¿Qué es un encoder o codificador?

Encoder o codificador es el dispositivo que transforma la naturaleza de una magnitud. Por ejemplo, el encoder de un un calibre digital convierte la longitud del objeto (magnitud física) a impulsos eléctricos. El circuito electrónico del calibre procesa estos impulsos para mostrar en la pantalla de cristal líquido la medida de la pieza.

A la inversa, el codificador de un torno de control numérico transforma una señal eléctrica para desplazar el portaherramientas a lo largo de las las guías de la máquina. Como los encoders son, en general, eléctricos o electrónicos, estos elementos también se llaman generadores de pulsos.

Un instrumento que permite visualizar la señala electrónica generada es el osciloscopio:

Tipos de codificadores

Según el tipo de señal eléctrica producida, los codificadores pueden ser digitales (pulsos) o analógicos (señal eléctrica representada por una onda).

Además, si el codificador transforma la magnitud de forma absoluta, se habla de codificador absoluto; en cambio, si lo hace de manera relativa a partir de un punto de referencia que puede variar, se habla de codificador incremental.

Por último, en función de su movimiento, los codificadores pueden ser lineales o rotativos.

¿Cómo funciona un encoder? Sean lineales, rotativos, absolutos o incrementales, los codificadores suelen transformar la medida mediante dispositivos ópticos o magnéticos.

Resolución de un encoder

La resolución (o definición) del codificador es la capacidad de detalle que alcanza el encoder al transformar la señal. Cuanto mayor sea la resolución de un encoder, mayor es su precisión. Por ejemplo, un calibrador digital con un codificador de alta resolución puede llegar a apreciar micras de milímetro, mientras que un calibrador de baja definición se queda en décimas o centésimas.

Los encoders de alta resolución solían ser ópticos, pero los últimos avances en tecnología del magnetismo posibilitan construir codificadores magnéticos que aprecian micras. Una ventaja del encoder magnético es que induce menos errores causados por contaminantes que dificultan el paso de la luz. Esto sumado a una mejor resolución hace de los codificadores magnéticos herramientas muy útiles en los entornos industriales.

Codificadores magnéticos

De disco

Los encoders magnéticos de disco funcionan gracias a tres elementos: un sensor, un disco magnético y un circuito electrónico. El disco del encoder está magnetizado y contiene varios polos de imán a lo largo de su circunferencia. Un sensor es capaz de detectar los cambios que se producen en el campo magnético a medida que el disco rota. El circuito electrónico recibe los pulsos del sensor y transforma estos en una señal eléctrica de onda senoidal.

La resolución de un codificador magnético depende principalmente de dos aspectos:

• Número de polos magnéticos en el disco: el codificador será más preciso cuanto mayor sea el número de polos magnéticos.
• Número de sensores: cuanto mayor sea el número de sensores, mayor la resolución del codificador.

Si el codificador es absoluto, se asigna un número único a cada posición medida. Esto permite saber las coordenadas exactas del codificador, incluso tras una interrupción de la corriente eléctrica. Así funciona, por ejemplo, el sistema de escala absoluto del calibre digital Mitutoyo Digimatic ABSOLUTE.

Lineales

Un encoder lineal magnético también usa un sensor y un circuito, pero en vez de un disco, usa una regla o cinta magnética para determinar su posición. El cabezal de lectura de un codificador magnético puede usar un sensor de efecto Hall o un sensor capaz de sentir el cambio que se produce en el campo magnético, es decir, un sensor magnetorresistivo.

La ventaja del codificador magnético lineal frente al óptico es que no se ve alterado ni por contaminantes (grasa, polvo, suciedad, aceite, líquidos), ni por ruido mecánico (golpes, vibraciones). Por este motivo los mejores pies de rey digitales usan este codificador en su corredera móvil. Sin embargo, no son infalibles: si una partícula de material ferromagnético se interpone entre el lector y la cinta magnética, su funcionamiento puede verse alterado.

Codificadores ópticos

El encoder óptico es un dispositivo electromecánico que convierte el movimiento o la posición angular mediante la detección de una fuente de luz. Los tres elementos que componen un codificador óptico son: dicha fuente de luz, un sensor óptico y una plancha perforada (rejilla).

En un codificador óptico rotativo, una rejilla situada delante de un emisor de luz permite el paso de esta a través de sus agujeros. El sensor situado tras el disco detecta el destello luminoso y crea un pulso eléctrico que será procesado por el circuito electrónico del codificador para producir la señal correspondiente.

En este artículo del blog de zgz makerspace se puede ver cómo construir un encoder óptico con una placa Arduino, un sensor óptico y un disco ranurado.

Las ventajas de un encoder óptico son:

• Alta resolución
• Alta precisión
• Alta repetitibilidad
• Tamaño reducido

Estos codificadores también soportan una pequeña falta de alineación entre el emisor y el sensor, sin embargo, si se interpone suciedad entre el cabezal de lectura y la rejilla el codificador dejará de funcionar. La mejora en la resolución y precisión de los encoders magnéticos está haciendo que la industria use cada vez menos los encoders ópticos.