Encoder incrementali e assoluti

Gli encoder incrementali e assoluti sono i sensori che convertono un movimento rotativo o lineare in un segnale elettrico, permettendo di misurare posizione, velocità e direzione. Sono l’organo di senso di innumerevoli macchine automatiche: dicono al sistema di controllo dove si trova un asse, quanto ha ruotato un albero o a che velocità avanza un nastro. Il loro principio è leggere il passaggio di una scala graduata, ottica o magnetica, solidale con la parte in movimento, e trasformarlo in impulsi o in un codice. La distinzione fondamentale è tra encoder incrementali, che contano quanti passi si sono compiuti a partire da un riferimento, ed encoder assoluti, che conoscono in ogni istante la posizione esatta senza bisogno di contare. Capire questa differenza è la chiave per scegliere l’encoder giusto e usarlo correttamente.

Questa pagina spiega come un encoder converte il movimento in segnale, la differenza tra incrementale e assoluto, e cosa conta per una misura affidabile. È una guida per il tecnico di automazione e controllo macchine.

Dal movimento al segnale

Il cuore di ogni encoder è una scala graduata con tacche regolari, solidale con la parte in movimento: un disco per gli encoder rotativi, una riga per quelli lineari. Un elemento di lettura fisso rileva il passaggio delle tacche mentre la scala si muove. Nei sistemi ottici la scala ha zone trasparenti e opache che modulano un fascio di luce raccolto da un fotorilevatore; nei sistemi magnetici la scala ha poli alternati che un sensore magnetico rileva. In entrambi i casi, il movimento genera un segnale periodico: ogni tacca che passa produce un impulso. Contando gli impulsi si sa di quanto ci si è spostati; misurandone la frequenza si ricava la velocità; confrontando due segnali sfasati si riconosce la direzione del moto. La finezza della scala, cioè quante tacche contiene, determina la risoluzione: più tacche, più fine è la misura. È questo principio, semplice ed elegante, a fare dell’encoder il traduttore universale tra il mondo meccanico del movimento e quello elettronico del controllo.

Incrementale e assoluto a confronto

La differenza fondamentale sta in cosa l’encoder conosce. L’encoder incrementale conta gli impulsi a partire da un punto di riferimento: sa di quanto si è mosso rispetto a quel punto, ma non conosce la posizione assoluta. Ha una risoluzione fine, è semplice ed economico, ma se manca l’alimentazione perde il conteggio e deve tornare a un riferimento, detto zero macchina, per ripartire. L’encoder assoluto, invece, associa a ogni posizione un codice univoco letto direttamente dalla scala, che ha piste codificate in modo che ogni punto abbia una configurazione diversa. Così l’encoder assoluto conosce la posizione esatta in ogni istante, anche subito dopo l’accensione, senza bisogno di ricercare uno zero. Questo è decisivo nelle applicazioni dove non ci si può permettere di perdere la posizione, come gli assi di sicurezza o le macchine che devono ripartire esattamente da dove si erano fermate. In cambio, l’encoder assoluto è più complesso. La scelta tra i due dipende quindi dal fatto che serva solo misurare uno spostamento, oppure conoscere sempre una posizione certa.

Tipo	Cosa conosce
Incrementale	Spostamento da un riferimento
Assoluto	Posizione esatta in ogni istante
Zero macchina	Serve solo all’incrementale

Dove si usano

Gli encoder sono ovunque ci sia un movimento controllato. Sugli assi delle macchine utensili e dei robot dicono al controllo la posizione esatta di ciascun asse, permettendo movimenti precisi. Sui motori misurano la velocità di rotazione per regolarla con precisione. Sulle linee di produzione seguono l’avanzamento di nastri e materiali per sincronizzare le lavorazioni e tagliare a misura. Negli strumenti di misura, righe ottiche ed encoder forniscono la lettura della posizione con grande finezza. La scelta tra ottico e magnetico dipende dall’ambiente: gli ottici offrono risoluzioni molto alte ma temono polvere e sporco, i magnetici sono più robusti in ambienti difficili. La scelta tra incrementale e assoluto dipende, come visto, dalla necessità di conoscere sempre la posizione. In tutti i casi, l’encoder è il sensore che chiude l’anello di controllo, permettendo alla macchina di sapere cosa sta facendo e correggersi. Senza encoder, non esisterebbe l’automazione di precisione.

• Convertono movimento in impulsi o codice.
• L’incrementale conta rispetto a un riferimento.
• L’assoluto conosce sempre la posizione esatta.
• Ottici ad alta risoluzione, magnetici più robusti.
• Chiudono l’anello di controllo delle macchine.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili contano la risoluzione adeguata all’applicazione, un montaggio corretto e la pulizia della scala. L’encoder va montato ben allineato e senza giochi meccanici tra la parte mobile e la scala, perché errori di montaggio si traducono in errori di lettura. Le scale ottiche vanno protette da polvere, oli e condensa, che possono disturbare la lettura; le magnetiche vanno tenute lontane da forti campi magnetici. Per gli incrementali va garantita una corretta ricerca dello zero all’accensione. Il segnale va protetto da disturbi elettrici lungo i cavi. Documentare tipo, risoluzione e montaggio rende il sistema tracciabile. Grazie alla conversione diretta del movimento in un segnale leggibile, gli encoder incrementali e assoluti sono i sensori fondamentali del controllo di posizione e velocità, e la scelta corretta tra i due tipi è il primo passo di ogni buona applicazione.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Sensori di rotazione e vibrazione del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato ai tachimetri ottici a riflesso. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo gli encoder fanno capo agli encoder, ruote di misura e accessori, nella famiglia sensori di processo. Se devi misurare posizione o velocità di un asse, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.