Ein Inkrementalgeber ist ein Encodergerät, das die Winkelbewegung oder Position einer Welle in einen analogen oder digitalen Code umwandelt, um die Position oder Bewegung zu identifizieren. Inkrementalgeber gehören zu den am häufigsten verwendeten Drehgebern. Inkrementalgeber können in Positionierungs- und Motorgeschwindigkeits-Feedback-Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Servo-/Leicht-, Industrie- oder Schwerlastanwendungen. Inkrementalgeber liefern eine hervorragende Geschwindigkeits- und Abstandsrückmeldung, und da nur wenige Sensoren beteiligt sind, ist das System einfach und kostengünstig. Inkrementale Encoder können nur Änderungsinformationen liefern, daher benötigen Encoder ein Referenzgerät zur Berechnung der Bewegung.
1. Wie funktionieren Inkrementalgeber? So funktionieren Inkrementalgeber!
Inkrementalgeber liefern eine vorgegebene Anzahl an Impulsen während einer Geberumdrehung. Der Ausgang kann eine einzelne Impulslinie („A“-Kanal) oder zwei Impulslinien („A“- und „B“-Kanäle) sein, die versetzt sind, um die Drehung zu bestimmen. Diese Phase zwischen den beiden Signalen wird Quadratur genannt. Bei inkrementalen optischen Encodern besteht eine typische Baugruppe aus einer Spindelbaugruppe, einer Leiterplatte und einer Abdeckung. Die Leiterplatte enthält eine Reihe von Sensoren, die nur die beiden Hauptsignale für Position und Geschwindigkeit erzeugen.
Bei inkrementalen optischen Encodern erfasst der optische Sensor das Licht, während es die markierte Scheibe durchdringt. Die Scheibe bewegt sich, wenn sich die Spindelbaugruppe dreht, und die Informationen werden von der Leiterplatte in Impulse umgewandelt. Bei inkrementalen magnetischen Encodern wird der optische Sensor durch einen magnetischen Sensor ersetzt und die rotierende Scheibe enthält eine Reihe magnetischer Pole.
Optional können zusätzliche Signale bereitgestellt werden:
Der Index- oder „Z“-Kanal kann als Impuls-pro-Umdrehungs-Signal zur Referenzierung und Impulszählungsüberprüfung auf den A- und/oder B-Kanälen bereitgestellt werden. Dieser Index kann in verschiedenen Zuständen von A oder B mit einem Gatter versehen sein. Er kann auch nicht mit einem Gatter versehen sein und unterschiedliche Breiten haben. Einige Encoder können auch Kommutierungskanäle (U, V, W) bereitstellen. Diese Signale stimmen mit den Kommutierungswicklungen des Servomotors überein. Sie stellen außerdem sicher, dass die Treiber oder Verstärker dieser Motoren jede Wicklung in der richtigen Reihenfolge und mit dem richtigen Pegel mit Strom versorgen.
2. Welche Produkte können die Inkrementaldrehgeber untereinander ersetzen?
Während in vielen Feedback-Anwendungen üblicherweise Inkrementalgeber verwendet werden, bieten Resolver und Absolutwertgeber je nach Anwendungsanforderungen und Umgebung Alternativen.
* Inkrementeller Encoder und Parser
Resolver sind elektromechanische Vorläufer von Encodern, die auf einer Technologie aus dem Zweiten Weltkrieg basieren. Der Strom erzeugt entlang der Mittelwicklung ein Magnetfeld. Es gibt zwei zueinander senkrechte Wicklungen. Eine Wicklung ist ortsfest und die andere Wicklung bewegt sich mit, wenn sich das Objekt bewegt. Änderungen in der Stärke und Position der beiden interagierenden Magnetfelder ermöglichen es dem Resolver, die Bewegung des Objekts zu bestimmen.
Die Einfachheit des Resolver-Designs ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb auch unter extremen Bedingungen, von heißen und kalten Temperaturbereichen über Strahlungseinwirkung bis hin zu mechanischen Störungen durch Vibration und Stöße. Dass der Parser jedoch die Quell- und Anwendungsassemblierung verzeiht, geht zu Lasten seiner Fähigkeit, in komplexen Anwendungsdesigns zu arbeiten, da er keine ausreichend genauen Daten erzeugen kann. Im Gegensatz zu Inkrementalgebern geben Resolver nur analoge Daten aus, für deren Anbindung möglicherweise spezielle Elektronik erforderlich ist.
* Inkrementalgeber und Absolutwertgeber
Absolutwertgeber kommen dort zum Einsatz, wo Geschwindigkeits- und Positionsgenauigkeit, Fehlertoleranz und Interoperabilität wichtiger sind als die Einfachheit des Systems. Ein Absolutwertgeber ist in der Lage, anhand seiner Position im Falle eines Systemstromausfalls zu „wissen, wo er sich befindet“ und startet neu, wenn sich der Geber während des Ausfalls bewegt.
Der Absolutwertgeber selbst kennt Positionsinformationen – er ist nicht auf externe Elektronik angewiesen, um einen Basisindex der Position des Gebers bereitzustellen. Insbesondere im Vergleich zu Resolvern und Inkrementalgebern liegt der klare Vorteil von Absolutwertgebern darin, wie sich ihre Positionierungsgenauigkeit auf die Gesamtleistung der Anwendung auswirkt. Daher sind sie häufig der Drehgeber der Wahl für hochpräzise Anwendungen wie CNC, Medizin und Robotik.
3. Die Verwendung und Anwendung von Inkrementalgebern
Inkrementalgeber sind so konzipiert, dass sie vielseitig und anpassbar sind, um für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet zu sein. Die drei großen Anwendungskategorien basierend auf Umgebungen sind:
* Heavy Duty: Raue Umgebungen mit hohem Risiko für Verunreinigungen und Feuchtigkeit, höheren Temperatur-, Stoß- und Vibrationsanforderungen, wie sie in Zellstoff-, Papier-, Stahl- und Holzfabriken vorkommen.
* Industrielle Anwendungen: Allgemeine Betriebsumgebungen in Fabriken, die standardmäßige IP-Schutzarten sowie mäßige Stoß-, Vibrations- und Temperaturspezifikationen erfordern, wie sie in Fabriken der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Textilindustrie und der allgemeinen Fabrikautomation zu finden sind.
* Leichtbau/Servo: Kontrollierte Umgebungen mit hohen Präzisions- und Temperaturanforderungen, wie Robotik, Elektronik und Halbleiter.