Negli impianti di produzione e nelle macchine industriali, il controllo preciso della posizione e della velocità dei motori è un elemento fondamentale che determina la qualità del prodotto. Per ottenere questo risultato, è indispensabile un sensore di rilevamento della posizione chiamato “encoder”.
L’encoder misura con estrema precisione l’angolo di rotazione e la corsa lineare, trasformandoli in segnali elettrici, consentendo così un controllo preciso di motori e attuatori.
In questo articolo spiegheremo, dal punto di vista tecnico, i meccanismi di base degli encoder, le diverse tipologie e i criteri di scelta, fornendoti informazioni utili per lo sviluppo delle tue apparecchiature e il miglioramento dei tuoi prodotti. Se sei un ingegnere di sviluppo che vuole ottenere un controllo di posizione ad alta precisione, ti invitiamo a leggere fino alla fine.
| A cura di: Gruppo Commerciale Componenti Elettronici, C.I. TAKIRON Corporation Questo articolo è stato curato sulla base delle competenze tecniche avanzate e delle conoscenze acquisite nel corso degli anni, sin dalla fondazione dell’azienda nel 1919, come leader nel settore della lavorazione delle materie plastiche.Il nostro reparto analizza costantemente le tendenze di mercato e le ultime tecnologie relative ai micromotori ultracompatti e ad alta precisione, concentrandosi sulla fornitura di informazioni di alto valore aggiunto a progettisti e sviluppatori. In qualità di team di esperti che conosce a fondo le caratteristiche dei prodotti, ti aiutiamo a risolvere le tue sfide e a promuovere l’innovazione tecnologica attraverso contenuti accurati e pratici. |
Nozioni di base e funzione degli encoder: l’importanza del rilevamento della posizione nel controllo dei motori
L’encoder è un sensore che rileva l’angolo di rotazione o la distanza percorsa da una macchina e lo converte in un segnale digitale o a impulsi. Abbinato a un motore, permette di determinare con precisione il senso di rotazione, la velocità di rotazione e la posizione attuale, consentendo così il controllo a retroazione.
È ampiamente utilizzata in applicazioni che richiedono un posizionamento di precisione, come i robot industriali, le macchine utensili e le apparecchiature mediche, ed è diventata una tecnologia di base che garantisce le prestazioni e l’affidabilità dei prodotti.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Cos’è un encoder: un sensore che “rende visibile” la rotazione e lo spostamento
- Il ruolo dell’encoder nel controllo dei motori
- Principali impieghi ed esempi di applicazione nei vari settori industriali
In questa sezione spiegheremo tutto, dai concetti di base degli encoder al loro ruolo specifico nel controllo dei motori, fino agli esempi di applicazione nel settore industriale.
Cos’è un encoder: un sensore che “rende visibili” la rotazione e lo spostamento
L’encoder è un dispositivo di misurazione che converte il movimento rotatorio o lineare in segnali elettrici. Montandolo sull’albero del motore, rileva in tempo reale di quanto ha ruotato e in quale direzione si sta muovendo.Le informazioni rilevate vengono inviate al dispositivo di controllo sotto forma di segnali a impulsi o segnali digitali, consentendo un posizionamento preciso nella posizione desiderata e un funzionamento a velocità costante.
Il principio di funzionamento di un encoder consiste nel rilevare i modelli ottici o magnetici che cambiano con la rotazione o lo spostamento, convertendo tali variazioni in segnali elettrici. Ad esempio, in un encoder ottico, il sensore rileva la sequenza di fessure incise su un disco e trasmette le variazioni di luminosità della luce sotto forma di segnali a impulsi.Il dispositivo di controllo calcola la quantità di spostamento contando il numero di impulsi e determina la direzione di spostamento in base alla sequenza con cui vengono generati gli impulsi.
È un dispositivo che funge da “occhio” della macchina e, proprio come l’occhio umano valuta la distanza e la velocità, trasmette le informazioni sullo stato di movimento al sistema di controllo. Senza l’encoder, non è possibile capire con precisione in quale posizione si trovi il motore in quel momento né di quanto si sia spostato, rendendo difficile un controllo preciso.
Il ruolo dell’encoder nel controllo dei motori
Dato che il motore da solo non è in grado di rilevare autonomamente la rotazione o la posizione, è indispensabile il segnale di feedback proveniente dall’encoder. Il sistema funziona così: il dispositivo di controllo legge il segnale a impulsi emesso dall’encoder, rileva lo scostamento rispetto al valore desiderato e regola l’azionamento del motore di conseguenza.
Questo sistema di controllo a circuito chiuso garantisce un posizionamento, un controllo della velocità e un controllo della coppia di alta precisione, contribuendo a migliorare la qualità dei prodotti e l’efficienza produttiva. Soprattutto nel campo delle apparecchiature mediche e degli strumenti di precisione, dove è richiesta una precisione di posizionamento dell’ordine dei micron, le prestazioni dell’encoder sono un fattore che influenza direttamente l’affidabilità del prodotto.
Principali applicazioni ed esempi di utilizzo nei vari settori industriali
Gli encoder vengono utilizzati in un’ampia gamma di settori industriali e trovano impiego nelle seguenti applicazioni.
【Principali esempi di utilizzo per settore】
- Controllo del braccio dei robot industriali
- Posizionamento degli utensili nelle macchine utensili CNC
- Spostamento dello stage nelle apparecchiature per la produzione di semiconduttori
- Azionamento delle lenti degli endoscopi medici
- Controllo delle serrature elettroniche dei dispositivi di sicurezza
- Meccanismo di messa a fuoco automatica per dispositivi ottici
Soprattutto nei dispositivi medici e nelle apparecchiature di precisione, dove sono richieste dimensioni ridotte e un’elevata precisione, gli encoder compatti abbinati a motori senza nucleo sono molto apprezzati. In questi settori, la sfida consiste nel conciliare la miniaturizzazione delle apparecchiature con la precisione di controllo, e la scelta dell’encoder è un fattore determinante per le prestazioni del prodotto.
Come funzionano gli encoder e le principali tipologie: metodi di rilevamento e caratteristiche per tipo
Per quanto riguarda i metodi di rilevamento degli encoder, i più comuni sono quello ottico e quello magnetico; a seconda dell’oggetto da misurare, si distinguono in encoder rotativi ed encoder lineari. Inoltre, in base al metodo di uscita del segnale, si distinguono in tipo incrementale e tipo assoluto, ciascuno con caratteristiche e campi di applicazione diversi.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Classificazione in base al metodo di rilevamento: ottico e magnetico
- Encoder rotativi ed encoder lineari
- La differenza tra il tipo incrementale e quello assoluto
In questa sezione spiegheremo il principio di funzionamento e le caratteristiche di ciascun tipo, fornendo le nozioni di base per scegliere il modello più adatto alle tue esigenze.
Classificazione in base al metodo di rilevamento: ottico e magnetico
L’encoder ottico è un sistema che rileva la rotazione tramite un disco con fessure e un sensore ottico, e si distingue per l’alta risoluzione e l’elevata precisione. È costituito da una combinazione di LED e fotodiodi che converte il pattern di luce chiara e scura che passa attraverso le fessure del disco in un segnale a impulsi.
Gli encoder magnetici utilizzano magneti ed elementi Hall e, grazie alla loro eccellente resistenza alle condizioni ambientali, sono la soluzione ideale per ambienti con molta polvere o vibrazioni. Nei settori medico e delle apparecchiature di precisione, dove sono richieste dimensioni ridotte e un controllo preciso, si tende a preferire quelli ottici, mentre in ambienti industriali particolarmente difficili si opta per quelli magnetici.
Encoder rotativi ed encoder lineari
L’encoder rotativo misura l’angolo di rotazione dell’albero del motore, mentre l’encoder lineare misura la posizione di un oggetto che si muove in linea retta. Il modello rotativo è costituito da un sensore a forma di disco montato direttamente sull’albero del motore, che emette un segnale a impulsi corrispondente all’angolo di rotazione.Sono ampiamente utilizzati nei motori industriali, nei servomotori e nei motori passo-passo.
I modelli lineari vengono utilizzati per l’avanzamento dei tavoli delle macchine utensili e per il controllo degli stadi nelle apparecchiature per la produzione di semiconduttori, e permettono di misurare con alta precisione la distanza di spostamento lineare. Scegliere il modello più adatto alle tue esigenze ti aiuterà a migliorare le prestazioni di controllo.
La differenza tra il tipo incrementale e quello assoluto
I tipi incrementali e assoluti presentano una grande differenza nel modo in cui vengono fornite le informazioni di posizione.
| Voce | Tipo incrementale | Tipo assoluto |
| Informazioni sulla posizione | Spostamento relativo | Posizione assoluta |
| Quando l’alimentazione è spenta | Si perdono i dati di localizzazione | Mantiene le informazioni sulla posizione |
| Ritorno alle origini | Necessario | Non necessario |
| Costo | Costo basso | Costo elevato |
| Usi principali | Controllo della velocità, posizionamento semplice | Posizionamento di precisione, controllo multiasse |
Il tipo incrementale emette un segnale a impulsi che indica lo spostamento relativo; è semplice ed economico, ma ha la caratteristica di perdere le informazioni di posizione quando si spegne l’alimentazione.
Poiché i modelli di tipo assoluto sono in grado di fornire costantemente la posizione assoluta, non è necessario il ritorno all’origine dopo l’accensione, il che permette di ridurre i tempi di avvio del sistema. È importante scegliere il modello più adatto in base all’applicazione e ai requisiti del sistema di controllo.
Punti chiave per la scelta degli encoder e soluzioni per un controllo ad alta precisione
Per scegliere l’encoder giusto, devi valutare diverse specifiche tecniche, come la risoluzione, la velocità di risposta, il metodo di montaggio e la resistenza alle condizioni ambientali. Soprattutto nel caso degli encoder per motori, la compatibilità con le caratteristiche del motore influisce sulle prestazioni di controllo.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Risoluzione e precisione: come valutare le prestazioni in base all’applicazione
- Compatibilità con il motore: modalità di montaggio e compatibilità elettrica
- Le soluzioni di C.I. Takiron per un controllo di alta precisione
In questa sezione ti illustriamo i punti chiave da considerare in fase di scelta e ti presentiamo soluzioni di encoder che garantiscono dimensioni compatte, alta precisione e lunga durata.
Risoluzione e precisione: come valutare le prestazioni in base all’applicazione
La risoluzione indica il numero di impulsi che un encoder è in grado di emettere per ogni giro e viene espressa nell’unità PPR (Pulses Per Revolution). Anche se varia notevolmente a seconda dell’applicazione e del produttore, in linea di massima, più alto è il valore, più preciso è il rilevamento della posizione e migliore è la precisione di controllo.
Nel campo delle apparecchiature mediche e ottiche, a volte sono richiesti valori superiori a diverse decine di migliaia di PPR. Tuttavia, poiché una maggiore risoluzione comporta un aumento dei costi e delle dimensioni, è necessario scegliere tenendo conto dell’equilibrio tra la precisione di controllo richiesta e il sistema nel suo complesso. Una risoluzione eccessiva aumenta il carico sui circuiti di controllo e rende il sistema più sensibile al rumore; per questo è fondamentale valutare attentamente quali siano le specifiche più adatte all’applicazione.
Compatibilità con il motore: modalità di montaggio e compatibilità elettrica
Quando monti l’encoder sull’albero del motore, devi verificare sia la compatibilità fisica che quella elettrica.
| Punti da verificare | Punti chiave da verificare |
| Diametro dell’albero | Compatibilità tra il diametro dell’albero del motore e i fori di montaggio dell’encoder |
| Spazio di montaggio | Vincoli dimensionali nella parte posteriore del motore |
| Tipo di accoppiamento | Flessibile, rigido, a innesto diretto, ecc. |
| Formato del segnale di uscita | Livello di tensione (5 V/12 V/24 V) |
| Tipo di segnale | Uscita differenziale/single-ended |
| Interfaccia | Protocollo di comunicazione con il dispositivo di controllo |
Per i motori di piccole dimensioni sono indicati encoder dal design compatto; anche la precisione di montaggio meccanico influisce sulle prestazioni di controllo. Per evitare errori di rilevamento causati da disallineamenti dell’albero o vibrazioni, è necessario scegliere un accoppiamento adeguato e assicurarne un fissaggio sicuro.
Le soluzioni di C.I. Takiron per un controllo ad alta precisione
C.I. TAKIRON Corporation è in grado di proporre soluzioni di controllo che combinano motori senza nucleo compatti e ad alta precisione con encoder.I motori senza nucleo, caratterizzati da una rotazione fluida e priva di cogging, offrono prestazioni eccellenti nelle applicazioni che richiedono un controllo avanzato, come le apparecchiature mediche, gli strumenti di precisione e i robot industriali, grazie alla combinazione con il feedback di posizione fornito dall’encoder.
I nostri micromotori si distinguono per l’elevata affidabilità garantita dalla progettazione e dal controllo qualità in Giappone, oltre che per la nostra capacità di personalizzarli in base alle diverse applicazioni. Abbiamo una gamma di prodotti pensata per ottimizzare l’intero sistema, come i modelli con riduttore, e siamo disponibili a fornirti consulenza tecnica fin dalla fase di sviluppo. Se vuoi maggiori dettagli sui prodotti o hai bisogno di consulenza tecnica, non esitare a contattarci tramite il modulo di contatto.
Riepilogo
Gli encoder sono sensori indispensabili per il controllo della posizione e della velocità dei motori in molte applicazioni che richiedono un posizionamento di alta precisione; ne esistono di vari tipi a seconda del metodo di rilevamento e del tipo di segnale in uscita.
Scegliendo il prodotto giusto in base all’applicazione, puoi migliorare le prestazioni e garantire l’affidabilità del prodotto. Soprattutto nei settori in cui sono richieste dimensioni ridotte e alta precisione, le soluzioni che combinano motori senza nucleo e encoder si rivelano particolarmente efficaci.
C.I. Takiron ti aiuterà a sviluppare le tue apparecchiature grazie a micromotori di alta qualità e al nostro supporto tecnico.
Informazioni sui prodotti e richieste di informazioni
Per maggiori dettagli sui micromotori di C.I. Takiron, dai un’occhiata al sito web qui sotto.
- Sito del prodotto: https://cik-ele.com/
- Motori senza nucleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motori brushless: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motoriduttore: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Se hai difficoltà a scegliere il motore compatto giusto per lo sviluppo del tuo prodotto, non esitare a contattarci tramite il modulo di richiesta. Un nostro tecnico valuterà l’applicazione e le tue esigenze per proporti la soluzione più adatta.
- Contatti: https://cik-ele.com/contact/
