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Vantaggi e applicazioni pratiche degli encoder ad alta risoluzione

Negli ultimi anni un numero crescente di encoder ad alta risoluzione è stato introdotto sul mercato. Con l'encoder compatto ENX 16 RIO anche maxon motor ha presentato un modello high-end. Ma quali applicazioni traggono i maggiori vantaggi dagli encoder ad alta risoluzione? 

I requisiti degli encoder sono costantemente in aumento. Ciò è particolarmente vero per le applicazioni di posizionamento, ad esempio dei componenti elettronici. Ciò è dovuto al numero crescente di contatti elettrici e alla contemporanea riduzione delle dimensioni dell'alloggiamento dei moderni circuiti integrati estremamente complessi quali microprocessori e moduli logici programmabili (FPGA). Ad esempio, un moderno alloggiamento WF-XBGA conforme alla norma JEDEC MO-298, con un massimo di 2601 contatti e una dimensione della griglia di 0,4 mm, richiede una precisione di posizionamento di 0,4°m o 1/900 di giro. Un encoder rotativo adatto a questa mansione dovrebbe avere una risoluzione dieci volte maggiore, mentre, per un encoder incrementale, ciò si tradurrebbe in una risoluzione minima di 2250 conteggi per giro (cpt). 

Nel caso di applicazioni con controllo della velocità costantemente elevato, i requisiti relativi alla risoluzione dell'encoder sono notevolmente maggiori: a causa della proporzionalità quadratica tra la deviazione massima specificata della velocità dal valore impostato e la risoluzione dell'encoder necessaria, gli encoder devono presentare 10000 conteggi per giro. Di regola, minori sono le dimensioni e l'inerzia del sistema di azionamento, maggiore è la risoluzione necessaria. 

Encoder robusti e compatti

Entrambe queste applicazioni richiedono non solo un'alta risoluzione ma anche una velocità massima altrettanto elevata e un funzionamento dell'encoder privo di errori per un sistema finale agile e dinamico. Non da ultimo, anche un encoder ad alta risoluzione deve occupare uno spazio di installazione minimo ed essere elettricamente e meccanicamente robusto. 

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Encoder ENX 16 RIO

La nuova soluzione maxon con 65536 conteggi per giro

Il nuovo encoder maxon ENX 16 RIO (dove RIO è l'acronimo di Reflective, Interpolated, Optical) soddisfa i requisiti di un encoder ottico ad alta risoluzione dalle dimensioni particolarmente compatte. Grazie all'uso delle più moderne tecnologie, raggiunge 65536 conteggi per giro. L'alloggiamento, con diametro esterno di 16 mm e lunghezza di 7 mm, è molto robusto dal punto di vista meccanico grazie alla struttura stampata a iniezione. 

Installazione diretta sull'albero motore

ENX 16 RIO è un encoder incrementale a tre canali con segnali di uscita differenziali compatibili con EIA RS422. La risoluzione può essere configurata in fabbrica, da 512 conteggi per giro fino al limite massimo. Nel caso di risoluzioni fino a 4096 conteggi per giro, l'encoder lavora con velocità pari a 40000 rpm. Quando la risoluzione raddoppia, la velocità si dimezza a causa della frequenza massima degli impulsi in uscita di 3 MHz. Tuttavia, anche con una risoluzione molto elevata di 16384 conteggi per giro, sono ancora possibili 10000 rpm - il tutto con dimensioni estremamente compatte. L'alta velocità è supportata dalla struttura dei cuscinetti esterni priva di elementi di collegamento a molla. Montando il target direttamente sull'albero motore è possibile sfruttare completamente l'intero range dinamico nelle applicazioni di posizionamento. 

L'encoder ENX 16 RIO utilizza un disco con 256 righe. Grazie all'interpolazione programmabile fino a 256 è possibile raggiungere una risoluzione massima di 65536 conteggi per giro. Con l'analisi quadratica degli incrementi, la risoluzione di posizionamento massima è pari a 18 bit. Nonostante l'alta risoluzione, l'encoder è estremamente robusto: l'intervallo della temperatura d'esercizio è compreso tra -40 °C e +100 °C e, in combinazione con la flangia motore abbinata, il circuito stampato nell'alloggiamento in plastica presenta una custodia resistente alla polvere conforme al grado di protezione IP5x. Pertanto questo encoder ottico è adatto anche agli ambienti “sporchi”. L'ENX 16 RIO fornisce agli ingegneri una soluzione modulare per un'ampia gamma di motori DC maxon. Sono inoltre possibili combinazioni per le soluzioni di azionamento diretto basate sulle serie da DCX 16 a DCX 35, EC-4pole 22 ed EC-4pole 30 e sui motori a rotore interno con avvolgimento in ferro EC-i 30, EC-i 40 ed EC-i 52. 

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Dalle stampanti 3D ai robot chirurgici 

La tabella 1 riepiloga i dati chiave del nuovo encoder ENX 16 RIO. Questo nuovo encoder ad alta risoluzione è particolarmente adatto per il controllo ad alta precisione di posizionamento e velocità. L'alta frequenza degli impulsi e la struttura a cuscinetti esterni permettono di non scendere a compromessi in termini di velocità e dinamica di controllo. Il resistente alloggiamento con formato ENX, l'ampio range della temperatura di esercizio, l'interfaccia RS-422 differenziale e l'installazione a prova di polvere sui motori maxon indicati forniscono nuove soluzioni per numerose applicazioni high-end, quali le misurazioni di precisione, macchine di stampa, robot delta, stampanti 3D, plotter, robot chirurgici, applicazioni aptiche, posizionamento di componenti elettronici e molto altro. Non dimentichiamo che per sfruttare in modo ottimale le capacità del nuovo encoder, le unità di comando di posizione e velocità devono essere sufficientemente dinamiche e correttamente regolate. Tutto ciò è possibile con i dispositivi di comando del moto ad alte prestazioni di maxon quali ESCON, EPOS4 e MAXPOS. Anche i componenti meccanici di uscita devono soddisfare i massimi requisiti di qualità e precisione, per questo motivo è preferibile installare encoder ad alta risoluzione nelle applicazioni ad azionamento diretto. 

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ENX 16 RIO – il nuovo encoder ottico riflettente con fino a 65536 conteggi per giro in combinazione con un motore DC configurabile (DCX 16 S)

Autore: Dr. Volker Schwarz

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