Tipos de codificador
Encoders são os “olhos” de sistemas de automação industrial e controle de movimento de precisão, capazes de converter com exatidão o movimento mecânico em sinais elétricos. De acordo com a aplicação e a tecnologia empregada, podem ser classificados sob três aspectos: tipo de sinal de saída, formato de medição e princípio de detecção. A seguir, uma análise profissional e detalhada.
I. Classificação por tipo de sinal de saída
1. Encoder incremental (Incremental Encoder)
- Princípio de funcionamento
Gera pulsos quadratura A/B via detecção óptica ou magnética, com um pulso Z único para referência de zero. - Principais indicadores
- Resolução: tipicamente 500–10 000 PPR; pode ser elevada a dezenas de milhares ou milhões de PPR por interpolação (4×, 16×).
- Qualidade do sinal: erro de fase < 5°, jitter < ±1 LSB.
- Padrões de saída: TTL (0–5 V), HTL (10–30 V), RS‑422 diferencial.
- Vantagens e limitações
- Vantagens: baixo custo, resposta rápida; ideal para controle em malha fechada de velocidade/posição.
- Limitações: perde a referência de posição em caso de falta de energia; requer contador externo e rotina de retorno ao zero.
- Aplicações típicas: servo drives, medição de velocidade de motores, monitoramento de curso em máquinas de movimento alternado.
2. Encoder absoluto (Absolute Encoder)
- Princípio de funcionamento
Cada posição corresponde a um código binário ou Gray único, permitindo leitura direta da posição absoluta sem homing; versões multiturn usam engrenagens ou circuitos contadores. - Principais indicadores
- Resolução single‑turn: 8–20 bits; multi‑turn: 16–32 bits.
- Formatos de código: Gray, Binary, BCD, Excess‑3, etc.
- Interfaces: SSI, BiSS‑C, EnDat 2.2 (síncrono), CANopen, Profinet (Ethernet).
- Vantagens e limitações
- Vantagens: mantém posição após queda de energia; adequado a sistemas multieixos de alta confiabilidade; suporta parametrização online.
- Limitações: custo mais elevado; interfaces seriais exigem controladores de alta largura de banda.
- Aplicações típicas: articulações de robôs, máquinas CNC multieixos, sistemas críticos de segurança.
3. Encoder híbrido (Hybrid Encoder)
- Definição
Integra saídas incremental e absoluta num só dispositivo, oferecendo tanto pulsos de alta velocidade quanto valor de posição absoluta. - Características
Gera simultaneamente pulsos rápidos e leitura absoluta, frequentemente usado em sistemas de redundância de segurança (SIL). - Aplicações típicas: sistemas de segurança nível SIL, monitoramento de paraquedas aeroespacial, AGVs em logística inteligente.
II. Classificação por formato de medição
1. Encoder rotativo (Rotary Encoder)
- Construção: eixo sólido/vazio/semi‑vazio, montagem em flange ou painel.
- Parâmetros mecânicos: diâmetro do eixo φ3–φ20 mm; carga radial 10–50 N; carga axial 5–20 N; vida útil de rolamento L₁₀ ≥ 10⁷ h.
- Cuidados na instalação: concentricidade < 0,05 mm; evitar carga lateral e vibrações excessivas.
- Exemplos de aplicação: feedback de servo motor, controle de mesa rotativa, posicionamento de válvulas.
2. Encoder linear (Linear Encoder)
- Tipos: régua óptica, magnética ou capacitiva; folga entre cabeça de leitura e régua de 0,1–1 mm.
- Precisão: resolução 0,01–1 µm; erro de linearidade < ±1 µm/m.
- Adaptação ao ambiente: tipo óptico requer sala limpa; tipo magnético opera em ambientes com névoa oleosa e poeira.
- Exemplos de aplicação: mesas deslizantes CNC, braços de medição CMM, máquinas de exposição de semicondutores.
3. Encoder de cabo (Draw‑Wire Encoder)
- Construção: carretel de cabo de aço com mola tensionadora, alcance de medição de vários metros.
- Precisão: resolução 0,1 mm; repetibilidade < ±0,5 mm.
- Cenários de uso: medição de altura de plataformas elevatórias, detecção de posição de persianas, mapeamento de túneis.
- Sugestão de instalação: manter o cabo esticado verticalmente; evitar puxões angulados e dobras.
III. Classificação por princípio de detecção
1. Encoder óptico (Optical Encoder)
- Método de detecção
Fonte de luz → disco codificador → fotodetector; pulsos gerados por variações de transmissão/reflexão. - Vantagem de resolução: pode alcançar milhões de PPR; jitter < ±0,1 arcsec.
- Limitações: sensível a poeira, óleo e variações de temperatura.
- Padrões: conforme ISO 23125 para encoders ópticos.
2. Encoder magnético (Magnetic Encoder)
- Método de detecção
Sensores Hall ou magneto‑resistivos medem mudanças no campo magnético. - Confiabilidade: resistente a contaminação, vibrações e deriva térmica; precisão típica 0,1–0,5°.
- Aplicações: posicionamento de cabines de elevador, monitoramento angular de máquinas pesadas.
- Padrões: conforme DIN 32701 para encoders magnéticos.
3. Encoder capacitivo (Capacitive Encoder)
- Método de detecção
Variações de capacitância entre placas medidas por excitação AC. - Características: baixo consumo, compacto, resistente a vibrações; precisão ±1 µm.
- Limitações: sensível a ambientes metálicos e carga eletrostática.
- Aplicações: micro‑robôs, manipuladores médicos, plataformas micro/nano.
4. Encoder indutivo (Inductive Encoder)
- Método de detecção
Mudanças no acoplamento indutivo entre bobina e alvo metálico para medição de distância. - Vantagens: tolera altas temperaturas, altas pressões e fortes interferências eletromagnéticas.
- Precisão: tipicamente ±10 µm; adequado para indústria pesada e transporte ferroviário.
- Padrões: baseado em IEC 62130 para sensores de posição indutivos.
IV. Recomendações para seleção
- Defina as necessidades: tipo de movimento (rotativo/linear), tipo de sinal (incremental/absoluto).
- Combine precisão e velocidade: alta resolução requer banda adequada no controlador e capacidade de interpolação.
- Adaptação ao ambiente: óptico para salas limpas; magnético/indutivo para ambientes severos.
- Confiabilidade mecânica: considere carga de rolamentos, vida útil e alinhamento na instalação.
- Compatibilidade de comunicação: verifique suporte a protocolos e interfaces para integração e diagnóstico.
Com esta classificação tridimensional e comparativo de desempenho, você poderá escolher rapidamente o tipo de encoder mais adequado, otimizar o desempenho do equipamento e reduzir custos de desenvolvimento e manutenção.