Cuándo y cómo utilizar codificadores multivuelta

Los encóderes giratorios multivuelta son sensores electromecánicos de precisión diseñados para medir no solo la posición angular de un eje en una sola revolución (de 0° a 360°), sino también el número acumulado de rotaciones completas. A diferencia de los encóderes monovuelta, que restablecen su salida con cada revolución, los encóderes multivuelta proporcionan tanto la posición angular absoluta como el recuento total de rotaciones, lo que permite una realimentación de posición precisa en rangos de movimiento ampliados.

En las aplicaciones avanzadas de control de movimiento, la captura del ángulo del eje durante un solo ciclo de 360° es insuficiente para una supervisión fiable del sistema. Cuando el movimiento de rotación se acopla mecánicamente a desplazamientos lineales, trenes de engranajes o equipos a gran escala, el seguimiento de las revoluciones totales se convierte en algo esencial. Los encóderes multivuelta responden a esta necesidad proporcionando datos continuos de posición absoluta, lo que garantiza una sincronización y un control precisos en sistemas electromecánicos complejos. En este artículo se explican con más detalle los encóderes multivuelta: cómo funcionan, dónde pueden utilizarse y otras consideraciones relativas a la integración.

Funcionalidad y ventajas del encóder multivuelta

Aunque pueda parecer factible realizar un seguimiento de las rotaciones completas del eje en el software controlando cuándo un encóder de una sola vuelta pasa de 359° a 0°, este enfoque plantea serios problemas de fiabilidad. Las muestras perdidas, las interrupciones del suministro eléctrico, los fallos de comunicación o incluso el ruido inducido por las vibraciones pueden desincronizar el recuento de vueltas. Las inversiones rápidas cerca del límite 0°/360° suelen confundir aún más la lógica de detección de vuelcos, lo que provoca errores acumulativos. Incluso con un amplio filtrado y ajuste de algoritmos, las soluciones basadas en software siguen siendo vulnerables a la pérdida de precisión.

Los encóderes absolutos multivuelta abordan estos desafíos a nivel de hardware integrando dos funciones fundamentales: resolución angular precisa en una sola revolución y un cuentarrevoluciones incorporado para el seguimiento de vueltas completas del eje. La medición angular suele realizarse mediante tecnologías de detección capacitivas, magnéticas u ópticas, mientras que el cuentarrevoluciones se actualiza de forma sincronizada con los datos angulares. Esta combinación proporciona una posición multivuelta absoluta real, con una respuesta sólida y sin errores sin depender de la lógica de vuelco externa.

El propio cuentarrevoluciones puede aplicarse de varias maneras. Los encóderes mecánicos emplean sistemas basados en engranajes, los diseños magnéticos suelen utilizar energía de impulsos de cable Wiegand para registrar los giros y las implementaciones digitales dependen de la energía eléctrica continua. Esto último suele requerir un cuidadoso diseño del sistema para mantener la continuidad de la alimentación -normalmente mediante baterías de reserva o salvaguardas de software- para preservar el recuento de turnos durante las interrupciones.

Cómo manejar los codificadores multivuelta en el arranque

Uno de los principales retos de diseño de los encóderes multivuelta es la gestión de los reinicios de encendido, ya que la pérdida del recuento de vueltas almacenado puede comprometer los datos de posición absoluta. Se suelen emplear varias estrategias de ingeniería para mitigarlo:

• Referencia de inicio o final de carrera: Al arrancar, el sistema conduce el mecanismo hasta un punto de referencia predefinido y reinicializa la posición del encóder.
• Persistencia del último valor conocido: Si se dispone de un controlador host o de una memoria no volátil, el sistema puede almacenar el último ángulo registrado y el último recuento de revoluciones antes de apagarse. Tras el reinicio, estos valores se vuelven a aplicar, siempre que el eje no se haya movido durante el tiempo de inactividad.
• Bloqueo mecánico del eje: En paradas planificadas o estados de potencia ultrabaja, el eje puede bloquearse físicamente para impedir el movimiento. El valor del codificador almacenado es válido en el momento del encendido, lo que permite un restablecimiento sin problemas. Este método es especialmente útil en sistemas portátiles o alimentados por pilas.
• Reinicialización a nivel del sistema: Para aplicaciones en las que es tolerable perder algunas vueltas, el sistema puede simplemente reiniciarse y recalibrarse al arrancar utilizando sensores externos o estados seguros por defecto. Esto reduce la complejidad, pero solo es viable en aplicaciones de retroalimentación de posición no críticas.

Para aplicaciones en las que es inaceptable perder el cuentarrevoluciones durante una interrupción del suministro eléctrico, la integración de una batería de reserva ofrece una de las soluciones más fiables. En lugar de depender de métodos de recalibración externos o sensores auxiliares, este enfoque garantiza que el encóder permanezca alimentado de forma continua tanto en cortes breves como prolongados.

Desde el punto de vista del consumo de energía, aquí es donde la elección de la tecnología adquiere importancia. Los codificadores capacitivos, como los de la serie AMT de Same Sky, suelen funcionar a solo ~80 mW, lo que los hace muy eficientes para diseños integrados y alimentados por batería. Su eficiencia minimiza el consumo de energía de reserva, lo que permite una asistencia de larga duración sin una capacidad excesiva de las baterías.

En cambio, los codificadores magnéticos suelen consumir entre 150 y 500 mW, mientras que los ópticos suelen necesitar entre 200 mW y más de 1 W en sistemas de alta resolución o basados en LED. Esta ventaja de eficiencia hace que los codificadores capacitivos sean una opción atractiva en entornos con restricciones de potencia en los que cada milivatio es fundamental.

Figura 1: Consumo energético común por tecnología de codificador. (Fuente de la imagen: Same Sky)

Ejemplos de aplicaciones que utilizan encóderes multivuelta

A continuación, se describen algunos casos reales en los que la información de una sola vuelta no es suficiente y se necesitan encóderes multivuelta:

• Accionamientos con reductor de engranaje o correa: Cuando un motor completa varias revoluciones por cada rotación del eje de salida (por ejemplo, una relación de 10:1), el seguimiento solo del ángulo final es inadecuado. El sistema debe tener en cuenta todos los giros intermedios para mantener la precisión posicional.
• Husillos a bolas y husillos de rosca: Cada rotación del eje corresponde a una distancia lineal fija. La falta de vueltas se traduce directamente en errores de posición lineal, por lo que el seguimiento multivuelta es fundamental para el posicionamiento de precisión.
• Mecanismos de piñón y cremallera: La carrera lineal continua se genera a partir de la entrada de rotación. Una respuesta precisa requiere contar cada rotación para calcular la verdadera distancia recorrida.
• Ejes giratorios en robótica y automatización: Las juntas, torretas y plataformas giratorias a menudo superan una sola revolución. Sin retroalimentación multivuelta, los sistemas corren el riesgo de cometer errores de movimiento e incluso colisiones durante el funcionamiento.

Desde un punto de vista general, un sistema de control de movimiento puede beneficiarse de un encóder multivuelta si la aplicación tiene los siguientes requisitos:

• Seguimiento de posición ampliado: Sistemas que deben supervisar el movimiento del eje más allá de 360°.
• Conversión de rotativo a lineal: Accionamientos de mecanismos en los que cada revolución corresponde a un recorrido lineal preciso.
• Relaciones de transmisión elevadas: Sistemas accionados por engranajes o correas en los que las revoluciones del motor superan con creces el movimiento del eje de salida.
• Precisión absoluta con filtrado mínimo: Aplicaciones que no pueden tolerar errores acumulativos de detección de vuelco de software.
• Lógica de arranque optimizada: Diseños que se benefician de una inicialización más sencilla y fiable tras el encendido.

La familia de encóderes absolutos AMT de Same Sky incluye modelos compactos multivuelta con interfaces digitales SPI y RS-485. Diseñados para sistemas de movimiento integrados, ofrecen un bajo consumo de energía, flexibilidad de montaje modular y comunicación sencilla, por lo que son ideales cuando se requiere un seguimiento multivuelta absoluto. La gestión adecuada de los reinicios de encendido garantiza una precisión ininterrumpida a lo largo de los ciclos de funcionamiento.

Aunque el protocolo de comunicación exacto varía, la mayoría facilita la lectura tanto de la posición angular como del recuento de vueltas mediante un pequeño número de bytes o comandos. Los comandos para los codificadores AMT de Same Sky están documentados en sus respectivas hojas de datos.

Conclusión

Los encóderes multivuelta agilizan el control de movimiento al gestionar internamente el seguimiento de las revoluciones, lo que elimina la necesidad de una lógica de vuelco compleja o de un filtrado de software exhaustivo. Esta capacidad integrada garantiza datos de posición precisos en amplios rangos de movimiento, lo que los convierte en un componente indispensable para los ingenieros que desarrollan sistemas de automatización fiables y escalables.

Los encóderes absolutos multivuelta AMT de Same Sky mejoran aún más la flexibilidad del diseño, ya que admiten diámetros de eje de motor de 2 mm a 5/8 pulgadas (15,875 mm). Esta amplia compatibilidad mecánica permite la integración en un amplio espectro de plataformas de motor, proporcionando una detección de posición robusta sin necesidad de personalización adicional.