Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, un cabezal de lectura de un codificador se desplaza a lo largo de una escala y detecta los cambios en la luz (en los codificadores ópticos) o en el campo magnético (en los magnéticos). Al registrar estos cambios, el cabezal genera señales de seno y coseno desfasadas 90 grados entre sí (denominadas señales de cuadratura). Estas señales analógicas de seno y coseno se convierten en señales digitales, que luego se interpolan —en algunos casos, por un factor de 16 000 o más— para aumentar la resolución. Sin embargo, la interpolación solo puede ser precisa si las señales analógicas originales están libres de errores. Cualquier imperfección en las señales de seno y coseno —conocida como error de subdivisión— degrada la calidad de la interpolación y reduce la precisión del codificador.

El error de subdivisión es cíclico y se produce con cada intervalo de la escala o paso de escaneo (es decir, con cada período de señal), pero no se acumula y es independiente de la escala o la longitud de recorrido. Las dos causas principales del error de subdivisión son las imprecisiones mecánicas y la desalineación entre la escala y el cabezal de lectura, aunque las perturbaciones armónicas también pueden causar distorsiones en las señales seno y coseno.

Utilizando un patrón de Lissajous para determinar el error de subdivisión

Para analizar el error de subdivisión, se representa gráficamente la magnitud de la señal sinusoidal en un gráfico XY frente a la magnitud de la señal cosenoidal a lo largo del tiempo. Esto crea lo que se conoce como un patrón de Lissajous.

Con la gráfica centrada en el origen (0,0), si las señales se desfasan exactamente 90 grados y tienen una amplitud 1:1, la gráfica formará un círculo perfecto. El error de subdivisión puede manifestarse como un desplazamiento del punto central o como diferencias de fase (desfase de seno y coseno no exactamente 90 grados) o de amplitud entre las señales de seno y coseno. Incluso en codificadores de alta calidad, el error de subdivisión puede ser del 1 al 2 % del periodo de la señal, por lo que la electrónica de procesamiento de señales suele incluir correcciones de ganancia, fase y offset para contrarrestar los errores de subdivisión.

Los accionamientos directos requieren codificadores de alta precisión.

La precisión del encoder es importante para aplicaciones de posicionamiento accionadas por motores rotativos de acoplamiento mecánico, pero resulta especialmente crítica cuando se utiliza un motor lineal de accionamiento directo. La diferencia radica en cómo se controla la velocidad.

En una aplicación tradicional de motor rotativo, un codificador rotatorio acoplado al motor proporciona información sobre la velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información sobre la posición. Sin embargo, en aplicaciones de accionamiento directo, no existe un codificador rotatorio. El codificador lineal proporciona información tanto de velocidad como de posición, y la información de velocidad se deriva de la posición del codificador. El error de subdivisión —que afecta la capacidad del codificador para informar con precisión la posición y, por lo tanto, derivar la información de velocidad— puede provocar fluctuaciones en la velocidad.

Además, los sistemas de accionamiento directo pueden funcionar con altas ganancias en el lazo de control, lo que les permite responder rápidamente para corregir errores de posición o velocidad. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia del error, el controlador no puede seguirle el ritmo y el motor consume más corriente al intentar responder, lo que produce ruido audible y un sobrecalentamiento del motor.