Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, el cabezal lector del codificador se desplaza a lo largo de una escala y detecta los cambios en la luz (en el caso de los codificadores ópticos) o en el campo magnético (en el caso de los magnéticos). Al registrar estos cambios, el cabezal genera señales sinusoidales y cosenoidales desfasadas 90 grados (denominadas «señales en cuadratura»). Estas señales analógicas se convierten en señales digitales, que posteriormente 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 no presentan errores. Cualquier imperfección en las señales sinusoidales y cosenoidales —denominada error subdivisional— 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 sinusoidales y cosenoidales.

Utilizar un patrón de Lissajous para determinar el error de subdivisión

Para analizar el error de subdivisión, se representa 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 el gráfico centrado en la coordenada 0,0, si las señales están desfasadas exactamente 90 grados y tienen una amplitud 1:1, el gráfico formará un círculo perfecto. El error subdivisional puede manifestarse como un desplazamiento del punto central o como diferencias de fase (el desplazamiento del seno y el coseno no es exactamente de 90 grados) o de amplitud entre las señales de seno y coseno. Incluso en codificadores de alta calidad, el error subdivisional puede ser del 1 al 2 por ciento del período de la señal, por lo que la electrónica de procesamiento de señales suele incluir correcciones de ganancia, fase y desplazamiento para contrarrestar los errores subdivisionales.

Los accionamientos directos requieren codificadores de alta precisión.

La precisión del codificador 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 rotativo acoplado al motor proporciona información de velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información de posición. Sin embargo, en aplicaciones de accionamiento directo, no hay codificador rotativo. 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, la velocidad, puede provocar fluctuaciones en la velocidad.

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