I dispositivi di misura rotativi detti encoder sono trasduttori di posizione (sensori) per movimenti lineari o rotatori. Generano principalmente segnali digitali indicanti posizione e velocità. Il principio fisico di misurazione si basa nella maggior parte dei casi su un metodo ottico, magnetico, induttivo o capacitivo. Ogni principio di misurazione fisica deve essere protetto da interferenze esterne.
Ombreggiatura, filtri, schermatura. È stato dimostrato in passato che gli encoder magnetici funzionano in modo affidabile anche in condizioni ambientali avverse, come gelo, condensa e brina, luce, olio e acqua. Con una scelta e una disposizione adeguata degli elementi del sensore magnetico, sono ammessi anche campi magnetici esterni.
Che tipo di codifica hanno gli encoder rotativi?
Una codifica semplice (assegnazione) può essere ad esempio: luce/ombra o polo magnetico nord/sud, etc. Una serie di codifiche identiche e/o diverse formano la riga graduata. Gli elementi del sensore convertono quindi queste grandezze fisiche in segnali elettrici. I segnali di uscita sono generati nell'elettronica di misura (elementi del sensore e ulteriori circuiti).
Quali tipi di encoder esistono per determinare la posizione?
Un'altra distinzione è il tipo di encoder: incrementale o assoluto: incrementale o assoluto.
Incrementale: L'elettronica successiva e di conversione rileva gli impulsi di conteggio per determinare la posizione. Dal sistema non può quindi essere rilevato uno spostamento senza corrente. La riga graduata di solito consiste in una divisione periodica..
Assoluto: il valore della posizione è disponibile in qualsiasi momento (anche immediatamente dopo l'accensione senza movimento). Ogni posizione è codificata in modo univoco e unico sulla riga graduata.
Quali segnali di uscita sono possibili e come si può estendere il campo di misura fino a diversi giri?
Segnali di uscita: Per gli encoder incrementali si utilizzano spesso 2 segnali rettangolari (segnali in quadratura) sfalsati di 90°. I livelli di segnale si basano spesso su RS232, TTL o Push-Pull. Per una migliore affidabilità della trasmissione, questi segnali sono spesso generati in modo differenziato. In alternativa, sono disponibili segnali differenziali seno/coseno. Offrono il vantaggio di permettere una risoluzione più elevata con una frequenza di trasmissione inferiore, calcolando valori intermedi (interpolazione). Per poter determinare una posizione univoca negli encoder incrementali "tf", si rileva e si emette un segnale di riferimento aggiuntivo.
Encoder assoluti: l'analisi dei singoli segnali determina già la presenza di un'intelligenza (µC, ASIC) nell'encoder. Ciò consente di utilizzare i diversi protocolli di trasmissione
Esempi:
- Bus di campo basati su Ethernet: Profinet, PowerLink, EtherCAT, EtherNet/IP…
- Profibus
- CANopen, CANopen Safety, SAEJ1939
- SSI, BISS
- ...
Encoder assoluti multigiro (multiturn): la riga graduata applicata sull'albero dell'encoder, insieme all'elettronica di misura, traccia una posizione univoca entro un giro, ovvero una rotazione. In seguito, però, il valore della posizione si ripete ad ogni rotazione. Il range di misura univoco copre meccanicamente i 360°; in questo caso si parla di "encoder monogiro (singleturn)". Ampliandolo con un blocco funzione che rileva le rotazioni, il risultato è un cosiddetto "encoder multigiro (multiturn)".
Per realizzare tale "funzione multigiro", esistono fondamentalmente 3 possibilità:
- Ulteriori sistemi di sensori e meccanici collegati da trasmissioni consentono di rilevare fino a 65536 giri.
- Una batteria consente il funzionamento permanente di un contagiri tf“ .
- Un modulo "Energie harvesting“ consente il rilevamento di un impulso di conteggio, il funzionamento di un contatore up-down e la memorizzazione non volatile del valore di posizione. La tecnologia Energie harvesting raccoglie energia dall'ambiente (vibrazioni, differenza di temperatura, pressione, movimento). Ne è un ben noto esempio il sensore Wiegand.
Sicurezza funzionale: gli encoder hanno un compito centrale in una macchina. Un guasto o un valore di posizione errato possono avere conseguenze fatali, soprattutto nel caso di assi automatizzati. Di conseguenza, i requisiti richiesti all'encoder sono molto elevati. La reperibilità, la capacità di rilevare gli errori e la trasmissione sicura implicano l'adozione di misure aggiuntive. Una di queste è ad esempio il sistema di sensori ridondanti. Per integrare ulteriori funzioni di sicurezza, si utilizzano le norme EN ISO 13849 e/o IEC 61508.
A seconda dell'applicazione, i parametri come il Performance Level (PL) o il livello SIL insieme ad altri parametri (MTBF, DC, PFh…) rappresentano una garanzia della capacità dell'encoder di funzionare in modo sicuro e affidabile. La trasmissione sicura dei valori di posizione e velocità è assicurata tra l'altro da protocolli speciali come ad esempio CANopen-safety. Gli encoder SIKO sono spesso utilizzati nell'industria e nell'ingegneria meccanica. SIKO si è specializzata nello sviluppo di encoder speciali e di soluzioni per sensori da impiegare nell'automazione mobile.
