¿Qué es un encoder, cuáles son sus tipos y para qué sirven?

Existe desde hace varios años y muchas veces lo damos por sentado. El encoder —también llamado codificador o generador de pulsos— es una pieza de ingeniería fundamental para la industria y el taller. Pero, ¿qué es este encoder y para qué sirve?

El encoder es un dispositivo electromecánico que permite codificar el movimiento mecánico en distintos tipos de impulsos eléctricos: digitales binarios, analógicos en función de una onda, pulsos, etcétera. De este modo, un encoder es una interfaz entre un dispositivo mecánico móvil y un controlador.

Encoder: principios de medición

Existen dos grandes tipos de encoder o generador de pulsos: los lineales y los rotatorios; en cada grupo a su vez hay distintos tipos de codificación (absolutos e incrementales) y principios electromecánicos de funcionamiento que veremos a continuación.

Sensor magnético

Encoder lineal magnético

En estos sensores se utiliza una cinta magnetizada o bien una fabricada con un material de reluctancia magnética variable; la posición se determina mediante cabezales de lectura magneto-resistivos o con solenoides.

El principal problema con estos sensores es que, como se puede deducir fácilmente, son susceptibles a los campos magnéticos intensos, por lo que no son recomendables en entornos en donde existen fuerzas electromotrices elevadas, como transformadores de alta tensión o grandes motores en las cercanías.

Como ventaja, son muy confiables en la lectura, y relativamente económicos. Pueden lograr resoluciones del orden de los micrómetros.

Sensor óptico

Encoder lineal óptico

Estos encoders trabajan por un principio más sencillo que el magnético: un sensor óptico registra los cambios en una cinta, que pueden estar codificados en patrones Moiré, holográficos u otros.

La principal ventaja de este tipo de encoder es la gran precisión que permiten alcanzar, del orden de décimas de micrón. Otra gran ventaja es que permite operar sin necesidad de contacto físico entre las partes, por lo que es apropiado para aplicaciones en las que el rozamiento debe evitarse.

Por otro lado, la principal desventaja es su gran susceptibilidad a la suciedad en forma de partículas, por lo que es necesario asegurar la hermeticidad del conjunto.

Sensor capacitivo

Encoder rotativo capacitivo

Este sensor opera midiendo la capacitancia entre la escala y el cabezal lector. Debido a que la lectura se realiza sin contacto físico, se utiliza principalmente en aplicaciones de medición: calibres, diales, etcétera.

Su desventaja es que es susceptible a la presencia de suciedad en el cabezal lector o en la escala, por lo que debe procurarse su cierre hermético para una operación sin errores.

Sensor inductivo

Esta tecnología es la más robusta, y permite su uso en ambientes en donde es imposible aislar el instrumento de contaminantes tales como líquidos refrigerantes o partículas. Como contrapartida podemos decir que la precisión no es tan elevada como en las otras opciones.

Sensor de corrientes de Eddy

Este modelo —patentado— consta de una escala en la que se intercalan materiales no magnéticos de alta y baja susceptibilidad, que permiten la detección mediante el análisis de la variación en la inductancia dentro de un circuito de corriente alterna.

Este tipo de codificador se utiliza mayormente en encoders rotativos.

Encoders lineales y rotatorios

Más allá de la tecnología utilizada para realizar la medición en sí misma, podemos diferenciar estos instrumentos de acuerdo al tipo de movimiento que permiten: un movimiento lineal o uno rotativo co respecto a un eje.

Encoder lineal

Es el tipo más sencillo de encoder o generador de pulsos; un ejemplo claro de su existencia se da en los calibres digitales, en donde la medida se muestra en un display digital: detrás de la pieza móvil (corredera) hay un encoder capacitivo que se encarga de leer, por interpolación, la distancia recorrida desde el cero.

Básicamente un encoder lineal se compone de un módulo fijo y otro móvil (el que se une a las partes móviles de la máquina con la cual se hará la interfaz). El módulo fijo contiene el sensor y la electrónica necesarias para detectar y medir el movimiento, y convertirlo en impulsos eléctricos inteligibles por otro circuito digital o analógico.

El módulo de lectura puede utilizar distintas tecnologías para medir la posición de la barra móvil.

Encoder rotatorio

Encoder rotatorio óptico

En estos dispositivos la lectura se realiza sobre un disco, en cuya cara se encuentra la codificación que permite discernir la posición angular —que, como veremos más adelante, puede ser relativa o absoluta— con gran precisión.

Los usos más comunes se dan en los controles de máquinas industriales tales como los husillos de tornos y fresadoras CNC, brazos robóticos, controles de instrumentos electrónicos (diales) y hasta es posible verlos todavía en los viejos ratones de computadoras o en algunos trackballs.

Encoders incrementales y absolutos

La forma en que el encoder —indistintamente de si es lineal o rotatorio— detecta el movimiento permitirá establecer la posición en forma relativa o absoluta.

Detección incremental

Este tipo de encoder detecta el movimiento —y la distancia recorrida en ese movimiento— gracias a la detección diferencial de dos valores codificados en la superficie detectable.

La ventaja de este sistema es que es más económico que el encoder absoluto, y que permite mantener la misma precisión independientemente de la longitud de la pieza móvil; como desventaja debemos señalar que, para inicializarse, el sistema necesita posicionar el encoder en un cero predeterminado.

Detección absoluta

En este caso la codificación sobre la superficie de la pieza móvil incluye la posición real desde el punto cero de la escala; de este modo, es posible que el instrumento conozca su posición sin necesidad de moverlo. Esto es algo particularmente útil cuando por algún motivo la máquina —a la cual le ofrece interfaz— se reinicia.

La desventaja es que se requieren más pistas de codificación para incluir la información de posición; algo que, a medida que se requiere más longitud con la misma precisión, encarece más la electrónica necesaria.