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Vantagens e aplicações práticas de codificadores de alta resolução
Nos últimos anos, tem sido introduzido no mercado um número crescente de codificadores de alta resolução. Com o seu ENX 16 RIO compacto, também a maxon motor apresentou um modelo topo de gama. Mas quais as aplicações que mais beneficiam das altas resoluções dos codificadores?
Os requisitos para os codificadores estão continuamente a aumentar. Isto é particularmente relevante para aplicações de posicionamento, tais como a instalação de componentes eletrónicos. A razão para isto é o número crescente de contactos elétricos e a simultânea diminuição do tamanho da caixa de circuitos integrados modernos e altamente complexos, tais como microprocessadores ou módulos lógicos programáveis (FPGA). Por exemplo, uma caixa WF-XBGA moderna, de acordo com a norma JEDEC MO-298, com até 2601 contactos e uma dimensão de grelha de 0,4 mm, requer uma precisão de posicionamento de 0,4°m ou 1/900 de uma revolução. Um codificador rotativo adequado para a tarefa deve dispor de uma resolução dez vezes superior. Para um codificador incremental, isto resulta numa resolução mínima de 2250 contagens por volta (ipv).
Para aplicações com controlo de velocidade altamente constante, os requisitos para a resolução do codificador são ainda significativamente mais elevados: devido à relação quadrada entre o desvio máximo especificado da velocidade em relação ao valor de referência e a resolução necessária do codificador, esta tarefa requer codificadores com várias 10 000 contagens por volta. Regra geral, quanto menor e menos inerte for o sistema de acionamento, maior será a resolução necessária.
Os codificadores devem ser robustos e compactos
Ambas as aplicações requerem não só uma alta resolução, mas também uma velocidade máxima comparativamente elevada e uma função de codificador sem erros, para um sistema final ágil e dinâmico. Por último, mas não menos importante, até mesmo um codificador de alta resolução deve utilizar o menor espaço de instalação adicional possível e ser elétrica e mecanicamente robusto.
Codificador ENX 16 RIO
A nova solução maxon com 65 536 contagens por volta
O novo codificador maxon ENX 16 RIO (sendo que RIO significa Reflective, Interpolated, Optical) cumpre os requisitos de um codificador ótico de alta resolução, com uma dimensão especialmente compacta. O facto de recorrer à mais recente tecnologia permite atingir até 65 536 contagens por volta. E a sua caixa com 16 mm de diâmetro exterior e um comprimento de 7 mm é mecanicamente muito robusta, graças à sua construção moldada por injeção.
Instalado diretamente no veio do motor
O ENX 16 RIO é um codificador incremental de três canais, com sinais de saída diferenciais compatíveis EIA RS422. A resolução pode ser configurada de fábrica, a partir de 512 contagens por volta ao máximo. Para resoluções de até 4096 contagens por volta, o codificador funciona sem erros a velocidades de até 40 000 rpm. Quando a resolução duplica, a velocidade é reduzida para metade. Isto deve-se à frequência máxima de impulsos de saída de 3 MHz. No entanto, mesmo com uma resolução muito alta de 16 384 contagens por volta, ainda é possível atingir 10 000 rpm — e tudo isto numa dimensão muito compacta. A alta velocidade é suportada pela construção do rolamento externo sem elementos de ligação por mola. Ao montar a peça diretamente no veio do motor, toda a gama dinâmica pode ser utilizada em aplicações de posicionamento.
O codificador ENX 16 RIO utiliza um disco com 256 linhas. Com a interpolação programável de até 256, pode ser alcançada uma resolução de até 65 536 contagens por volta. Com a avaliação da quadratura dos incrementos, a resolução máxima da posição é de 18 bits. Apesar da respetiva alta resolução, o codificador é muito robusto: a sua gama de temperaturas de serviço é de -40 °C a +100 °C e, em combinação com o flange do motor correspondente, a placa de circuito revestida em plástico fornece uma caixa à prova de poeiras, de acordo com a classe IP5x. Assim, este codificador é igualmente adequado para ambientes “sujos”. O ENX 16 RIO oferece aos engenheiros uma solução modular para uma vasta gama de motores DC maxon. São possíveis combinações para soluções de acionamento direto com base nas séries DCX 16 a DCX 35, EC-4pole 22 e EC-4pole 30, bem como nos motores de rotor interno ferroso EC-i 30, EC-i 40 e EC-i 52.
De impressoras 3D a robôs cirúrgicos
A tabela 1 resume os dados essenciais do novo codificador ENX 16 RIO. Este novo codificador de alta resolução é especialmente adequado para o controlo de alta precisão da posição e da velocidade. A sua elevada frequência máxima de impulsos e a sua construção de rolamento externo significam que dificilmente será necessário comprometer a dinâmica de controlo e velocidade. A robusta caixa em formato ENX, a vasta gama de temperaturas de serviço, a interface RS422 diferencial e a instalação à prova de poeiras em motores maxon especificados permitem novas soluções em muitas aplicações topo de gama, tais como medição de precisão, máquinas de impressão, robôs delta, impressoras 3D, plotters, robôs cirúrgicos, aplicações hápticas, colocação de componentes eletrónicos e muito mais. Não se esqueça: a fim de explorar plenamente as capacidades do novo codificador, os sistemas de controlo de posição e velocidade têm de ser suficientemente dinâmicos e devidamente ajustados. Isto é possível com os sistemas de controlo de movimento de alto desempenho da maxon, tais como o ESCON, EPOS4 e MAXPOS. Os componentes de saída mecânicos também têm de cumprir os mais elevados requisitos de qualidade e precisão. Por estas razões, é preferível instalar codificadores de alta resolução em aplicações de acionamento direto.
