ENCODER OPTICO Un encoder ptico es un sensor que permite detectar el movimiento de rotacin de un eje. Es un transductor rotacional que convierte un movimiento angular en una serie de pulsos elctricos digitales. Si se asocia a un tornillo sin fin esos pulsos generados se pueden emplear para controlar movimientos lineales o angulares. Durante la rotacin, las seales elctricas pueden ser elaboradas por medio de control numrico (CNC), control de lgica programable (PLC) y sistemas de control. Las principales aplicaciones de esos transductores son: Maquinaria, robots, dispositivos de medicin y control, etc. El sistema de lectura se basa en la rotacin de un disco radial graduado constituido la alternacin de celdas opacas y transparentes. El sistema es iluminado perpendicularmente por una fuente de luz infrarroja. El rayo proyecta la imagen del disco en la superficie de los receptores. Los receptores captan la variacin del rayo ocurrida por la rotacin del disco y la convierte en sus correspondientes variaciones elctricas.

Figura 1. Encoders. PRINCIPIO DE OPERACIN El principio de operacin de un encoder se basa en los llamados fotoacopladores. stos son pequeos chips que consisten en un diodo en forma de fotoemisor y un transistor que realiza las tareas de fotorreceptor. Este elemento se encarga de detectar la presencia/ausencia de la luz a travs de los discos concntricos al eje, los cuales estn fabricados con

unas ranuras que dejan pasar la luz en funcin de una codificacin utilizada para obtener la medida final. Se observa en la Figura 2.

Figura 2 . Encoder compuesto por discos y foto acoplador TIPOS DE ENCODERS PTICOS Segn la tarea que necesitemos llevar a cabo va a precisar un encoder que nos ofrezca salida en cualquier momento, es decir, aquellos llamados absolutos, mientras el otro tipo, el cual nos dar informacin del estado del eje cuando se encuentre en movimiento se denomina incremental. Absolutos: ofrece salida en cualquier momento. Incremental: ofrece informacin del estado del eje cuando se encuentre en movimiento. INCREMENTALES Los codificadores incrementales constan de un disco transparente que posee una plantilla superpuesta, de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre s. El sistema fotoacoplador se encuentra en la parte posterior. El eje se encuentra acoplado al centro del disco. De esta manera, a medida que el eje comience a girar se irn produciendo pulsos elctricos en el receptor cada vez que la luz atraviese una marca de los discos. Si se lleva la cuenta de estos pulsos a travs de la adquisicin de la seal en el fotorreceptor se lograr conseguir una medida real de la posicin del eje.

Figura 3. Encoder Incremental El encoder incremental usualmente genera dos tipos de ondas cuadradas desfasadas por 90 elctricos, las cuales por lo general son canal A y canal B. El primer canal se dispone de informacin acerca de la velocidad de rotacin, mientras que con el segundo es posible discriminar el sentido de rotacin en base a la secuencia de datos que producen ambas seales. Esta disponible adems otra seal llamado canal Z o Cero, que proporciona la posicin absoluta de cero del eje del encoger. Esta seal se presenta bajo la forma de impulso cuadrado con fase y amplitud centrada en el canal A. La precisin de un encoder incremental depende de factores mecnicos y elctricos. Estos errores podran: excentricidad del disco, de los rodamientos, inexactitud en la lectura electrnica, impresiones de tipo ptica. La unidad de medicin para definir la precisin del encoder es el grado elctrico. Este determina la divisin del impulso generado por el encoder: 360 grados elctricos corresponden a la rotacin mecnica del eje, necsaria para hacer que se realice un ciclo o impulso completo de la seal de salida. Para saber cuntos grados mecnicos corresponden a 360 elctricos, se aplica la siguiente relacin:

Figura 4. Representaciones graficas de los encoders incrementales A, B y Z. El error de divisin en un encoder, esta dado por el mximo desplazamiento expresado en grados elctricos, de dos frentes de ondas consecutivos. Este error existe en cualquier encoger y se debe a los factores antes citados. Clasificacin de Encoders Incrementales atendiendo a su salida: Unidireccionales: dan una salida y no se puede determinar el sentido de giro. Slo sirve para obtener valores absolutos. Por ejemplo, para obtener velocidades absolutas sin importar el sentido de giro. Bidireccionales: ofrece dos salidas A y B. El sentido se va a distinguir por la diferencia de fase cita anteriormente. Es til cuando se necesita saber coordenadas exactas tanto positivas como negativas.

Figura 5. Seccin de un encoder incremental ABSOLUTOS El principio de funcionamiento de un encoder absoluto es muy similar al de un encoger incremental en el que un disco que gira, con zonas transparentes y opacas interrumpe un haz de luz captado por fotorreceptores, luego estos transforman los impulsos luminosos en impulsos elctricos los cuales son tratados y trasmitidos por la electrnica de salida.

Figura 6. Encoder Absoluto. Respecto a los encoger incrementales, los encoders absolutos muestran importantes diferencias desde el punto de vista funcional. Mientras en los encoders incrementales la posicin esta determinada por el cmputo del nmero de impulsos con respecto a la marca de cero, en

los encoger absolutos la posicin queda determinada mediante la lectura del cdigo de salida, el cual es nico para cada una de las posiciones dentro de la vuelta. Por consiguiente los encoders absolutos no pierden la posicin real cuando se corta la alimentacin (incluso en caso de desplazamientos), hasta un nuevo encendido (gracias a una codificacin directa en el disco), la posicin esta actualizada y disponible sin tener que efectuar, como en el caso de los encoger incrementales la bsqueda del punto de cero. Analizando ahora el salida que se deber utilizar para definir la posicin absoluta. La eleccin es el cdigo binario, porque fcilmente puede ser manipulado por los dispositivos de control externos para la lectura de la posicin, sin tener que efectuar particulares operaciones de conversin. En vista que le cdigo se toma directamente desde el disco (que se encuentra en rotacin) la sincronizacin y la captacin de la posicin en el momento de la variacin entre un cdigo y el otro se vuelve muy problemtico. En efecto, si por ejemplo se toman dos cdigos binarios consecutivos como 7 (0111) 8 (1000), se nota que todos los bits del cdigo sufre un cambio de estado: una lectura efectuada en el momento de la tradicin podra resultar completamente errnea porque es imposible pensar que las variaciones sean instantneas y que se produzcan todas en el mismo momento. Debido a este problema se utiliza una variacin del cdigo binario: el cdigo Gray, el cual tiene la particularidad que al pasar entre dos cdigos consecutivos (o desde el ultimo cdigo al primero), uno solo cambia su estado.

Figura 7. Especificacin del disco de un encoder absoluto

El cdigo gray puede convertirse fcilmente, con un simple circuito combinatorio, en cdigo binario:

Figura 8. Circuito del conversion de codigo gray a codigo binario Cuando el nmero de posiciones no es una potencia de 2, la propiedad de cambiar un solo bit se pierde al pasar el ltimo valor al primero y viceversa. Por ejemplo, se desea realizar un encoger absoluto con 12 posiciones/giro. La codificacin seria como la que se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 1. Especificacion del codigo gray Se nota que al pasar entre la posicin 11 y 0, el cambio de estado simultaneo de 3 bit puede producir cambios de lectura y esto, como se ha visto anteriormente no es aceptable. Para no perder la caracterstica de la conmutacin de un bit, se utiliza el cdigo gray quebrado o bien con exceso N, haciendo corresponder a la posicin 0 el cdigo gray correspondiente al valor N, donde N es el numero que, sustrayndolo al cdigo gray convertido a numero binario da el valor exacto de posicin. El clculo de N se efecta segn la siguiente formula:

Tabla 2. Codigo gray corregido. Los encoders pueden presentar problemas mecnicos debido a la gran precisin que se debe tener a en su fabricacin. La contaminacin ambiental puede ser una fuente de interferencias en la transmisin ptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su nivel de temperatura de trabajo limitado por la presencia de componentes electrnicos. Clasificacin de Encoders Absolutos atendiendo a su salida:

Cdigo BCD: binario codificado a decimal. Se trata del cdigo binario normal pero aplicado a cada dgito. Es decir se codifica 0000 a 1001. Del 0 al 9. Cdigo Gray: es un cdigo binario especial muy til para evitar errores, ya que su funcionamiento de pulsos slo vara un bit, de esta manera los cambios slo se producirn de uno en uno y la deteccin ser ms sencilla. Los discos codifican la salida mediante la anchura y la distribucin de las ranuras. Clasificacin de Encoders Absolutos atendiendo a su salida:

Cdigo BCD: binario codificado a decimal. Se trata del cdigo binario normal pero aplicado a cada dgito. Es decir se codifica 0000 a 1001. Del 0 al 9. Cdigo Gray: es un cdigo binario especial muy til para evitar errores, ya que su funcionamiento de pulsos slo vara un bit, de esta manera los cambios slo se producirn de uno en uno y la deteccin ser ms sencilla. Los discos codifican la salida mediante la anchura y la distribucin de las ranuras.

APLICACIN INDUSTRIAL DEL SENSOR Deteccin del ngulo y posicin de un brazo de robot industrial con seis grados de libertad. Deteccin de la tabla XY en mquinas herramienta con control numrico. Deteccin de la coordenada en una mquina automtica de dibujo y deteccin de la posicin en mquinas con control numrico. Deteccin de la longitud de un hilo y del punto de corte

Biblliografa:http://infoplc.net/files/documentacion/instrumentacion_deteccion/infoPLC_net_ENCODERS_ OPTICOS.pdf http://ycoamedicionesindustriales.blogspot.com/2007/06/sensores-digitales.html