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Come funziona L’ENCODER - Lineare e Rotativo - Incrementale e Assoluto

L’encoder è un trasduttore digitale di posizione capace di convertire proporzionalmente lo spostamento effettuato dai propri componenti elettromeccanici in un segnale elettrico.
Il segnale elettrico, incrementale o assoluto, è utilizzato dal sistema di acquisizione per quantificare e controllare il movimento degli organi mobili. L’encoder funge quindi da sistema di misura degli organi in movimento.

Esistono molte tipologie di encoder. Essi vengono inseriti all’interno di due principali categorie di rilevamento: quella lineare e quella rotativa. All’interno di queste due grandi categorie esistono due principali tipologie di misurazione, distinguendo così gli encoder assoluti, nei quali ad ogni posizione dell’albero corrisponde un valore ben definito. E gli encoder incrementali nei quali invece i segnali d’uscita sono proporzionali in modo incrementale allo spostamento effettuato. Gli encoder si differenziano anche per la loro tecnologia di rilevamento. In questo caso possiamo distinguere gli encoder di tipo ottico, magnetico, induttivo, capacitivo e laser.

In questo video ci concentreremo sulla tecnologia di encoder più utilizzata, ovvero l’encoder ottico.
Vedremo quali sono le sue tipologie e dove viene maggiormente utilizzato.

Partiamo dall’encoder lineare, meglio noto come trasduttore di posizione lineare, ovvero un dispositivo elettromeccanico che converte la sua posizione lineare in brevi impulsi elettrici. Viene solitamente utilizzato per misurazioni lineari di elementi che si spostano con moto traslatorio. Un trasduttore collegato ad un’asta o ad un cavo infatti raccoglie i dati mentre l’oggetto si muove. L’encoder lineare utilizza le informazioni raccolte dal trasduttore per determinare la posizione dell’oggetto.

Passiamo all’encoder rotativo, noto come trasduttore di posizione angolare. A differenza dell’encoder lineare, l’encoder rotativo converte la posizione angolare del suo asse rotante in brevi impulsi elettrici, che necessitano di essere elaborati sotto forma di segnali numerici digitali da parte di un circuito di analisi del segnale.

Tutti gli encoder, sia lineari che rotativi, fanno sostanzialmente la stessa cosa, ovvero producono un segnale elettrico che, opportunatamente elaborato da dei circuiti elettronici, produce dei codici numerici digitali che vengono tradotti in spostamenti angolari, movimenti rettilinei e circolari nonché in velocità di rotazione e accelerazioni.

JAES, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, è diventata il partner di riferimento per alcune delle più importanti aziende appartenenti al mondo dell’industria di precisione, offrendo il proprio supporto tecnico su moltissime tipologie di encoder.

Come abbiamo detto sia gli encoder lineari che rotativi possono effettuare le misurazioni in modo “assoluto" o “incrementale”.
Gli Encoder rotativi assoluti ad esempio, possono misurare posizioni angolari, mentre gli Encoder rotativi incrementali possono misurare la distanza, la velocità e la posizione.

Questo è un esempio di Encoder rotativo assoluto. Possiamo notare che al suo interno vi è un disco di codifica scanalato posto sull’albero di rotazione e utilizzato insieme ad un sensore fisso. Quando l’albero ruota, una sorgente di luce illumina il disco di codifica e la luce trasmessa che passa attraverso il disco di codifica incontra un sistema di rivelazione di fotoni in grado di produrre un modello di codice univoco che determina l’esatta posizione dell’albero.
Se proviamo ad interrompere l’alimentazione mentre l’albero è in movimento, per poi provare a ripristinarla, l’encoder registra la posizione assoluta dell’albero e possiamo sapere subito in quale posizione angolare si trova al momento del suo avvio. Gli Encoder rotativi assoluti dunque rilevano la propria posizione senza aver bisogno di alcuna informazione di riferimento. Essi possono essere monogiro o multigiro.

Gli encoder assoluti “monogiro” sono utilizzati per misurazioni di breve distanza, mentre quelli "multigiro”, (avendo un secondo disco sull’albero per il conteggio delle rotazioni), sono in grado di misurare lunghe distanze e soddisfare requisiti di posizionamento più complessi.

Gli Encoder rotativi incrementali invece, vengono utilizzati per codificare misure, appunto, incrementali.
Ciò significa che Il segnale di uscita viene generato ogni volta che il sensore percepisce una scanalatura del disco. Questo tipo di encoder fornisce un’indicazione incrementale riferita alla posizione precedente del suo albero, per questo motivo si differenzia dagli encoder di tipo assoluto, in quanto non ci sono dati in merito alla posizione, perché l’encoder incrementale inizia sempre il conteggio da zero, all’avvio o all’interruzione dell’alimentazione. Quindi è necessario resettare l’encoder all’inizio di ogni misurazione.

Per determinare il senso di rotazione il disco deve avere un punto di riferimento, rappresentato da due tracce.
Ovvero la traccia A e la traccia B. Il senso di rotazione viene determinato a seconda che la traccia A preceda la traccia B, o viceversa. É ora compito dell’elettronica utilizzare questi segnali ed elaborarli in segnali numerici.

Alcune tipologie di encoder rotativi producono dei segnali supplementari che eseguono la funzione di simulazione delle fasi di Hall e sono fondamentali all’interno dei motori di tipo brushless, come è possibile vedere nel nostro precedente video. Gli encoder lineari invece possono essere utilizzati all’interno di una fresatrice a controllo numerico, al fine di ottenere un controllo diretto sull’esatta posizione del materiale da lavorare.

Possiamo trovare gli encoder nei dispositivi robotici per il controllo del posizionamento multi-asse ma anche all’interno delle comuni stampanti. Nelle turbine eoliche gli encoder sono fondamentale per il controllo del meccanismo del pitch control, che ha la funzione di regolare la posizione e l’inclinazione delle pale in base alla velocità del vento. Gli encoder rotativi assoluti invece sono spesso la soluzione ideale per il controllo di tutti quei dispositivi che si muovono ad una velocità molto lenta. Come le paratoie poste sulle dighe per lo sbarramento idraulico.

Grazie ai numerosi vantaggi offerti, gli encoder vengono ampiamente utilizzati in moltissimi settori industriali, compreso il settore sanitario, per il controllo del movimento di apparecchiature mediche e di laboratorio.