¿Qué tipo de características del codificador aumentan la resistencia? Electrónica de estado sólido, ¿Quizás?

Las aplicaciones de los codificadores están por todas partes, desde los BattleBots hasta el Mars Rover, grandes vehículos de construcción hasta equipos de fabricación de semiconductores, y en numerosas aplicaciones médicas y militares.

Es decir, dondequiera que haya movimiento, seguramente encontrará un codificador. Es posible que no tengan el mismo glamour que algunos de los productos en los que se incluyen, pero son fundamentales en los sistemas de control de movimiento sofisticados y complejos de la actualidad.

Los codificadores giratorios son componentes vitales en el bucle de retroalimentación de control de movimiento de las aplicaciones industriales, robótica, aeroespacial, de energía y de automatización. Deben funcionar en condiciones severas con exposición al polvo, la suciedad y la grasa; temperaturas fluctuantes y fuertes vibraciones.

Además, la necesidad de codificadores rotativos se está expandiendo debido al aumento del uso de motores de corriente continua sin escobillas (BLDC), lo que aporta beneficios en el control, la precisión y la eficiencia. La tarea del codificador es simple: indicar la posición del eje del motor al controlador del sistema. Con estos datos, el controlador puede conmutar con precisión los bobinados del motor y determinar la velocidad, la dirección y la aceleración, parámetros que un bucle de control de movimiento debe mantener para el rendimiento del motor objetivo. En las aplicaciones de codificadores rotatorios, existe una demanda de fiabilidad a largo plazo, durabilidad y rendimiento optimizado, todo lo cual ha hecho que un codificador rotatorio inteligente sea cada vez más importante en la mayoría de las aplicaciones que requieren un control preciso del movimiento.

El advenimiento de nuevos enfoques que emplean la funcionalidad inteligente trae nuevas capacidades y oportunidades que están cambiando el paisaje del humilde codificador.

Aunque son esenciales, los codificadores rotativos se consideran a menudo dispositivos de prueba que simplemente proporcionan señales de pulso a un controlador de nivel superior. Tradicionalmente reacios a aceptar el cambio, los usuarios de codificadores pueden ahora confiar más en tecnologías como el codificador capacitivo, con sus principios plenamente probados, y sentirse seguros del éxito probado de sus varios años en el campo.

Con la adición de un microcontrolador y ASIC personalizados en el diseño, se ha añadido un considerable grado de versatilidad, proporcionando la capacidad de configurar rápidamente la resolución del codificador, la posición cero y el número de polos. Este enfoque digital de la detección de movimiento permite beneficios y un nuevo nivel de inteligencia para los diseñadores que utilizan codificadores de conmutación rotativa.

Tecnologías de codificación: Tres tipos y donde sobresalen y no sobresalen

Los tres enfoques de codificación más conocidos utilizan técnicas ópticas, magnéticas o capacitivas.

Las configuraciones ópticas utilizan un disco ranurado con un LED en un lado y fototransistores en el otro. El disco gira e interrumpe el camino de la luz... por lo que los pulsos resultantes indican la dirección del eje y la rotación (Figura 1). Aunque la fiabilidad de los codificadores ópticos de bajo costo empeora con los contaminantes, como suciedad, polvo y aceite... y los LED tienen una vida útil limitada.

Figura 1: Esta es una configuración tradicional de codificador óptico. (Fuente de la imagen: CUI Devices)

La construcción del codificador magnético es muy parecida a la de los codificadores ópticos, pero utiliza un campo magnético en lugar de un rayo de luz. En lugar de una rueda óptica ranurada, tiene un disco magnetizado que gira sobre un conjunto de sensores magneto-resistivos. La rotación de las ruedas provoca una respuesta en estos sensores, que va a un circuito frontal de acondicionamiento de señales para determinar la posición del eje. Aunque ofrecen una gran durabilidad, los codificadores magnéticos no son tan precisos y son susceptibles a las interferencias magnéticas originadas por los motores y accionamientos eléctricos.

Los codificadores capacitivos ofrecen todos los beneficios de los diseños de los codificadores ópticos y magnéticos, menos las debilidades. Son mucho más resistentes y bastante insensibles a las partículas ambientales y a la interferencia magnética. Un codificador capacitivo tiene dos patrones de líneas, uno fijado en un elemento fijo y el otro en un elemento móvil. Juntos forman un condensador variable configurado como un par transmisor-receptor (Figura 2). El codificador gira para activar un ASIC integral para contar los cambios de línea e interpola para rastrear la dirección del eje con salidas de cuadratura estándar, así como las salidas de conmutación que otros codificadores proporcionan para controlar los motores BLDC.

Figura 2: Esto es detección capacitiva... con filas de barras en cuadratura y formas de onda de salida. (Fuente de la imagen: CUI Devices)

Mejora digital de la retroalimentación del codificador

Los codificadores capacitivos ofrecen un rendimiento sólido. Además, (a diferencia de los codificadores ópticos y magnéticos) su salida digital lleva el diseño al siglo XXI - útil para facilitar el desarrollo, la instalación e incluso el mantenimiento de los productos.

Una ventaja es la capacidad del codificador para ajustar la resolución (recuento de pulsos por revolución) sin necesidad de cambiar a un disco codificador de mayor o menor resolución. Eso aumenta la flexibilidad durante el desarrollo, cuando se produce la optimización del bucle de control.

La tecnología digital también permite una sencilla puesta a cero con un solo toque para una rápida y fácil instalación y alineación de las señales de conmutación con los bobinados de los motores BLDC. Aquí, el usuario bloquea el eje en la posición del objetivo activando las fases del motor adecuadas y ordena al codificador que se ponga a cero en esta posición. No se necesitan herramientas especiales, y el tiempo total para llevar a cabo esta función es de un par de minutos. Por el contrario, poner a cero un codificador óptico o magnético (para alinear mecánicamente las señales de conmutación con los bobinados del motor) es un proceso complejo y frustrante que puede llevar 20 minutos.

La inteligencia incorporada en la serie AMT del CUI, junto con la interfaz gráfica de AMT Viewpoint que la acompaña, también proporciona diagnósticos a bordo para un análisis más rápido de los fallos de campo, la capacidad de ejecutar medidas preventivas como una secuencia de pruebas de "buen codificador" y un mejor tiempo de comercialización.

Esos datos de diagnóstico ayudan al desarrollador durante el diseño al trabajar para eliminar el codificador de la lista de sospechosos durante la depuración.

Además, los diagnósticos ayudan en el campo al dar a los usuarios finales una visión de la salud del codificador antes de las fallas... y ayudan a separar el comportamiento del codificador del análisis de la operación del motor para los objetivos de mantenimiento, que podría rastrear temas como la mala alineación o el desgaste de los rodamientos. Los diagnósticos incorporados permiten a los sistemas verificar que los codificadores están funcionando antes de activar los motores en aplicaciones críticas de control de movimiento, para evitar posibles daños.

Funciones inteligentes y conectividad IoT para todos los tipos de codificadores

Los beneficios de la serie de codificadores AMT basados en la tecnología capacitiva ofrecen mucho más que un rendimiento y una fiabilidad mejorados. Ofrecen una funcionalidad inteligente junto con toda una serie de características de configuración e instalación programables. La tecnología digital es el siguiente paso para aprovechar el poder de una interfaz inteligente para obtener beneficios que no están disponibles con las tecnologías de codificación tradicionales.