PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

IPUC – Instituto Politécnico da PUC Minas

Curso de Engenharia Mecatrônica

Automação Industrial

Encoder - Transdutor de posição angular

Igor Vinicius Discacciati Loschi

Rafael de Almeida Lial

Belo Horizonte

Novembro de 2012

Igor Vinicius Discacciati Loschi

Rafael de Almeida Lial

Automação Industrial

Encoder - Transdutor de posição angular

Trabalho apresentado a disciplina de Tópicos

Especiais 2, do 10º Período do curso de

Engenharia Mecatrônica da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais.

Orientador: Nivaldo Miranda

Belo Horizonte

Novembro de 2012

Sumário

1 Introdução.....................................................................................................................4

2 Desenvolvimento..........................................................................................................4

2.1 Idéia..................................................................................................................4

2.2 Transdutores Codificados (CDTs).................................................................5

2.3 Princípio de Funcionamento..........................................................................6

2.4 Tipos de encoder............................................................................................6

2.4.1. Encoder Regular.........................................................................................6

2.4.2. Encoder Regular Defasado ou Incremental.............................................7

2.4.3. Encoder Absoluto......................................................................................8

3 Vantagens e Desvantagens.......................................................................................12

4 Encoders na prática...................................................................................................13

5 Conclusão...................................................................................................................16

6 Referência Bibliográfica............................................................................................16

1. INTRODUÇÃO

Neste trabalho será apresentado tudo a respeito de Encoder, explicando seu

principio de funcionamento, os tipos, aplicação e vantagens e desvantagem. O

Encoder é um sensor que possui grande utilidade na automação quanto na indústria

ou como em qualquer equipamento. Ele possui a capacidade de saber com alta

precisão o posicionamento e velocidades de peças que se movem linearmente ou

angular mente. Trata-se de um sensor do tipo CDTs (transdutores codificados).

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 Princípios de funcionamento

A idéia vem dos antigos dos antigos pianos (que tocavam sozinhos), em que

consiste em um cilindro que ao girar acionava laminas que tocava a determinada

nota desejada de acordo com a música. Tendo como semelhança com o encoder a

trilha demarcada para cada posição desejada.

Figura 01 – Cilindros com pinos para caixinhas de música

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2.2 Transdutores codificados (CDT)

São sensores que fornecem a informação por pulsos ou sinais digitais, sendo

esse necessário um circuito eletrônico pra transformar esse código em informações

de fácil entendimento. Eles podem ser do tipo Relativo aonde que só indica a

mudança de posição ou Absoluto que indica a posição real do objeto. Podendo ser

utilizado para deslocamentos lineares ou angulares conforme figura abaixo.

Figura 02 – Trandutor absoluto

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2.3 Princípio de funcionamento

Internamente o sensor de posicionamento angular é geralmente construído por

um emissor(led), receptor(foto-sensor) e um disco perfurado que possibilidade a

passagem ou não luz gerando assim pulsos ao girar o eixo de acionamento.

Conforme figura abaixo

Figura 03 – Princípio de funcionamento

Para movimentos lineares o pricipio é o mesmo, a única diferença fica relacionada

em que a tira de claros e escuros fique disposta longitudicionalmente, podendo o

emisssor e receptor se movimentarem ou até mesmo a movimentação está somente na

tira.

2.4. TIPOS DE ENCODER

2.4.1. Encoder Regular

O encoder regular tem a característica de a cada interrupção da luz, devido a

rotação do disco, um pulso é enviado ao controle.

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Da frequência dos pulsos determina-se a velocidade do eixo, determina a posição

a partir de um referencial.

Figura 04 – Encoder Regular

2.4.2. Encoder Regular Defasado ou Incremental

Esse encoder possui disco especial, caracterizado pelos furos em duas linhas, o

que provoca uma defasagem nos sinais gerados pelos componentes ópticos,

permitindo ao computador determinar além da velocidade, o sentido de rotação do eixo.

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Figura 05 – Encoder regular defasado

2.4.3. Encoder Abosoluto

Esse encoder se diferencia dos outros pois possui vários sensores óticos que

combinados entre si geram um código binário, para cada posição dos disco.

O princípio de funcionamento de um encoder absoluto e de um incremental é

bastante similar, isto é, ambos utilizam o princípio das janelas transparentes e opacas,

com estas interrompendo um feixe de luz e transformando pulsos luminosos em pulsos

elétricos.

O elemento básico é um disco de vidro estampado por um padrão de trilhas

concêntricas. Vários feixes de luz atravessam cada trilha para iluminar fotosensores

individuais , como mostrado na figura 06 abaixo.

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Figura 06 – Encoder Absoluto

Uma diferencial do encoder absoluto é enquanto a posição do encoder

incremental é dada por pulsos a partir do zero, a posição do encoder absoluto é

determinada pela leitura de um código e este é único para cada posição do seu curso,

consequentemente os encoders absolutos não perdem a real posição no caso de uma

queda de tensão elétrica.

Em muitos encoders desse tipo a codificação das posições é feita em binário,

conforme mostra a figura 07.

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Figura 07 Codificação em binário.

Existe alguns problemas referente ao código binário, trata-se de uma forma intuitiva

de se fazer a marcação de posições, porém existem alguns problemas a serem

considerados na adoção desta forma de numeração das posições.

Figura 08: Problema na codificação em binário.

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Para evitar estes problemas muitos transdutores de deslocamento absolutos adotam

uma codificação diferente que é dada pelo denominado Código de Gray.

No código de Gray, a passagem de um valor numérico para outro sempre se faz

com a mudança de valor de um único bit. Isso facilita a leitura.

Por exemplo para passar do 11 decimal para 12 decimal temos duas possibilidades:

Binário: 01011 para 01100

Gray: 01110 para 01010

Observe que em binário tivemos 3 bits mudando e no código Gray apenas 1,

conforme mostra a figura 9.

Figura 09: Comparação entre binário e Gray.

A idéia de se usar esse tipo de codificação vem do tempo em que os circuitos

digitais ainda usavam válvulas e contadores eletromagnéticos. As válvulas consumiam

uma grande quantidade de energia assim como a comutação de contadores.

Assim, picos de consumo eram gerados quando na passagem de 0111111 para 100000

quando vários relés eram fechados e abertos ao mesmo tempo. O pico de EFM (Força

Contra-Eletromotriz) gerado podia causar sérias instabilidades ao circuito.

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No código binário, os valores dos dígitos são expressos pela sua posição no número

como potências de 2.

Assim, para a numeração de 0 a 7 em binário temos:

0 - 000

1 - 001

2 - 010

3 - 011

4 - 100

5 - 101

6 - 110

7 - 111

Veja que, para a passagem de 011 (3) para 100 (4) todos os dígitos mudam! No

código Gray temos uma forma difrente de representar os números de 0 a 7:

1 - 000

2 - 001

3 - 010

4 - 110

5 - 111

6 - 101

7 - 100

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Na figura 10 mostramos um disco sensor de encoder programado em Código Gray.

Figura 10: Disco programado em código Gray.

3. VANTAGEM E DESVANTAGEM

Vantagens:

São lineares ou podem ser programados para qualquer outro tipo de resposta.

São precisos

Possuem desgaste muito baixo

O circuito de condicionamento é simples

Desvantagens:

É preciso ter um acoplamento mecânico com o objeto.

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4. ENCODERS NA PRÁTICA

Hoje em dia pode-se encontrar no mercado com grande facilidade os mais diversos

tipos, modelos e forma que melhor se adequam para a aplicação desejada para

equipamentos que vao desde baixa precisão para equipamentos de altíssima precisão.

Abaixo estão apresentados os aspectos físicos dos encoder

Figura 11 – Aspecto físico de um encoder

Figura 12 – Controle de automóveis dentro-fora em torres de estacionamentos

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Figura 14 – Industrias que necessitam de alta precisão, robos e máquinas CNC

Figura 15 – Saída sincronizada de encoder absoluto rotativo para posições absolutas de dados

por revolução e revolução de contagem

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Figura 16 – Adequado para várias ferramentas e máquinas

Figura 17 – Controle de posção automático em máquina de transmissão

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5. CONCLUSÃO

Assim após esse estudo sobre encoder podemos concluir que é um transdutor de

altíssima aplicação na engenharia, pois como é um sensor de movimento capaz de

converter movimentos lineares ou angulares em informações elétricas, podemos

manipular, controlar e comandar variáveis como distância, velocidade e posição.

6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

[1] BRAGA, Newton C. – Artigo - “COMO FUNCIONA OS ENCODERS”

[2] MELO, Felipe Fonseca Silva. – Trabalho Acadêmico - “ENCODER”.

Instrumentação Eletrônica. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de

Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica.

[3] OLIVEIRA, Mário Anderson. – Aula - “ENCODER”. Universidade Federal de Santa

Catarina, 2007, Instituto Federal de Educação Tecnológica do MT.