Este documento describe la teoría del codificador, los fundamentos de la medición de un codificador y las opciones para medir codificadores que utilizan hardware de NI.
Descripción general del codificador y las aplicaciones
Un codificador es un dispositivo electromecánico que puede medir el movimiento o la posición. La mayoría de los codificadores utilizan sensores ópticos para proporcionar señales eléctricas en forma de trenes de pulsos que, a su vez, pueden traducirse en movimiento, dirección o posición.
Los codificadores rotatorios se utilizan para medir el movimiento de rotación de un eje. La Figura 1 muestra los componentes fundamentales de un codificador rotatorio, que consta de un diodo emisor de luz (LED), un disco y un detector de luz en el lado opuesto del disco. El disco, que está montado en el eje giratorio, tiene patrones de sectores opacos y transparentes codificados en el disco. A medida que el disco gira, los segmentos opacos bloquean la luz y, donde el vidrio es transparente, se deja pasar la luz. Esto genera pulsos de onda cuadrada, que luego se pueden interpretar en posición o movimiento.
Los codificadores suelen tener de 100 a 6.000 segmentos por revolución. Esto significa que estos codificadores pueden proporcionar 3,6 grados de resolución para el codificador con 100 segmentos y 0,06 grados de resolución para el codificador con 6.000 segmentos.
Los codificadores lineales funcionan según el mismo principio que los codificadores rotativos, excepto que en lugar de un disco rotatorio, hay una tira opaca fija con ranuras transparentes a lo largo de su superficie, y el conjunto de detector de LED está unido al cuerpo móvil.
Figura 1. Componentes del codificador óptico
Un codificador con un conjunto de pulsos no sería útil porque no podría indicar la dirección de rotación. Usando dos pistas de código con sectores posicionados 90 grados fuera de fase (Figura 2), los dos canales de salida del codificador de cuadratura indican tanto la posición como la dirección de rotación. Si A adelanta a B, por ejemplo, el disco está girando en el sentido de las agujas del reloj. Si B adelanta a A, entonces el disco está girando en sentido antihorario. Por lo tanto, al monitorear tanto el número de pulsos como la fase relativa de las señales A y B, puede rastrear tanto la posición como la dirección de rotación.
Figura 2. Señales de salida del codificador en cuadratura A y B
Además, algunos codificadores de cuadratura incluyen un tercer canal de salida, llamado cero o señal de referencia, que suministra un solo pulso por revolución. Puede utilizar este pulso único para la determinación precisa de una posición de referencia. En la mayoría de los codificadores, esta señal se llama Z-Terminal o índice.
Hasta ahora, este documento se ha ocupado únicamente de los denominados codificadores de cuadratura incrementales de un solo extremo. Estos se denominan de un solo extremo porque las señales A y B están referenciadas a tierra, por lo que hay un cable (o extremo) por señal. Otro tipo de codificador de uso común es un codificador diferencial, donde hay dos líneas por cada señal A y B. Las dos líneas para la señal A son A 'y A, y las dos líneas para la señal B son B' y B. Este tipo de configuración también se llama push-pull porque las cuatro líneas siempre están suministrando un voltaje conocido (0 V de Vcc). Cuando A es Vcc, A 'es 0 V, y cuando A es 0 V, A' es Vcc. En el caso de un codificador de un solo extremo, A es Vcc o flota. Los codificadores diferenciales se utilizan a menudo en entornos eléctricamente ruidosos porque la toma de medidas diferenciales protege la integridad de la señal.
Con los codificadores incrementales, puede medir solo los cambios de posición (a partir de los cuales puede determinar la velocidad y la aceleración), pero no es posible determinar la posición absoluta de un objeto. Un tercer tipo de codificador, llamado codificador absoluto, es capaz de determinar la posición absoluta de un objeto. Este tipo de codificador tiene segmentos alternos opacos y transparentes como el codificador incremental, pero el codificador absoluto usa múltiples grupos de segmentos que forman círculos concéntricos en la rueda del codificador como un ojo de buey en un objetivo o diana. Los círculos concéntricos comienzan en el medio de la rueda del codificador y, a medida que los anillos salen hacia el exterior del anillo, cada uno tiene el doble de segmentos que el anillo interior anterior. El primer anillo, que es el más interno, tiene un segmento transparente y otro opaco. El segundo anillo que sale del medio tiene dos segmentos transparentes y dos opacos, y el tercer anillo tiene cuatro de cada segmento. Si el codificador tiene 10 anillos, su anillo más externo tiene 512 segmentos, y si tiene 16 anillos, el anillo más externo tiene 32,767 segmentos.
Debido a que cada anillo del codificador absoluto tiene el doble de segmentos del anillo anterior, los valores forman números para un sistema de conteo binario. En este tipo de codificador, hay una fuente de luz y un receptor para cada anillo de la rueda del codificador. Esto significa que el codificador con 10 anillos tiene 10 juegos de fuentes de luz y receptores, y el codificador con 16 anillos tiene 16 fuentes de luz y receptores.
La ventaja del codificador absoluto es que puede reducirlo de modo que la rueda del codificador haga una revolución durante todo el recorrido de la máquina. Si la longitud del recorrido de la máquina es de 10 pulg. Y su codificador tiene una resolución de 16 bits, la resolución de la máquina es 10 / 65,536, que es 0,00015 pulg. Si el recorrido de la máquina es más largo, como seis pies, una. El resolver puede realizar un seguimiento de cada pie de recorrido, y un segundo resolver llamado resolver fino puede realizar un seguimiento de la posición dentro de 1 pie. Esto significa que puede ajustar el codificador grueso para que haga una revolución en toda la distancia y marcha de 6 pies el codificador fino de modo que toda su resolución se distribuya en un pie (12 pulg.).