Um encoder absoluto é um dispositivo de feedback que fornece informações de posição e velocidade por meio de um sinal de saída digital composto por uma palavra ou bit que indica a posição relativa ao movimento. Ao contrário dos Encoders Incrementais, cujo sinal de saída é composto por uma sequência contínua de pulsos, os Encoders Absolutos fornecem uma palavra ou bit específico para cada posição.
Essa característica de ter uma saída de sinal em forma de palavra ou bit, em vez de uma sequência de pulsos, oferece diversas vantagens para os Encoders Absolutos, tais como:
- Maior resolução em comparação com os Encoders Incrementais.
- Melhor desempenho durante o startup devido ao menor tempo de homing, ou seja, o tempo necessário para estabelecer a posição inicial.
- Detecção precisa do movimento em vários eixos.
- Vários protocolos de saída disponíveis para integração em redes industriais.
- Melhor capacidade de recuperação em caso de falhas do sistema ou de energia.
Como encoders absolutos funcionam
Os Encoders Absolutos funcionam convertendo o movimento de um eixo ou objeto em um sinal de saída digital que representa a posição relativa. Eles são constituídos por um disco rotativo ou uma fita graduada com uma série de marcas ou ranhuras que representam posições discretas. Conforme o disco ou a fita gira, um sensor óptico ou magnético lê as marcas ou ranhuras e converte essa leitura em um sinal digital.
O sinal digital de saída dos Encoders Absolutos é composto por uma palavra ou bit para cada posição, permitindo que a posição seja determinada com precisão absoluta, sem a necessidade de uma referência de posição inicial. Isso é diferente dos Encoders Incrementais, que requerem uma referência de posição inicial para determinar a posição atual.
Os Encoders Absolutos podem ser construídos com diferentes resoluções, que são determinadas pelo número de palavras ou bits utilizados para representar a posição. Quanto maior a resolução, mais precisamente a posição pode ser determinada.
Também podem ser equipados com uma variedade de protocolos de saída, como Ethernet/IP, PROFINET, PROFIBUS, DeviceNet, entre outros, que permitem a integração com sistemas de controle e redes industriais.
Em resumo, os Encoders Absolutos funcionam convertendo o movimento em um sinal digital que representa a posição relativa com alta precisão e sem a necessidade de uma referência de posição inicial. Eles são amplamente utilizados em aplicações industriais onde a precisão é essencial, como robótica, automação de fábricas, controle de movimento, entre outras.
Tipos de Encoders Absolutos
Existem diferentes tipos de Encoders Absolutos, que podem ser categorizados com base na tecnologia utilizada (óptica ou magnética) ou na saída de múltiplas voltas do eixo do motor (single-turn ou multi-turn).
Os Encoders Absolutos ópticos usam um disco codificado com marcas e um LED que emite luz através dessas marcas. À medida que o disco gira com o eixo do motor, as mudanças de posição podem ser detectadas. Para os Encoders Absolutos magnéticos, as marcas ópticas são substituídas por pólos magnéticos e o LED é substituído por um sensor magnético.
Embora todos forneçam feedback com base na rotação do eixo (posição do encoder em 360 graus ou single turn), as aplicações diferem com base em saber quantas vezes o encoder fez uma volta completa ou múltiplas voltas. Os Encoders Absolutos multi-turn oferecem informações adicionais sobre o número de voltas.
Os Encoders Absolutos funcionam com um sinal digital de saída (word ou bit) enquanto o eixo gira. Existem dois discos, ambos com anéis concêntricos com marcas deslocadas. Um disco é fixado no eixo central, enquanto o outro se move livremente. À medida que o disco gira, as marcas ao longo do caminho dos Encoders Absolutos mudam de posição no disco fixo. Cada configuração no disco de um Encoder Absoluto Rotativo representa um único código binário que determina a posição absoluta do objeto. Para os Encoders Absolutos ópticos, as marcas são aberturas que permitem a passagem de luz, enquanto para os Encoders Absolutos magnéticos, as marcas são sensores magnéticos que passam por um ímã e detectam a posição dos pólos magnéticos.
Esses sensores podem ser classificados em diferentes tipos com base na tecnologia e na saída de múltiplas voltas do eixo do motor. Eles funcionam com um sinal digital de saída e usam marcas em discos rotativos para determinar com precisão a posição absoluta do objeto, independentemente de quantas voltas o eixo tenha dado.
Exemplos de aplicação no Brasil
Existem muitas aplicações dos Encoders Absolutos em diferentes setores industriais no Brasil. Algumas delas são:
- Indústria Automotiva: Os Encoders Absolutos são amplamente utilizados na fabricação de veículos automotivos para garantir a precisão e a qualidade do processo de produção. Eles são utilizados em diferentes áreas, como na medição da velocidade dos motores e no controle de posição em robôs industriais.
- Indústria Alimentícia: Na indústria de alimentos, os Encoders Absolutos são utilizados para controlar a velocidade e a posição de equipamentos de produção, tais como transportadores e máquinas de embalagem.
- Indústria Metalúrgica: Na indústria metalúrgica, os Encoders Absolutos são usados em diferentes equipamentos, como prensas hidráulicas e máquinas de corte, para garantir a precisão e a qualidade dos processos de produção.
- Indústria Têxtil: Na indústria têxtil, os Encoders Absolutos são utilizados em máquinas de tecelagem e tinturaria para controlar a velocidade e a posição dos equipamentos, garantindo a qualidade e a eficiência do processo de produção.
- Indústria Farmacêutica: Na indústria farmacêutica, os Encoders Absolutos são utilizados em diferentes processos de produção, tais como mistura, secagem e encapsulamento, para garantir a precisão e a qualidade dos produtos finais.
Esses são apenas alguns exemplos de aplicações dos Encoders Absolutos no Brasil, sendo que há muitos outros setores industriais que também utilizam essa tecnologia em seus processos produtivos.
Vantagens dos Encoders Absolutos
Os Encoders Absolutos apresentam diversas vantagens em relação aos Encoders Incrementais. Cada posição do eixo é representada por um código único, o que significa que não há duas posições com o mesmo código. Eles medem a posição atual gerando um único código digital, dispensando a necessidade de um ponto de referência para retornar à posição inicial em caso de perda de energia elétrica.
Além disso, os Encoders Absolutos oferecem alta resolução em comparação aos Encoders Incrementais, pois adicionam novas trilhas para alcançar altas resoluções sem produzir sinal de saída pulsada continuamente.
No entanto, os Encoders Absolutos têm uma limitação no número de vezes que podem ser consultados em um determinado período de tempo de comunicação (baud rate).
Há alternativas para Encoders Absolutos Rotativos, como Encoders Incrementais e Resolvers, que podem ser mais adequados para sistemas que valorizam a simplicidade em detrimento do desempenho.
Encoders Absolutos vs Resolvers
Os Resolvers são uma tecnologia precursora dos Encoders, que remonta à Segunda Guerra Mundial. Eles funcionam com um enrolamento central que gera um campo magnético a partir de uma corrente elétrica. Há dois enrolamentos perpendiculares, um fixo e outro que se move com o conjunto, e as alterações de campo magnético e local dos dois enrolamentos permitem que o Resolver determine a posição do objeto.
Embora o design simples do Resolver o torne confiável em condições extremas, como exposição a baixas ou altas temperaturas, interferências mecânicas de vibrações e choques, sua origem e construção impedem que ele produza dados com boa precisão.
Ao contrário dos Encoders Absolutos, os Resolvers emitem apenas sinais analógicos, que podem exigir eletrônicas específicas para se conectar.
Encoders Absolutos vs Encoders Incrementais
Os Encoders Incrementais determinam a posição relativa ao analisar apenas a diferença entre as medições. O sistema do encoder envia pulsos por canais (chamados quadraturas) e o deslocamento desses pulsos indica o movimento.
Os Encoders Incrementais oferecem excelente retorno de velocidade e distância e, como poucos sensores são envolvidos, o sistema é simples e de baixo custo. No entanto, os Encoders Incrementais são suscetíveis a fatores ambientais e podem perder resolução em altas velocidades devido à limitação da frequência de saída.
Além disso, eles fornecem apenas informações de mudança, o que requer um dispositivo de referência para calcular a posição absoluta.
Por outro lado, os Encoders Absolutos fornecem informações de posição absoluta sem depender de eletrônicas separadas para informar o índice para a posição do encoder. Isso permite que eles sejam usados em aplicações que contam com posicionamento não-linear sem componentes externos adicionais.
Os Encoders Absolutos permitem maior precisão em aplicações como:
-
- Determinar a orientação de múltiplos eixos para máquinas CNC usadas na manufatura;
- Determinar automaticamente a altura da trava de camas usadas em hospitais;
- Posicionar com precisão múltiplos estabilizadores em veículos grandes como guindastes ou elevadores aéreos;
- Mover portas ou compartimentos automaticamente sem a necessidade de uma chave limitadora;
- Realizar movimento robótico contínuo mesmo após falha no fornecimento de energia elétrica.
Em comparação com Resolvers e Encoders Incrementais, a capacidade óbvia dos Encoders Absolutos é a precisão no posicionamento e como isso afeta a performance da aplicação.
Melhores marcas de encoder absoluto do Brasil
- Hengstler – especializada em encoders absolutos de alta qualidade e precisão;
- Dynapar – uma marca da Fortive, oferece encoders absolutos para diversas aplicações;
- Pepperl+Fuchs – oferece encoders absolutos para aplicações em ambientes agressivos, como em áreas classificadas;
- SICK – produz encoders absolutos para automação industrial e robótica;
- Heidenhain – uma empresa alemã que oferece encoders absolutos para diversas aplicações industriais, incluindo CNC e metrologia;
- Contelec – produz encoders absolutos para aplicações em ambientes extremos, como em turbinas eólicas e maquinaria pesada.
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