Resolução do encoder, precisão do encoder e repetibilidade do sistema

Resolução do encoder, precisão do encoder e repetibilidade do sistema

O feedback do encoder é essencial para o desempenho de muitas aplicações de automação. Quando especificado corretamente, um encoder fornecerá os resultados necessários para oferecer suporte ao posicionamento eficaz a um preço adequado ao orçamento.

Especificado incorretamente, pode prejudicar o desempenho do sistema. Para entender como e por que, precisamos discutir os conceitos de precisão, resolução e repetibilidade, conforme eles se aplicam aos encoders.

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Resolução do encoder

Resolução do encoder é o número de segmentos ou unidades de medição em uma rotação de um eixo do encoder ou 1 polegada/mm de uma escala linear. A resolução do encoder é geralmente medida em pulsos por rotação (PPR) para encoders incrementais e bits para encoders absolutos.

Um pulso do encoder refere-se ao menor segmento de uma dada quantidade física que o encoder pode medir ou exibir. Em outras palavras, é a granularidade com a qual o encoder pode monitorar o equipamento. Em um disco de código do encoder óptico, quanto maior a quantidade de marcações no disco, maior será a resolução.

Os encoders rotativos estão disponíveis com resolução de até 10.000 pulsos por rotação (PPR) diretamente e 40.000 PPR por interpolação. As escalas lineares oferecem resoluções da ordem de mícrons.

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Um mal-entendido comum sobre encoders é assumir que uma resolução mais alta melhora a precisão do sistema como um todo. É importante observar que o aumento da resolução não compensará o último tipo de erro (veja a figura 1). Adicionar mais pulsos por rotação pode melhorar a capacidade do encoder relatar a posição, mas se houver um erro sistêmico, uma resolução mais alta não o corrigirá.

Resolvido com precisão

Os dois exemplos acima têm exatamente a mesma resolução (24 contagens), mas uma precisão drasticamente diferente. Este é um exemplo de como a alta resolução não pode melhorar a precisão.

Precisão do encoder

A precisão do encoder é uma medida do erro entre o valor lido pelo encoder e o valor físico real sendo medido. A precisão do encoder é medida em minutos de arco ou segundo de arco com 20 minutos de arco (0,3 graus) ou melhor, geralmente considerado um encoder de alta precisão com alguns dispositivos de precisão da ordem de 5 segundos (0,0014 graus).

Essa precisão de uma leitura do encoder pode ser reduzida por várias fontes de erro. Uma dessas fontes pode ser o próprio encoder. As larguras das linhas no disco do encoder óptico podem variar, por exemplo. Isso pode introduzir um pequeno erro no tempo dos pulsos gerados pelo encoder.

Se a quantidade de erro for conhecida, ela poderá ser calibrada pelo controlador. Um método para encontrar o erro é usar um encoder externo de alta precisão para medir a quantidade de erros, recalibrar e remover o encoder de precisão para que o sistema possa funcionar com um nível de precisão mais alto do que antes.

Em outros casos, o erro decorre do equipamento que está sendo monitorado. Uma caixa de velocidades pode ter folga ou um parafuso de avanço pode ter jogo em seu movimento. É importante ter em mente que o encoder só pode relatar a posição do equipamento que está monitorando. Se houver um erro mecânico, o encoder não poderá melhorar o desempenho.

Repetibilidade do sistema e encoders

A terceira característica principal dos encoders é a repetibilidade. A repetibilidade é uma medida do quão consistentemente o sistema pode retornar à mesma posição comandada. Para encoders, a repetibilidade normalmente é de 2 a 10 vezes melhor que a precisão.

Como a precisão, a repetibilidade tem contribuições de erro de várias fontes, que incluem o encoder e o equipamento sendo posicionado. Embora certos tipos de encoders, como encoders capacitivos, sofram de erro cumulativo em vários ciclos, essa é a exceção e não a regra.

Os tipos mais comuns de encoder usados para automação, como encoders ópticos e magnéticos, são projetados para evitar erros cumulativos.

A repetibilidade do sistema pode ser reduzida por erros mecânicos no sistema, que podem incluir folga nas engrenagens, histerese, correias mal tensionadas etc.

Como na resolução, os usuários frequentemente assumem que a compra de um encoder com repetibilidade muito alta fornecerá os melhores resultados. Esse não é o caso.

Mesmo um encoder com repetibilidade quase perfeita não pode melhorar em um sistema com baixa repetibilidade mecânica. Tudo o que o encoder pode fazer é reportar. Um sistema pode ter repetibilidade muito alta e permanecer impreciso. Por outro lado, um sistema pode demonstrar alta precisão, mas pouca repetibilidade.

A precisão se refere ao valor absoluto do posicionamento, enquanto a repetibilidade quantifica a capacidade do sistema de repetir a mesma ação com a mesma precisão.

Alta precisão e alta repetibilidade podem parecer ideais, mas em troca temos um alto custo do sistema e a aplicação provavelmente não exigirá esse nível de desempenho.

Enquanto isso, a alta repetibilidade ainda pode não satisfazer as necessidades do sistema se a aplicação realmente enfatizar a precisão. Precisão zero e baixa repetibilidade geralmente não atendem a nenhuma aplicação.

Para otimizar o desempenho, os projetistas de sistemas precisam escolher um encoder que ofereça a combinação certa de precisão, resolução e repetibilidade.

Para uma aplicação de escolha e localização, por exemplo, a melhor opção pode ser um encoder que opera com precisão moderada, mas com repetibilidade muito alta.

O erro de precisão do encoder pode ser calibrado, enquanto a repetibilidade garante que o braço do robô vá sempre para a mesma posição. Uma aplicação cortada no comprimento pode se beneficiar da alta precisão, mas apenas da repetibilidade modesta.

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Sobre a Dynapar

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