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Codificador Incremental
O codificador incremental é um dos sensores mais utilizados em sistemas de controle de movimento, sendo amplamente aplicado em automação industrial, máquinas CNC, robótica e sistemas de inspeção automatizada. Neste artigo apresentaremos detalhadamente a definição do codificador incremental, seu princípio de funcionamento, características de saída de sinal, especificações de desempenho, classificação estrutural, normas do setor, comparações técnicas, problemas comuns de manutenção e suas soluções, bem como um guia de seleção.
O que é um codificador incremental (What is an Incremental Encoder)
O codificador incremental é um sensor que fornece informações de deslocamento mecânico na forma de sinais de pulsos periódicos. A cada rotação ou movimento de ângulo/distância predeterminados, ele gera um número correspondente de pulsos elétricos. Esses pulsos são contados por um contador externo ou controlador, permitindo a medição relativa da posição.
Os sinais de saída típicos incluem:
- Fase A
- Fase B (saída em quadratura para determinar a direção)
- Fase Z (um pulso de referência zero por rotação)
Como o codificador incremental fornece apenas informações relativas de posição, os dados se perdem em caso de falta de energia, sendo necessária a calibração mecânica ou elétrica do ponto zero.
Princípio de funcionamento do codificador incremental (Working Principle of Incremental Encoders)
Codificador incremental óptico
O codificador óptico utiliza uma fonte de luz LED que incide sobre um disco rotativo com áreas transparentes e opacas alternadas. O sensor óptico gera sinais elétricos periódicos que são processados por circuitos eletrônicos e convertidos em pulsos de onda quadrada padronizados.
Codificador incremental magnético
O codificador magnético emprega sensores magnéticos (como elementos Hall ou sensores magnetorresistivos) para detectar alterações na polaridade de uma grade magnética no eixo rotativo, gerando pulsos periódicos.
Detecção de direção e pulso zero
Há um deslocamento de fase elétrica de 90° entre os sinais das fases A e B, permitindo determinar a direção de rotação. O pulso da fase Z é gerado uma vez por rotação e serve como referência de posição zero.
Características de saída de sinal (Signal Characteristics)
| Item | Descrição |
|---|---|
| Tipo de sinal | Onda quadrada (TTL/HTL/RS422), saída analógica senoidal/cossenoidal |
| Nível de tensão | TTL (5 V), HTL (10–30 V), sinal diferenciado RS422 |
| Faixa de frequência | Até algumas centenas de kHz até alguns MHz |
| Resolução (PPR) | Normalmente de 100 a 10 000 PPR; pode ser maior com interpolação |
| Deslocamento de fase | 90° ±10° entre as fases A e B |
| Distância de transmissão | Sinal RS422 pode ser transmitido por mais de 100 m |
Comparação incremental vs. absoluto (Incremental vs Absolute Encoder)
| Critério | Codificador Incremental | Codificador Absoluto |
|---|---|---|
| Informação de posição | Relativa; requer contador externo | Absoluta; memória interna |
| Custo | Baixo | Alto |
| Complexidade do sistema | Requer gerenciamento de zero e contador | Simples; sem contador externo |
| Recuperação após falta de energia | Não automático | Recupera automaticamente |
| Aplicações típicas | Controle geral de velocidade/posição | Sistemas de alta precisão e confiabilidade |
Especificações-chave (Key Specifications)
- Resolução (PPR): Número de pulsos por rotação, determina a precisão de medição.
- Velocidade máxima (RPM): Máxima rotação permitida em operação normal.
- Grau de proteção (IP): Ex.: IP50 a IP68; define condições ambientais suportadas.
- Faixa de temperatura: Padrão –20 °C a +85 °C; estendido –40 °C a +100 °C.
- Resistência a vibrações/choques: Vibração de 10–20 g; choque de até 50–200 g.
Aplicações típicas (Typical Applications)
- Automação industrial: Feedback de velocidade de motores, detecção de posição em linhas de produção.
- Máquinas CNC: Posicionamento de mesas, controle de rotação de eixos.
- Equipamentos de embalagem e impressão: Controle de comprimento de material, sistemas de alinhamento.
- Dispositivos médicos: Plataformas rotativas de tomografia, controle de deslocamento de instrumentos.
- Sistemas logísticos inteligentes: Navegação de AGVs, sistemas de transporte.
- Elevadores e guindastes: Posicionamento de cabinas, controle de elevação.
Normas e padrões do setor (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1: Segurança funcional de sistemas de controle de máquinas.
- IEC 61000-6-2: Compatibilidade eletromagnética em ambientes industriais.
- IEC 60068-2: Testes de resistência ambiental (vibração, choque).
- IEC 60529: Grau de proteção contra poeira e água (Código IP).
Manutenção e solução de problemas (Maintenance and Troubleshooting)
Manutenção diária
- Verificar regularmente o aperto de elementos mecânicos (eixos, acoplamentos, flanges).
- Limpar superfícies, especialmente em codificadores ópticos, para evitar acúmulo de poeira e óleo.
- Inspecionar cabos e conectores para evitar desgaste ou folgas.
Problemas comuns e soluções
- Sem saída de sinal: Verificar alimentação e conexões de cabos; garantir integridade do sensor.
- Perda ou instabilidade do sinal: Certificar-se de montagem mecânica estável; usar cabos blindados para reduzir EMI.
- Oscilações anormais no sinal: Inspecionar rolamentos e acoplamentos; substituir se necessário; verificar carga dentro dos limites.
Guia de seleção (Selection Guide)
- Definir requisitos da aplicação: Tipo de movimento (rotacional/linear), precisão e faixa de velocidade.
- Compatibilidade de resolução e frequência: Escolher PPR compatível com frequência de entrada do controlador/PLC.
- Tipo de interface e nível de tensão: Verificar compatibilidade (TTL/HTL/RS422) com o sistema de controle.
- Considerações ambientais: Selecionar grau de proteção e materiais conforme temperatura, poeira e umidade.
- Especificações mecânicas de montagem: Garantir compatibilidade de diâmetro de eixo, método de fixação e carga com a aplicação real.
Com entendimento aprofundado do princípio de operação, características de sinal, requisitos de aplicação, normas do setor e procedimentos de manutenção do codificador incremental, engenheiros podem integrar sistemas de forma mais eficaz e escolher dispositivos com precisão, aumentando a confiabilidade e performance dos equipamentos.