Wenn Sie die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung oder die Position einer rotierenden Welle messen müssen, benötigen Sie wahrscheinlich einen Drehgeber. Und wenn es an der Zeit ist, einen auszuwählen, gibt es zwei Haupttypen zu berücksichtigen: den inkrementellen Geber und den Absolutwertgeber.

Die richtige Wahl ist wichtig, weshalb wir diesen kurzen Leitfaden für Absolutwertgeber zusammengestellt haben, um Ihnen zu helfen, zu verstehen, was sie sind, wie sie sich von inkrementellen Gebern unterscheiden und in welchen Situationen Sie einen benötigen.

Was ist ein Absolutwertgeber?

Ein Absolutwertgeber liefert einen eindeutigen Positionswert oder ein Datenwort an jedem Rotationspunkt, der die „absolute“ Position des Gebers darstellt. Von dem Moment an, in dem Sie ihn einschalten, kann ein Absolutwertgeber Ihnen die genaue Position der rotierenden Welle mitteilen, die er misst. Dies geschieht durch die Verwendung eines optischen, magnetischen oder kapazitiven Sensors, um einen eindeutigen Code von einer Scheibe zu lesen, die sich mit der Welle dreht. Entscheidend ist, dass ein Absolutwertgeber dies tun kann, ohne die Welle drehen zu müssen, und diese Position auch bei vorübergehendem Stromausfall beibehalten kann. Je mehr eindeutige Codes sich auf der Scheibe des Gebers befinden, desto genauer ist Ihre Positionsmessung.

Auflösungen werden in Bit (Binärziffern) dargestellt, die der Anzahl der eindeutigen Datenwörter über eine Umdrehung entsprechen. Absolutwertgeber gibt es auch in Single-Turn- und Multi-Turn-Varianten. Single-Turn-Geber liefern Positionsdaten über eine volle Umdrehung, 360°, wobei die Ausgabe für jede Umdrehung der Welle wiederholt wird. Multi-Turn-Geber liefern auch Positionsdaten über eine einzelne Umdrehung, haben aber einen zusätzlichen „Umdrehungs“-Zähler, der die Anzahl der Umdrehungen misst.

Absolutwertgeber vs. Inkrementalgeber

Umgekehrt arbeitet ein Inkrementalgeber, indem er Impulse erzeugt, wenn sich die Welle dreht. Ein typischer Inkrementalgeber erzeugt 2 Rechteckwellen, die um 90 Grad phasenverschoben sind. Diese Impulse müssen von der Elektronik außerhalb des Gebers verfolgt oder gezählt werden.

Typische Inkrementalgeber-Wellenformen 90° phasenverschoben

Auflösungen werden durch die Anzahl der Impulse pro Umdrehung, PPR, dargestellt und stellen die Anzahl der High-Impulse dar, die ein Inkrementalgeber von einem seiner Rechteckwellenausgänge haben wird.

Da die Ausgabe eines Inkrementalgebers nur in einem von 4 sich wiederholenden Zuständen vorliegt, muss der Geber auf einen bekannten festen Ort oder „Home“ bezogen werden, um aussagekräftige Positionsinformationen zu liefern. Von der Home-Position, oft ausgerichtet auf den Indeximpuls des Gebers, kann dann die inkrementelle Änderung der Drehung der Welle verfolgt und die absolute Position der Welle bekannt sein. Dies muss jedes Mal geschehen, wenn Sie den Inkrementalgeber einschalten oder bei vorübergehendem Stromausfall. Folglich dauert es länger, die absolute Positionsmessung zu erhalten – und die Welle muss sich drehen, um sie bereitzustellen.

Inkrementalgeber sind weniger komplex als absolute Modelle und daher typischerweise günstiger (obwohl sich die Preisdifferenz verringert). Wenn Sie nur die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung oder die relative Position überwachen, ist ein Inkrementalgeber normalerweise die beste Option, aber wenn die absolute Position Ihr Hauptanliegen ist, ist ein Absolutwertgeber der richtige Weg.

Warum einen Absolutwertgeber gegenüber einem Inkrementalgeber wählen?

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

Das Wissen über die absolute Position beim Start kann in vielen Systemen unerlässlich sein, wo es in bestimmten Positionen sicher ist, die Welle in die eine Richtung, aber nicht in die andere, weiterzudrehen. Je nach Anwendung könnte dies zu Schäden an der Ausrüstung, Verletzungen oder Schlimmerem führen. In Situationen wie diesen ist es entscheidend, dass Sie die genaue Position Ihres rotierenden Geräts kennen, bevor sich Teile bewegen.

Ebenso wichtig ist, dass ein Absolutwertgeber die wahre Position in Echtzeit liefert. Da immer mehr Systeme digital werden und Verbindungen zu einem zentralen Kommunikationsbus herstellen, ist es von großem Vorteil, den Geber bei Bedarf und bei Bedarf in Echtzeit nach der Position abfragen zu können, mit minimaler Latenz. Um Ihre Position mit einem Inkrementalgeber zu verfolgen, müssen Sie auch nach der Homing-Sequenz alle Impulse mit externer Schaltung (typischerweise über Quadraturdecodierung) verfolgen. Zusätzlich zu der benötigten externen Schaltung bedeutet dies auch, dass es eine gewisse Latenz bei der Bestimmung der Position gibt.

Absolutwertgeber erzeugen ein eindeutiges, digitales „Wort“ für jede Position in seiner angegebenen Auflösung

Es gibt auch andere Vorteile. Systeme, die Absolutwertgeber implementieren, sind im Allgemeinen weniger anfällig für elektrisches Rauschen, da sie die Position durch Lesen eines fehlergeprüften Codes von Binärgebern oder digital über einen seriellen Bus erhalten, anstatt Inkrementalgeber, die Impulse zählen müssen.

Damit verbunden ist die Tatsache, dass es relativ einfach ist, mehr als einen Absolutwertgeber in demselben System zu kombinieren – vielleicht für die Fabrikautomation oder in einem Roboterarm mit mehreren Gelenken. Wenn Sie Inkrementalgeber verwenden, kann die Überwachung der Ausgänge von mehreren Geräten sehr kompliziert werden und erfordert erhebliche Rechenleistung. Aber mit Absolutwertgebern, insbesondere solchen, die Sie mit einem zentralen Kommunikationsbus verbinden können, können Sie Daten von jedem einzelnen abrufen, was viel weniger Rechenleistung zur Interpretation der Messung erfordert.

Anwendungen von Absolutwertgebern

Nachdem wir die wichtigsten Unterschiede zwischen Absolutwertgebern und Inkrementalgebern dargelegt haben, wollen wir uns kurz einige spezifische Szenarien ansehen, in denen Absolutwertgeber eingesetzt werden.

Ein wichtiger Markt ist die Robotik – ein sich schnell entwickelnder Bereich, der eine Vielzahl von Sektoren abdeckt. In der Fertigung finden Sie Roboterarme, die zum Montieren, Schweißen, Spritzen und für andere Aufgaben verwendet werden. Sie finden sie auch im Gesundheitswesen. Beispielsweise erfordert die Fernchirurgie große Mengen an außergewöhnlich präzisen Positionsinformationen von Roboterarmen. Haushaltsassistenzroboter sind ein weiterer neuer Anwendungsfall für Absolutwertgeber.

Dies ist jedoch nur ein Bereich, da immer mehr Systeme digital werden und sich die Preisspanne zwischen Inkremental- und Absolutwertgebern verringert, wird die Vielfalt der Anwendungen für Absolutwertgeber nahezu endlos, sowohl in den Industrie- als auch in den Verbrauchermärkten. Von automatischen Toren und Kameragimbals bis hin zur Fabrikautomation sind Absolutwertgeber eine hochwirksame und zunehmend budgetfreundliche Möglichkeit zur Positionsbestimmung.

Optionen für Absolutwertgeber

Die Auswahl des richtigen Gebertyps für Ihr Produktdesign ist unerlässlich, weshalb es so wichtig ist, die wichtigsten Unterschiede zwischen Inkremental- und Absolutwertgebern zu verstehen. Da sich die Preisunterschiede schließen und sich die Technologien ändern, bieten Absolutwertgeber viele deutliche Vorteile gegenüber ihren inkrementellen Pendants, was sie zu einer faszinierenden Option für Ihre Positionsrückmeldungsanforderungen macht.