Wann ist ein Absolutwertgeber die richtige Wahl für Ihre Konstruktion?

Wenn Sie die Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung oder Position einer rotierenden Achse messen müssen, benötigen Sie höchstwahrscheinlich einen Drehgeber. Und wenn es an der Zeit ist, einen auszuwählen, gibt es zwei Haupttypen, die Sie in Betracht ziehen sollten: den Inkremental-Drehgeber und den Absolut-Drehgeber.

Die richtige Wahl zu treffen ist wichtig, deshalb haben wir diesen kurzen Leitfaden zu absoluten Encodern zusammengestellt, um Ihnen zu helfen zu verstehen, was sie sind, wie sie sich von inkrementellen Encodern unterscheiden und in welchen Situationen Sie einen benötigen könnten.

Was ist ein Absolutwertgeber?

Ein absoluter Encoder liefert an jedem Punkt der Drehung einen eindeutigen Positionswert oder ein Datenwort, das die "absolute" Position des Encoders darstellt. Ab dem Moment, in dem Sie ihn einschalten, kann ein absoluter Encoder Ihnen die exakte Position der rotierenden Achse mitteilen, die er misst. Dies erfolgt durch die Verwendung eines optischen, magnetischen oder kapazitiven Sensors, der einen eindeutigen Code von einer Scheibe abliest, die sich mit der Achse dreht. Entscheidend ist, dass ein absoluter Encoder dies tun kann, ohne die Achse bewegen zu müssen, und die Position auch bei vorübergehendem Stromausfall nachverfolgen kann. Je mehr eindeutige Codes auf der Scheibe des Encoders vorhanden sind, desto präziser ist die Positionsmessung.

Auflösungen werden in Bits (binäre Ziffern) dargestellt, die der Anzahl der einzigartigen Datenwörter über eine Umdrehung entsprechen. Absolutwertgeber sind auch in Ein- und Mehrumdrehungsvarianten erhältlich. Ein-Umdrehungsgeber liefern Positionsdaten über eine vollständige Umdrehung, 360°, wobei die Ausgabe bei jeder Umdrehung der Welle wiederholt wird. Mehr-Umdrehungsgeber liefern ebenfalls Positionsdaten über eine einzelne Umdrehung, verfügen jedoch über einen zusätzlichen Umdrehungszähler, der die Anzahl der Umdrehungen misst.

Absolut- vs. Inkremental-Encoder

Umgekehrt arbeitet ein inkrementaler Encoder, indem er Impulse erzeugt, während sich die Achse dreht. Ein typischer inkrementaler Encoder erzeugt 2 Rechtecksignale, die um 90 Grad phasenverschoben sind. Diese Impulse müssen von Elektronik, die außerhalb des Encoders liegt, verfolgt oder gezählt werden.

Die Auflösungen werden durch die Anzahl der Pulse pro Umdrehung, PPR, dargestellt und geben die Anzahl der hohen Pulse an, die ein Inkrementalgeber von einem seiner Rechteckwellen-Ausgänge erzeugt.

Da die Ausgabe eines inkrementellen Encoders immer nur in einem von vier sich wiederholenden Zuständen erfolgt, muss der Encoder auf einen bekannten festen Ort oder "Home" referenziert werden, um aussagekräftige Positionsinformationen bereitzustellen. Vom Home-Ort aus, der häufig mit dem Indeximpuls des Encoders ausgerichtet ist, kann die inkrementelle Änderung der Drehung der Welle verfolgt und die absolute Position der Welle ermittelt werden. Dies muss jedes Mal geschehen, wenn der inkrementelle Encoder eingeschaltet wird oder im Falle eines vorübergehenden Stromausfalls. Folglich dauert es länger, die absolute Positionsmessung durchzuführen – und die Welle muss sich drehen, um diese bereitstellen zu können.

Inkrementalgeber sind weniger komplex als absolute Modelle und daher normalerweise kostengünstiger (obwohl der Preisunterschied kleiner wird). Wenn Sie lediglich die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung oder die relative Position überwachen, ist ein Inkrementalgeber in der Regel die beste Wahl. Wenn jedoch die absolute Position Ihr Hauptanliegen ist, ist ein Absolutgeber die richtige Lösung.

Warum einen Absolut-Encoder anstelle eines Inkremental-Encoders wählen?

Erstens, da ein Absolutgeber die Position der Welle beibehält, ist die Position sofort bekannt, sobald Sie ihn mit Strom versorgen. Sie müssen nicht auf einen Homing- oder Kalibrierungsvorgang warten und können die benötigten Positionsdaten beim Start oder nach einem Stromausfall schneller abrufen, selbst wenn die Welle gedreht wurde, während der Geber ausgeschaltet war.

Die Kenntnis der absoluten Position beim Start kann in vielen Systemen entscheidend sein, bei denen das Drehen der Welle in eine Richtung sicher ist, in die andere jedoch nicht. Je nach Anwendung könnte ein Fehler hierbei Schäden am Gerät, körperliche Verletzungen oder Schlimmeres verursachen. In solchen Situationen ist es von größter Bedeutung, die genaue Position Ihres rotierenden Geräts zu kennen, bevor sich Teile bewegen.

Ebenso wichtig ist, dass ein Absolutgeber die echte Position in Echtzeit liefert. Da immer mehr Systeme digital werden und mit einem zentralen Kommunikationsbus verbunden sind, ist die Möglichkeit, den Geber bei Bedarf für die Echtzeitposition abzufragen, mit minimaler Latenzzeit von großem Vorteil. Um Ihre Position mit einem inkrementellen Geber zu verfolgen, selbst nach der Referenzfahrt, müssen alle Impulse mit externer Schaltung (typischerweise über Quadratur-Dekodierung) überwacht werden. Zusätzlich zur benötigten externen Schaltung bedeutet dies auch, dass es eine gewisse Latenzzeit bei der Bestimmung der Position gibt.

Es gibt auch weitere Vorteile. Systeme, die absolute Encoder implementieren, sind im Allgemeinen weniger empfindlich gegenüber elektrischen Störungen, da sie die Position durch das Auslesen eines fehlersicheren Codes von binären Encodern oder digital über einen seriellen Bus ermitteln, statt durch inkrementelle Encoder, die Impulse zählen müssen.

Damit verbunden ist die Tatsache, dass es relativ einfach ist, mehr als einen Absolut-Drehgeber im selben System zu kombinieren – beispielsweise für die Fabrikautomatisierung oder in einem Roboterarm mit mehreren Gelenken. Wenn Sie inkrementelle Drehgeber verwenden, kann die Überwachung der Ausgänge mehrerer Geräte sehr kompliziert werden und erhebliche Rechenleistung erfordern. Bei Absolut-Drehgebern, insbesondere solchen, die Sie mit einem zentralen Kommunikationsbus verbinden können, können Sie jedoch Daten von jedem einzelnen Drehgeber individuell abrufen, was deutlich weniger Rechenleistung zur Interpretation der Messwerte erfordert.

Anwendungen von Absolut-Drehgebern

Nachdem wir die Hauptunterschiede zwischen absoluten und inkrementellen Encodern dargelegt haben, werfen wir einen kurzen Blick auf einige spezifische Szenarien, in denen absolute Encoder verwendet werden.

Ein wichtiger Markt ist die Robotik – ein sich schnell ausweitender Bereich, der eine Vielzahl von Sektoren abdeckt. In der Fertigung finden Sie Roboterarme, die für Montage, Schweißen, Lackieren und andere Aufgaben eingesetzt werden. Sie finden sie auch im Gesundheitswesen. Die Fernchirurgie zum Beispiel erfordert große Mengen an außergewöhnlich präzisen Positionsinformationen von Roboterarmen. Heimassistenz-Roboter sind ein weiteres aufstrebendes Anwendungsgebiet für absolute Encoder.

Dies ist jedoch nur ein Bereich. Da immer mehr Systeme digital werden und der Preisunterschied zwischen inkrementellen und absoluten Encodern kleiner wird, wird die Vielfalt der Anwendungen für absolute Encoder nahezu grenzenlos, sowohl im industriellen als auch im Konsumentenmarkt. Von automatisierten Toren und Kameragimbals bis hin zur Fabrikautomation sind absolute Encoder eine äußerst effektive und zunehmend kostengünstige Möglichkeit zur Positionsbestimmung.

Optionen für Absolute Encoder

Die Wahl des richtigen Encodertyps für Ihr Produktdesign ist entscheidend, weshalb es so wichtig ist, die wesentlichen Unterschiede zwischen inkrementalen und absoluten Encodern zu verstehen. Da die Preisunterschiede geringer werden und sich Technologien ändern, bieten absolute Encoder viele eindeutige Vorteile gegenüber ihren inkrementalen Gegenstücken, wodurch sie eine interessante Option für Ihre Anforderungen an Positionsrückmeldungen darstellen.