologie impiegate, possono essere classificati secondo tre criteri: tipo di segnale in uscita, modalità di misura e principio di rilevamento. Di seguito un’analisi professionale e dettagliata.
I. Classificazione per tipo di segnale in uscita
1. Encoder incrementale (Incremental Encoder)
- Principio di funzionamento
Utilizza sensori ottici o magnetici per generare impulsi A/B in quadratura, con un impulso Z per il reset di riferimento. - Parametri chiave
- Risoluzione: tipica 500–10 000 PPR; con interpolazione (4×, 16×) si può arrivare a decine di migliaia o milioni di PPR.
- Qualità del segnale: errore di fase < 5°, jitter < ±1 LSB.
- Standard di uscita: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 differenziale.
- Vantaggi e svantaggi
- Vantaggi: costo contenuto, risposta rapida; ideale per il controllo chiuso di velocità e posizione.
- Svantaggi: perdita della posizione in caso di interruzione alimentazione; richiede contatori esterni e procedura di homing.
- Applicazioni tipiche: azionamenti servo, misura di velocità motore, monitoraggio di corsa nei meccanismi alternativi.
2. Encoder assoluto (Absolute Encoder)
- Principio di funzionamento
Ogni posizione è codificata con un valore univoco (binario o Gray), leggibile direttamente anche senza homing; le versioni multi‑turn utilizzano ingranaggi o contatori elettronici. - Parametri chiave
- Risoluzione single‑turn: 8–20 bit; multi‑turn: 16–32 bit.
- Formati di codifica: Gray, Binary, BCD, Excess‑3, ecc.
- Interfacce: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (sincrone), CANopen, Profinet (Ethernet).
- Vantaggi e svantaggi
- Vantaggi: mantiene la posizione dopo interruzione alimentazione; adatto a sistemi multi‑asse ad alta affidabilità; supporta configurazione online.
- Svantaggi: costo elevato; le interfacce seriali richiedono controller con ampia banda.
- Applicazioni tipiche: giunti robot, macchine CNC multi‑asse, sistemi di sicurezza critici.
3. Encoder ibrido (Hybrid Encoder)
- Definizione
Combina segnale incrementale e assoluto in un unico dispositivo, offrendo sia impulsi ad alta velocità che dati di posizione assoluta. - Caratteristiche
Fornisce simultaneamente impulsi rapidi e valore assoluto, spesso impiegato in sistemi con ridondanza di sicurezza (SIL). - Applicazioni tipiche: sistemi di sicurezza SIL, monitoraggio paracadute aerospaziali, AGV per logistica intelligente.
II. Classificazione per modalità di misura
1. Encoder rotativo (Rotary Encoder)
- Costruzione: albero pieno, cavo o semi‑vuoto, montaggio a flangia o pannello.
- Caratteristiche meccaniche: diametro albero φ3–φ20 mm; carico radiale 10–50 N; carico assiale 5–20 N; vita utile cuscinetto L₁₀ ≥ 10⁷ h.
- Installazione: concentricità < 0,05 mm, evitare carichi sbilanciati e vibrazioni eccessive.
- Esempi di impiego: feedback servo, controllo tavole rotanti, posizionamento valvole.
2. Encoder lineare (Linear Encoder)
- Tipologie: lettura ottica, magentica o capacitiva; gap tra testa di misura e scala 0,1–1 mm.
- Precisione: risoluzione 0,01–1 µm; errore di linearità < ±1 µm/m.
- Ambiente: ottico richiede camera pulita; magnetico funziona in presenza di polvere o nebbia oleosa.
- Esempi di impiego: tavole CNC, bracci di CMM, macchine di esposizione semiconduttori.
3. Encoder a filo (Draw‑Wire Encoder)
- Costruzione: avvolgitore con molla e filo d’acciaio, corsa fino a diversi metri.
- Precisione: risoluzione 0,1 mm; ripetibilità < ±0,5 mm.
- Applicazioni: misurazione altezza piattaforme, rilevamento posizione tende avvolgibili, ispezioni di gallerie.
- Installazione: filo teso verticalmente, evitare torsioni e angoli.
III. Classificazione per principio di rilevamento
1. Encoder ottico (Optical Encoder)
- Metodo di rilevamento
Sorgente luminosa → disco codice → fotodetettore; impulsi generati da variazioni di trasmissione/riflessione. - Vantaggi di risoluzione: fino a milioni di PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
- Svantaggi: sensibile a polvere, olio e variazioni termiche.
- Standard: conforme a ISO 23125 per encoder ottici.
2. Encoder magnetico (Magnetic Encoder)
- Metodo di rilevamento
Sensori Hall o magnetoresistivi misurano variazioni di campo magnetico. - Affidabilità: resistente a contaminazioni, vibrazioni e deriva termica; precisione tipica 0,1–0,5°.
- Applicazioni: posizionamento cabine ascensore, monitoraggio angolare macchine pesanti.
- Standard: conforme a DIN 32701 per encoder magnetici.
3. Encoder capacitivo (Capacitive Encoder)
- Metodo di rilevamento
Misura variazioni di capacità tra elettrodi con eccitazione AC. - Caratteristiche: basso consumo, compatto, resistente alle vibrazioni; precisione ±1 µm.
- Svantaggi: sensibile a ambienti metallici e cariche elettrostatiche.
- Applicazioni: micro‑robot, manipolatori medicali, piattaforme micro/nano.
4. Encoder induttivo (Inductive Encoder)
- Metodo di rilevamento
Misura distanza tramite variazioni di accoppiamento induttivo tra bobina e target metallico. - Vantaggi: resistente a temperature elevate, pressioni e forti interferenze elettromagnetiche.
- Precisione: tipicamente ±10 µm; adatto a industria pesante e trasporto ferroviario.
- Standard: riferito a IEC 62130 per sensori di posizione induttivi.
IV. Consigli per la scelta
- Definire le esigenze: tipo di moto (rotativo/lineare), segnale (incrementale/assoluto).
- Corrispondenza precisione‑velocità: alta risoluzione richiede adeguata banda del controller e capacità di interpolazione.
- Compatibilità ambientale: ottico per camere bianche; magnetico/induttivo per ambienti gravosi.
- Affidabilità meccanica: considerare carico cuscinetti, durata e allineamento in fase di montaggio.
- Compatibilità di comunicazione: verificare supporto protocollo e interfaccia per integrazione e diagnostica.
Con questa classificazione a tre dimensioni e il confronto prestazionale, potrai individuare rapidamente il tipo di encoder più adatto, ottimizzare le prestazioni dell’impianto e ridurre costi di sviluppo e manutenzione.