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Sensoren
Bild 5: Beispiel einer Anschlussbelegung: Die differentiellen
Eingänge 7 und 8 der EPOS2 50/5 können für den Empfang von
analogen Signalen speziell konfiguriert werden. Alle Signale werden
aufgrund der Störsicherheit differentiell übertragen. Spannungsversorgung
des Encoders erfolgt entweder über die von der Steuerung
erzeugten Hilfsspannung Vaux oder über eine externe Speisung.
den muss. Die Ein- und Ausgänge
der maxon EPOS2-Positioniersteuerungen
unterstützen die
elektrische Versorgung von zwei
Inkrementalencodern (2-Kanal
oder 3-Kanal bis zu 2,5 Millionen
Impulse pro Umdrehung, RS-
422-Schnittstelle) und ermöglichen
Signalfrequenzen bis 5 MHz.
Beispielsweise lassen sich selbst
bei einer respektablen Drehzahl
von 25.000 min -1 immer noch
hochauflösende Encoder mit
12.000 Impulsen pro Umdrehung
verwenden (Bild 3).
Digitale Inkrementalencoder
stoßen an ihre Grenzen, wenn
sehr hohe Impulszahlen benötigt
werden. Neben Anwendungen
mit extrem genauer
Positionierung ist dies bei steifer
Regelung und bei der Messung
sehr kleiner Geschwindigkeiten
der Fall. Encoder mit mehr als
5000 Impulsen sind möglich, sie
bauen aber meist groß (Durchmesser)
und sind aufgrund der
aufwändigeren Interpolations-
elektronik teuer. Hohe Impulszahlen
bedeuten bei höheren
Drehzahlen auch hohe zu übertragende
Frequenzen, was sich
limitierend auf die Kabellänge
auswirken kann.
Analoge inkrementelle Encoder
Einen Ausweg bieten hier die
analogen Inkrementalencoder.
Sie liefern anstelle der fest vorgegebenen
Impulse ihrer digitalen
Varianten sinusförmige
Signale mit einer oder mehreren
(bis einige hundert) Perioden
pro Wellenumdrehung
(oder pro maximalem Weg bei
linearen Systemen). Daraus lässt
sich die Position im Prinzip mit
beliebiger Genauigkeit interpolieren.
Der Anwender kann
die Auflösung selber bestimmen.
Eine gute Signalqualität
mit identischen Amplituden
(Verstärkung) auf beiden
Kanälen ist allerdings entscheidend,
um präzise Positionen zu
errechnen. Um Störungen wäh-
Bild 6: Prinzip der SSI-Signalübertragung: „(1) Messwert wird gespeichert.
(2) Ausgabe des ersten Datenbits. (3) Alle Datenbits sind übertragen,
Monoflop beginnt abzulaufen. (4) Monoflop fällt in seinen
Grundzustand, eine neue Übertragung kann gestartet werden.“ [1]
Bild 7: Beispiel einer Anschlussbelegung: Taktsignal am digitalen
Ausgang 5 der EPOS2 50/5. Serieller Eingang der Datenbits am
digitalen Eingang 9. Spannungsversorgung des Encoders entweder
über die von der Steuerung erzeugten Hilfsspannung Vaux oder über
eine externe Speisung.
rend der analogen Datenübertragung
zu reduzieren, werden
die Signale differentiell übertragen.
Ebenfalls wichtig sind
hochwertige analoge differentielle
Detektoren in der Steuerung
und eine genügend hohe
Abtastrate bei der Digitalisierung.
Für die Interpolation kann beispielsweise
der digitale Signalprozessor
der Steuerung verwendet
werden, sodass keine zusätzlichen
Hardwarekosten anfallen.
Analoge Inkrementalencoder
bieten eine Möglichkeit,
sehr hohe Auflösungen bei relativ
geringen Kosten zu erhalten.
Da die Interpolation erst im
Regler geschieht und damit nur
moderate Frequenzen auftreten,
gestaltet sich die Signalübertragung
über lange Leitungen einfacher.
Als Beispiel: Ein Encoder
mit 100 Perioden pro Umdrehung
und 6000 min -1 (100 Hz) ergibt
ein analoges Signal von 10 kHz.
Mit einer 100-fachen Interpolation,
was bei ausreichendem
Signal-Rauschverhältnis möglich
ist, ergäbe sich eine digitale
Signalfrequenz von 1 MHz.
Interessant in diesem Zusammenhang
ist, dass viele digitale
Inkrementalencoder (z.B. maxon
MILE, maxon MR-Encoder)
eigentlich analoge Sinussignale
erzeugen und diese direkt im
Encoder interpolieren und digitale
Signale erstellen. Etwaige
Imperfektionen in der Signalqualität
lassen sich bei einigen
Modellen in einem Einstellschritt
am Ende des Herstellprozesses
abgleichen (z.B. via
einem Look-up Table). Analoge
inkrementelle Encoder können,
wie ihre digitalen Gegenspieler,
in sehr kleinen Baugrößen ausgeführt
werden (Bild 4).
EPOS2 unterstützt die Verwendung
von analogen inkrementellen
Encodern, allerdings
ohne Nullimpuls (Indexkanal).
Die differentiellen Sinus-Cosinus-Signale
mit einer Amplitude
von 1 Vss können mit maximal
10 Bit interpoliert werden.
Bei einem Sinus-Encoder mit
1024 Signalperioden entspricht
dies der Auflösung eines digitalen
Inkrementalencoders mit
1 Million Quadcounts.
Inkrementelle Sinus-Encoder
finden sich in Anwendungen,
die eine hohe Genauigkeit und
Regelsteifigkeit erfordern, wie
zum Beispiel Verpackungs-,
Druck- und Werkzeugmaschinen.
Dabei sind oft spielbehaftete
Getriebe oder andere mechanischen
Antriebselemente nicht
zulässig und die Encoder werden
in Direktantrieben und Linearachsen
eingesetzt (Bild 5).
SSI-Absolut-Encoder
Inkrementalencoder, seien sie
analog oder digital, messen nur
Positionsänderungen und benötigen
für eine absolute Positionsangabe
eine Referenzfahrt.
Referenzfahrten finden meist
8 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2012