Precisión de la interpolación.

Para determinar la posición de un eje lineal, un cabezal de lectura del codificador se desplaza a lo largo de una escala y "lee" los cambios de luz (para codificadores ópticos) o del campo magnético (para tipos magnéticos). A medida que el cabezal de lectura registra estos cambios, produce señales de seno y coseno que se desplazan 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. Pero la interpolación sólo puede ser precisa si las señales analógicas originales no tienen errores. Cualquier imperfección en las señales seno y coseno (lo que se conoce como error subdivisional) degrada la calidad de la interpolación y reduce la precisión del codificador.

El error de subdivisión es cíclico y ocurre con cada intervalo de la escala o paso de exploración (es decir, con cada período de señal), pero no se acumula y es independiente de la escala o la longitud del recorrido. Las dos causas principales del SDE 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.

Uso de un patrón de Lissajous para determinar el error de subdivisión

Para analizar el error subdivisional, la magnitud de la señal de onda sinusoidal se traza en un gráfico XY frente a la magnitud de la señal de onda coseno, a lo largo del tiempo. Esto crea lo que se conoce como patrón "Lissajous".

Con el gráfico centrado en la coordenada 0,0, si las señales tienen un desfase de exactamente 90 grados y tienen una amplitud de 1:1, el gráfico formará un círculo perfecto. El error de subdivisión puede manifestarse como un desplazamiento del punto central o como diferencias de fase (desplazamiento del seno y el coseno no exactamente 90 grados) o amplitud entre las señales del seno y el coseno. Incluso en codificadores de alta calidad, SDE puede ser del 1 al 2 por ciento del período de la señal, por lo que la electrónica de procesamiento de señales a menudo incluye correcciones de ganancia, fase y compensación para contrarrestar errores de subdivisión.

Las transmisiones directas requieren codificadores de alta precisión

La precisión del codificador es importante para aplicaciones de posicionamiento impulsadas por motores rotativos acoplados mecánicamente, pero la precisión es especialmente crítica cuando se utiliza un motor lineal de accionamiento directo. La diferencia radica en cómo se controla la velocidad.

En una aplicación de motor rotativo tradicional, un codificador rotatorio conectado al motor proporciona información de velocidad, mientras que el codificador lineal proporciona información de posición. Pero en aplicaciones de accionamiento directo, no hay codificador rotatorio. El codificador lineal proporciona retroalimentación tanto para la velocidad como para la posición, y la información de velocidad se deriva de la posición del codificador. El error subdivisional, que afecta la capacidad del codificador para informar con precisión la posición y, por lo tanto, derivar información de velocidad, puede provocar una fluctuación de la velocidad.

Además, los sistemas de accionamiento directo pueden funcionar con altas ganancias de bucle de control, lo que les permite responder rápidamente para corregir errores de posición o velocidad. Pero a medida que aumenta la frecuencia del error, el controlador no puede seguir el ritmo del error y el motor consume más corriente tratando de responder, lo que genera un ruido audible y un calentamiento excesivo del motor.