Post on 14-Dec-2015
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Encoder
Prof. José Batista
Codificadores (Encoders) Rotativos
São apenas alguns dos nomes mais comuns para a função de medição do
Encoder. Comum para todos os codificadores rotativos (também existem
codificadores lineares), é que eles rodam e a sua saída é a informação sobre a
rotação. Um Encoder ou Codificador Rotativo, é um sensor de posição angular de
um veio.
Encoders: são apresentados sob diversas formas - e sob muitos nomes diferentes.
Encoder incremental,
Encoder Absoluto,
Encoder Rotativo,
Gerador de Impulsos Rotativo…
Ângulo Incremental.
O ângulo total desde o ponto de índice.
O número total de voltas.
A velocidade instantânea.
Que informações acerca da rotação?
A velocidade média.
Aceleração angular.
Codificadores (Encoders) Rotativos
Ângulo incremental é a mudança desde a última medição.
Referência
Anterior
Última
Ângulo total desde o ponto de referência ( Índice ).
Número de Voltas.
Contadas desde quando?
Contadas em que direção?
Codificadores (Encoders) Rotativos
A velocidade média, é a velocidade (em RPM, RPS, radianos / s ou impulsos /
segundo), que se obtém quando se mede por um intervalo de tempo.
Isso depende. Em um carro que pode ser um minuto. Numa máquina de papel pode
ser dez segundos. Depende da aplicação. Não há regras gerais. Ele pode ser até
uma hora.
Que Intervalo?
Codificadores (Encoders) Rotativos
A aceleração: é a variação de velocidade entre duas medições.
φ é o símbolo de ângulo, graus ou radianos.
ω é o símbolo de velocidade, RPM ou rad / s.
α é o símbolo para a aceleração, rad/s2.
São utilizados alguns símbolos gregos. Estes são os símbolos mais comuns na
Europa, e nos EUA. De notar que estes símbolos e unidades são utilizados para
movimento de rotação. O movimento linear usa s, v e a para comprimento,
velocidade, e aceleração.
O uso padrão é o seguinte:
Porquê Encoders?
Codificadores (Encoders) Rotativos
Os Sistemas de accionamento têm propriedades diferentes. A maioria deles
necessitam de manter os codificadores a acompanhar a velocidade real dos
mecanismos ( motores). Entre as “drives” elétricas AC, umas são assíncronas e
outras síncronas, havendo também “drives” DC.
Todas as outras “drives” são mais ou menos imperfeitas. A tolerância de
velocidade é em percentagens. É também dependente da carga...
A única “drive” que não precisa de um sensor de velocidade é a síncrona. Ele
sempre fica “locado” á frequência atual da drive, que já é conhecida pelo o inversor.
Codificadores (Encoders) Rotativos
O sensor de velocidade (encoder ou taco gerador) é necessário para dar o
“feedback” da velocidade real para o controlador, que ajusta sua saída, para
trazer o sistema para a velocidade ajustada (" velocidade de referência ").
Usando um bom codificador e um bom sistema de controlo, é possível atingir
velocidades com tolerâncias abaixo de 0,01 por cento do valor final. Estática.
Contagem dinâmica também. Então precisamos de informações rapidamente. O
feedback é necessário uma vez a cada 10 milissegundos, ou muitas vezes ainda
mais rápido.
Codificadores (Encoders) Rotativos
usos principais são:
Medição pura para fins de vigilância ou de registo.
Como um elemento de feedback para melhorar o desempenho de um motor
hidráulico, um motor AC ou DC, em conjugação com um controlador adequado.
Os Codificadores são necessários para medir a velocidade de rotação e / ou o
ângulo de rotação.
Os Codificadores (Encoders) são encontrados em todas as máquinas
onde a velocidade é crítica e precisa ser controlada ou supervisionada.
O que são Encoders?
Codificadores (Encoders) Rotativos
Os Sensores rotativos (Encoders), fornecem informações críticas (feedback),
aos sistemas de controlo de acionamento do motor na actuação duma máquina
CNC (fresa), em elevadores, etc,.. Em eixos rotativos:
Direcção.
Rotação.
Posição.
Velocidade.
Comutação.
Classificação de Encoders
CNC - Computer Numerical Control
SSI - Synchronous Serial Interface
R/D interface – Resolver/Digitar interface
Tipos de Encoders Rotativos
Codificadores Mecânicos: Muito baixo custo, baixa resolução. Geram código de saída,
abrindo ou fechando um circuito (On/Off) . Na maioria das vezes utilizado como painel de
controlo, como o volume de um rádio de carro.
Codificadores Ópticos: Baixo a alto custo, codificadores de baixa para alta resolução que
geram código de saída através de luz de infravermelhos e fototransistor. É o tipo mais
comum de codificador rotativo, sendo utilizados como painel controlo em aplicações de
precisão ou construídos em dispositivos eletrónicos de controlo de movimento.
Codificadores Magnéticos: codificadores de resolução média, de custo médio alto custo, que
geram o código de saída por detecção de alterações nos campos de fluxo magnético. A
maioria das vezes é utilizado em ambientes adversos. Resistente a contaminantes no ar.
Codificadores de fibra óptica: São codificadores de alto custo e de alta resolução que geram
o código de saída usando um laser e fototransistor. Mais frequentemente são utilizados em
aplicações à prova de explosão, onde existam gases extremamente inflamáveis.
Tipos de Encoders Rotativos (Cont.)
Codificadores capacitivos: São codificadores de baixo custo, de baixa a alta resolução, que
geram o código de saída através da detecção de mudanças na sua capacitância, utilizando
um sinal de referência de elevada frequência. são relativamente novos em comparação com
os outros tipos de codificadores rotativos. A tecnologia tem sido usada há anos em
paquímetros digitais e provou ser altamente confiável e precisa.
Referência
Comparador
Controlador
Energia
Actuador
Processo Sensor
Classificação do Encoders ópticos
Motor
Disco
Rotativo
Motor DC
Cremalheira
Carreto
Linear
Um codificador óptico (encoder), é um dispositivo electromecânico usado para
fornecer feedback de sinais para aplicações de controlo de movimento.
Variável a
Medir
Erro
Interferência
Variável
Manipulada
Variável
Controlada
Feedback
Sentido de rotação.
Posição.
Velocidade.
Estes sinais de feedback podem
representar os seguintes tipos de
informações sobre os mecanismos :
Para controlo da posição, a melhor
localização para o dispositivo de retorno
(feedback), é na carga. Os erros de
posição criados pelas engrenagens
mecânicas e pelas variações ou
deslizamento das cargas poderão assim
ser eliminados.
Classificação do Encoders ópticos
Referência
Comparador
Controlador
Energia
Actuador
Processo Sensor
Variável a
Medir
Erro
Interferência
Variável
Manipulada
Variável
Controlada
Feedback
Codificador Reflectivo
Carga
Motion
feedback
Encoders ópticos Rotativos
+5V
1 Fonte
de Luz
4 Circuito
Condicionador
de Sinais
2 Sensor de luz
3 Disco Óptico
Basicamente os “Encoders” ópticos têm 4 elementos principais:
Composição
Sensores e Transdutores Ópticos Principal característica: Ausência de cabos metálicos e
outras ligações físicas entre transmissão e recepção de
sinais.
Aplicações: contagem de peças, medição de velocidade, medição de deslocamento,
sistemas de segurança, comunicação de dados entre muitos outros.
A fonte de luz: é tipicamente um diodo emissor de luz (LED). Em vez de
produzir uma luz visível para os seres humanos, transmite normalmente luz
infravermelha (IR).
1
Sensor de luz: O sensor de luz é um fototransistor. Uma vez que o sensor é
sensível á energia infravermelha emitida pela fonte de luz, a luz ambiente tem
um efeito mínimo sobre o sensor.
2
Disco óptico: O disco é colocado entre a fonte de luz e o
sensor. Ele está ligado ao veio a ser medido, de modo que o
eixo e o disco rodam em conjunto.
3
Disco
Codificado
Veio a medir
Fotosensor
Fonte LED
Área
transparente Área opaca
Encoders ópticos Rotativos
Composição e funcionamento
À medida que o disco é rodado, alternadamente a
luz passa através das aberturas translúcidas ou é
bloqueada pelas regiões opacas entre as ranhuras.
rpm = = 0.1666 ÷ 0.1666 = 1 rpm 60
360
10
60 ÷
Os Codificadores podem detectar a velocidade, quando o número de impulsos de saída é
contada num período de tempo especificado. O elemento tempo é tipicamente fornecido por
um oscilador interno ou um relógio. O número de impulsos por rotação deve também ser
conhecido.
A equação para calcular a velocidade é: C
PPR rpm =
t
60 ÷
Onde:
rpm -Rotações por minuto.
C - Número de impulsos a contar.
t - Intervalo de tempo de contagem.
PPR - Impulsos por rotação (ranhuras) ou CPR.
60 - Coeficiente númerico (por minuto).
Exemplo:
Se 60 impulsos foram contados em 10 segundos a partir de um codificador de 360 PPRs,
qual a velocidade?
Resolução:
Encoder Incremental – Informação da velocidade
Encoders Ópticos Rotativos