Nauwkeurige meting: incrementele encoders

Encoders detecteren de draaibeweging van een as. De omwenteling wordt verdeeld in grotere of kleinere pulsen, afhankelijk van hun resolutie. Een incrementele encoder detecteert niet de absolute positie van een motoras, maar de relatieve positie van de as ten opzichte van een referentiepositie. Daarbij telt de encoder het aantal pulsen dat de huidige positie van de referentiepositie is verwijderd. Uit deze waarde kunnen positiegegevens worden afgeleid. FAULHABER biedt incrementele encoders die werken volgens het optische of magnetische meetprincipe.

Hoe werkt een magnetische incrementele encoder?

Het apparaat gebruikt sensoren om veranderingen in een magnetisch veld te meten. Een sensormagneet op de motoras genereert het magnetische veld dat met de motorrotatie meebeweegt. De sensoren bevinden zich op de printplaat van de encoder en detecteren deze draaiende beweging.

Naast de elektronica bestaat een optische incrementele encoder uit drie hoofdcomponenten: een lichtbron, codeschijf en fotosensor. De gebundelde lichtstraal van de lichtbron wordt op de codeschijf gericht, die samen met de as ronddraait. De schijf is verdeeld in velden met verschillende optische eigenschappen.

Bij reflecterende encoders zijn dat afwisselende reflecterende en zwarte velden. De reflecterende velden weerkaatsen het licht. De lichtbron en de fotosensor bevinden zich aan dezelfde kant als de codeschijf. De lichtbron, fotosensor en elektronica kunnen op dezelfde printplaat of zelfs op dezelfde chip worden geplaatst, wat een zeer compacte bouw mogelijk maakt. Bij doorlatende incrementele encoders is de schijf verdeeld in sleuven waar de lichtstraal doorheen valt. De lichtbron en de fotosensor zijn in dat geval afzonderlijke eenheden.

In beide gevallen detecteert de fotosensor de lichtpulsen van de codeschijf. De analyse van de pulsenreeks levert de informatie over het toerental en de relatieve positie. Optische encoders leveren een bijzonder grote positienauwkeurigheid en herhaalbaarheid, en ook de signaalkwaliteit is uitstekend. Bovendien zijn ze ongevoelig voor magnetische interferentie.

FAULHABER biedt incrementele encoders die werken volgens het optische of magnetische meetprincipe. Bij de optische apparaten wordt een lichtstraal in pulsen verdeeld door een codeschijf. De pulsen worden gedetecteerd door een fotosensor en dienen als basis voor het encodersignaal. Optische incrementele encoders van FAULHABER zijn hoofdzakelijk gebaseerd op het reflectieve proces omdat dit een zeer compacte bouw mogelijk maakt.

Magnetische incrementele encoders gebruiken sensoren om veranderingen te meten in een magnetisch veld dat wordt opgewekt door de motorrotatie.

Elektronische resolutieverhoging

Speciale elektronische componenten verwerken de pulsen van de optische of magnetische sensoren en genereren de gestandaardiseerde uitgangssignalen van de encoders. Ze kunnen de sensorsignalen ook interpoleren. Zo kunnen meerdere pulsen worden gegenereerd op basis van één gemeten fysieke puls. Hierdoor kan de fysieke resolutie van de incrementele encoder vele malen worden verhoogd.

De encoders kunnen zijn voorzien van twee of drie kanalen. Apparaten met drie kanalen meten een indexpuls bij elke omwenteling. Bij optische encoders gebeurt dit door middel van een anders ontworpen veld op de codeschijf. Bij magnetische encoders wordt gebruikgemaakt van een aanvullende kleine magneet of een aanpassing van de bestaande magneet op een vastgesteld punt. Omdat een incrementele encoder geen absolute posities meet maar alleen relatieve, is een externe referentiesensor vereist voor positionering. De externe sensor detecteert daarbij eenmalig een absolute positie (nulpunt).

Line driver elimineert interferentie

De incrementele encoders van FAULHABER kunnen optioneel worden voorzien van een Line driver die elektromagnetische interferentie tijdens signaaloverdracht elimineert. Dergelijke interferentie kan vooral optreden wanneer encodersignalen over afstanden van 50 cm of meer worden verzonden. De Line driver genereert een aanvullend differentieel signaal voor alle kanalen. De signalen worden in de regelaar weer gecombineerd door een receivermodule.

Welke variant de beste oplossing biedt, hangt af van de bedrijfsomstandigheden en de nauwkeurigheidsvereisten.

Omdat magnetische incrementele encoders geen optische signalen vereisen, zijn ze minder gevoelig voor stof. Daarnaast zijn ze in mechanisch opzicht eenvoudiger en robuuster dan optische encoders. De meeste magnetische encoders van FAULHABER hebben een modulair design en bieden de mogelijkheid om de resolutie af te stemmen op de toepassing. De nauwkeurigheid en signaalkwaliteit van de magnetische incrementele encoders zijn voor de meeste toepassingen voldoende.

Optische incrementele encoders zijn ongevoelig voor magnetische interferentie. Dankzij het gebruik van een codeschijf kan ook een hogere fysieke resolutie worden bereikt dan met een sensormagneet. Dit staat garant voor een zeer grote positienauwkeurigheid en herhaalbaarheid en een zeer hoge signaalkwaliteit. FAULHABER biedt bijvoorbeeld een optische incrementele encoder met een codeschijf met 625 signaalperioden per omwenteling. Door interpolatie kan daarmee een pulsaantal van 10.000 met 40.000 afzonderlijke randen worden bereikt. Dit komt neer op een hoekresolutie van 0,009 graden.

Incrementele encoders zijn altijd onderdeel van een aandrijvingsoplossing en moeten geschikt zijn voor de motor. Alle incrementele encoders van FAULHABER zijn ontwikkeld om te worden gecombineerd met specifieke motorfamilies. Voor vrijwel elke motor in het productassortiment van FAULHABER is ten minste één geschikte incrementele encoder beschikbaar.

Met onze Drive Calculator kunt u snel de aandrijvingsoplossing vinden die het beste aansluit bij uw vereisten. U kunt daar ook een encoder toevoegen. Lees wat belangrijk is bij het kiezen van een encoder in onze webinar 'Encoder Selection – The Right Encoder for Your Drive System' (beschikbaar in het Engels en Duits).

Ons verkoopteam staat klaar om u te adviseren.