Un encoder rotativo di tipo incrementale può essere usato per misurare la direzione di rotazione, la velocità e lo spostamento angolare. Nella sua rotazione l’encoder genera due canali di uscita, A e B. Ciascuna uscita è un’onda quadra e, in un encoder in quadratura, le due uscite sono sfasate di 90°. La relazione che intercorre tra le due fasi consente di determinare la direzione di rotazione, come visibile in figura 1. Alcuni encoder generano anche un impulso indice (index pulse) in corrispondenza di una o più posizioni durante ciascuna rivoluzione che può essere usato per indicare una locazione specifica.
Fig. 1 – La relazione di fase tra i canali A e B indica la direzione della rotazione
Per calcolare la velocità di rotazione e lo spostamento angolare è necessario conoscere la risoluzione dell’encoder. La risoluzione esprime la rotazione, in termini di gradi meccanici, dell’encoder in corrispondenza di ogni impulso dell’onda quadra (Fig. 2). Una volta nota la risoluzione, la velocità dell’impulso indica la velocità di rotazione, mentre il numero di impulsi tra un punto iniziale e uno finale indica il numero di gradi della rotazione.
Fig. 2 – Un encoder caratterizzato da una risoluzione elevata può misurare incrementi più piccoli dello spostamento angolare
La risoluzione di un encoder può essere misurata in vari modo, come ad esempio PPR (Pulse Per Revolution), CPR (Count Per Revolution) o LPR (Line Per Revolution). Altri termini comunemente usati sono periodi per giro e cicli per giro. Ciascuna di queste esprime la granularità dell’encoder, anche se esistono sottile differenze che possono generare confusione: per questo motivo gli utenti devono conoscere il significato preciso per interpretare in modo corretto le uscite dell’encoder.
CUI Devices utilizza sempre il termine PPR (Pulse Per Revolution) per la propria gamma di encoder incrementali e per montaggio su pannello. Questi sono disponibili in modelli con risoluzione compresa tra 10 e 4096 PPR, che descrive il numero di impulsi (considerando solo la porzione alta dell’onda quadra) che gli encoder generano su una delle due uscite a onda quadra.
In pratica, la risoluzione dell’encoder espressa sotto forma di periodi, cicli o linee per giro fornirà lo stesso numero. In ogni caso, se il produttore esprime la risoluzione in termini di CPR, è importante sapere se questo acronimo si riferisce a cicli per giro (Cycle Per Revoluton) o a conteggi per giro (Count Per Revolution) in quanto la differenza, come si vedrà, è significativa.
I canali A e B generano un’uscita a 2 bit che ha quattro possibili stati, come visibile nella tabella di figura 1. Di conseguenza vi sono quattro conteggi in ogni ciclo completo, per cui il CPR (nell’accezione di Count Per Revolution) è pari a quattro volte PPR, mentre CPR (nell’accezione di Cycle Per Revolution) è equivalente a PPR. Il confronto tra i vari termini è riportato in figura 3.
Fig. 3 – Rispetto a impulsi, cicli o linee, per ogni giro vi sono quattro conteggi
Di conseguenza, se nel datasheet di un costruttore la risoluzione è indicata in CPR, è necessario sapere se questo acronimo si riferisce a conteggi per giro o cicli per giro. I due termini differiscono di un fattore pari a 4, il che comporta sicuramente errori nelle misure di velocità e spostamento.
Quando si effettua il confronto tra encoder di differenti produttori, i dati riportati nei datasheet devono essere coerenti: per questo motivo è necessario analizzare le forme d’onda o i diagrammi di temporizzazione per ciascun prodotto. Il calcolo dell’intervallo dell’impulso in gradi o arco-minuti fornisce un riferimento affidabile per il confronto.
L’Encoder Product Spotlight di CUI Devices fornisce ulteriori linee guida per una migliore comprensione e un uso più efficace degli encoder incrementali.