Encoder per ogni esigenza

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aperturaOggi esistono encoder di diverse tipologie. Agli encoder ottici e magnetici, ormai da tempo consolidati, si sono affiancati altri tipi di encoder, come quelli capacitivi. Importante è saper scegliere quelli più adatti alle proprie esigenze.

Gli utenti che utilizzano encoder sono stati spesso, e a ragione, riluttanti al cambiamento. Il motion control, all’interno di una fabbrica o in un’installazione industriale, spesso non è un ambito alla ricerca di costante innovazione Oggi, tuttavia, esistono diversi tipi di encoder: agli encoder ottici e magnetici, ormai da tempo consolidati, si sono affiancati altri tipi di encoder, come quelli capacitivi. Difficile, tuttavia, è individuare quale sia la migliore soluzione in assoluto; più semplicemente si tratta di trovare la migliore soluzione per l’applicazione che si sta utilizzando.

L’encoder ottico

Un encoder ottico si avvale di un disco scanalato, con un led da un lato e phototransistor dal lato opposto. Al rotare del disco, il fascio di luce è interrotto e gli impulsi risultanti indicano la rotazione del raggio e la direzione. Nonostante i bassi costi e l’efficienza, l’affidabilità di questi dispositivi può scontrarsi con problematiche determinate da due fattori. Il primo di essi è costituito dai contaminanti, come lo sporco, la polvere e l’olio che possono interferire con il fascio di luce. Il secondo fattore è costituito dal led, che in genere ha una durata limitata nel tempo. In genere, infatti, il led perde la propria brillantezza nel giro di pochi anni fino a spegnersi. Uno degli encoder ottici più semplici è l’encoder relativo o incrementale, che monitora il disolocamento dalla posizione home prestabilita. Un encoder incrementale adopera un disco basato su uno o più zone concentriche, o canali, ognuno suddiviso in una serie di regioni opache e trasparenti pianificate in un ciclo basato su un rapporto di tipo pieno e vuoto. Il disco suddivide il raggio creando una sequenza di impulsi ottici. L’elettronica on-board converte gli impulsi luminosi in impulsi elettrici; il sistema richiede tuttavia elettronica off board nel motion controller, nel PLC o nel driver per tradurre questi impulsi in velocità e posizione. Gli encoder ottici sono stati considerati tradizionalmente la soluzione più adatta per applicazioni ad alte prestazioni come la litografia di semiconduttori fornendo risoluzioni fino a 10.000 PPR . Questo livello di risoluzione non è solo utilizzato per il posizionamento. I sistemi che operano a velocità estremamente lenta necessitano feedback (retroazione) di altissima risoluzione per assicurare conteggi sufficienti per spostamento dell’unità per controllare efficacemente il movimento. Anche se gli encoder ottici sono stati spesso ritenuti troppo fragili per essere adoperati in ambienti difficili, l’avvento del codificatore phased array ha consentito a questa tecnologia di essere utilizzata anche in mercati quali il militare e l’aerospaziale, quello delle trivellazioni petrolifere e dei veicoli fuoristrada. Potendo tollerare campi magnetici molto elevati, gli encoder ottici possono essere soluzioni adaguate anche per applicazioni come quelle che coinvolgono macchine di risonanza magnetica. Gli encoder ottici consentono ancora oggi agli OEM e ai costruttori di macchine di affrontare una vasta gamma di esigenze di feedback. In altri casi, tuttavia, è necessario ricorrere ad altre tipologie di encoder.

Encoder adatti a condizioni difficili

L’ambiente industriale è, spesso, un contesto caratterizzato dalla presenza di sporco. I componenti devono mantenersi efficienti nonostante la presenza di polveri generate dai processi di lavorazione del legno e della carta, i frammenti metallici sparsi dalle macchine utensili, i prodotti chimici caustici derivati dai lavaggi quotidiani, l’olio proveniente dai cilindri idraulici e miscele composte da diversi prodotti . A tutto questo si aggiungono umidità, vibrazioni costanti e carichi d’urto, per citare solo alcuni elementi problematici. In questi casi, encoder di tipo magnetico, induttivo e di tipo eddy-current (correnti parassite o di Foucault) offrono soluzioni più adeguate, in grado di resistere alle condizioni ambientali. Un encoder magnetico agisce analogamente ad un encoder ottico. A differenza di quest’ultimo, tuttavia, invece di avvalersi di un disco scanalato che agisce su un fascio luminoso, usa una struttura ferrosa che influisce sul campo magnetico. Versioni lineari si avvalgono di una striscia di codifica, invece di un disco. Come le loro controparti ottiche, gli encoder magnetici sono disponibili in tipologie incrementali e tipologie assolute. Una versione base di encoder magnetico è costituito da un rilevatore magnetico stazionario e un ingranaggio in metallo ferroso fissato all’albero del motore. Quando il raggio e l’ingranaggio ruotano, i denti passano in prossimità del detector. Le variazioni nel campo magnetico generano una serie di impulsi di tensione; come nel caso di un encoder ottico, l’elettronica converte quei segnali in dati di velocità o posizione. Anche se questo semplice approccio è in molti casi vantaggioso, rilevante è la capacità degli slot della macchina del disco di metallo. In pratica, le capacità di lavorazione e le questioni di forza meccanica limitano la risoluzione a circa 120 PPR (impulsi per giro) . Per raggiungere risoluzioni più alte non solo sono necessari tool di precisione, ma vuoti d’aria molto stretti tra rivelatore e disco; tutto questo complica l’installazione e rende il sensore più sensibile al disallineamento.

 

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