Was ist der Unterschied zwischen absoluten und inkrementellen Encodern?
Encoder sind wichtige Komponenten in Bewegungssteuerungssystemen und liefern Feedback zu Position, Geschwindigkeit und Richtung mechanischer Komponenten wie Motoren und Aktuatoren. Sie spielen eine entscheidende Rolle in Anwendungen von der Robotik und industriellen Automatisierung bis hin zu CNC-Maschinen und Unterhaltungselektronik. Die beiden wichtigsten Arten von Encodern sind Absolut-Encoder und Inkremental-Encoder. Das Verständnis ihrer Unterschiede, Vorteile und geeigneten Anwendungen ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Encoders für einen bestimmten Anwendungsfall.
1. Definition
Absolute Encoder:
Funktion: Liefert einen eindeutigen Positionswert (absolute Position) für jeden Wellenwinkel, wodurch sichergestellt wird, dass jede Position eindeutig identifizierbar ist.
Ausgabe: Jede Position entspricht einem bestimmten binären oder digitalen Code, d. h. die genaue Position kann sofort beim Start bestimmt werden, ohne dass eine Referenz erforderlich ist Punkt.
Inkrementalgeber:
Funktion: Liefern relative Positionsinformationen durch die Generierung von Impulsen bei der Drehung der Welle. Sie verfolgen Bewegungen, indem sie diese Impulse von einem bekannten Referenzpunkt aus zählen.
Ausgabe: Erzeugen Impulse (oft mit Richtungsinformationen), die gezählt und referenziert werden müssen, um Position, Geschwindigkeit und Richtung zu bestimmen.
2. Funktionsprinzipien
Absolute Encoder:
Nutzen Sie eine Reihe konzentrischer Spuren, die jeweils ein Binärbit darstellen. Während sich die Welle dreht, lesen optische, magnetische oder kapazitive Sensoren diese Spuren und generieren einen einzigartigen Code.
Typen:
Singleturn-Absolut-Encoder: Liefern Positionsinformationen für eine volle Umdrehung.
Mehrgängige Absolutwertgeber:Verwenden Sie Mechanismen (wie Zahnräder oder Speicher), um mehrere Umdrehungen zu verfolgen und so eine kumulative Position zu liefern.
Inkrementalgeber:
Verwenden Sie eine Scheibe mit gleichmäßig verteilten Markierungen (Schlitzen oder Linien), die beim Drehen der Welle an den Sensoren vorbeilaufen.
Generieren Sie normalerweise zwei um 90 Grad versetzte Rechteckwellenausgänge (A und B), um die Richtung zu bestimmen.
Kann einen Indeximpuls (Z) enthalten, um eine Referenzposition festzulegen.
3. Wichtige Unterschiede
Funktion | Absolute Encoder | Inkrementelle Drehgeber |
Positionsinformationen | Bietet einen eindeutigen absoluten Positionswert | Bietet eine relative Position basierend auf der Impulsanzahl |
Behandlung von Stromausfällen | Behält Positionsinformationen bei Stromausfall bei | Verliert Positionsinformationen; erfordert erneute Referenzierung |
Startverhalten | Kennt sofort die Position beim Einschalten | Erfordert Homing oder Referenzierung zur Positionsbestimmung |
Komplexität | Komplexere Schaltkreise und Kodierungsschemata | Einfacheres Design und Signalverarbeitung |
Auflösung | Normalerweise höher, bietet präzise absolute Werte | Kann durch Impulszählung eine hohe Auflösung erreichen |
Kosten | Aufgrund der Komplexität im Allgemeinen teurer | Normalerweise günstiger |
Verkabelung | Erfordert mehr Kabel für mehrere Kanäle | Weniger Kabel erforderlich, einfachere Verbindungen |
Anwendungseignung | Ideal für Anwendungen, die sofortige und genaue Positionsdaten erfordern, insbesondere nach Verlust | Geeignet für Anwendungen, bei denen die relative Bewegungsverfolgung ausreicht und die absolute Position wiederhergestellt werden kann |
4. Vorteile und Nachteile
Absolute Encoder
Vorteile:
Sofortige Positionsdaten: Sofortige Bestimmung der Wellenposition ohne Anfahren eines Referenzpunkts.
Stromausfall-Resilienz: Behält Positionsinformationen bei Stromunterbrechungen bei.
Hohe Präzision:Bietet oft eine höhere Auflösung und Präzision, insbesondere bei Multiturn-Varianten.
Sicherheit:Besser geeignet für Anwendungen, bei denen eine präzise Positionsverfolgung für die Sicherheit entscheidend ist.
Nachteile:
Kosten: Normalerweise teurer als inkrementelle Encoder.
Komplexität: Komplexer in Design und Implementierung, erfordert anspruchsvollere Elektronik.
Verkabelung: Erfordert möglicherweise mehr Signalleitungen, was die Verkabelung komplexer macht.
Inkrementalgeber
Vorteile:
Einfachheit: Einfachere Implementierung durch einfachere Elektronik und Verkabelung.
Kostengünstig: Im Allgemeinen günstiger, daher geeignet für budgetsensible Anwendungen.
Hochgeschwindigkeitsfähigkeit:Kann Hochgeschwindigkeitsanwendungen dank unkomplizierter Impulserzeugung effektiv handhaben.
Nachteile:
Positionsrücksetzung bei Stromausfall: Erfordert eine Neuausrichtung oder Referenzierung nach Stromunterbrechungen, was möglicherweise zu Ausfallzeiten führt.
Relative Positionierung: Absolute Position kann ohne externe Referenzierung nicht bestimmt werden, was die unmittelbare Position einschränkt Bewusstsein.
Fehlerpotenzial: Verpasste Impulse oder Zählfehler können zu einer ungenauen Positionsverfolgung führen.
5. Typische Anwendungen
Absolut-Encoder:
Robotik: Erfordern präzise und sofortige Kenntnis der Gelenke Positionen.
Industrielle Automatisierung: Entscheidend für CNC-Maschinen, Roboterarme und Fließbänder, bei denen eine exakte Positionierung erforderlich ist.
Medizinische Geräte: Gewährleistet präzise Bewegungen in Geräten wie Operationsrobotern und Bildgebungssystemen.
Luft- und Raumfahrt: Wird in Anwendungen verwendet, bei denen Zuverlässigkeit und Präzision von größter Bedeutung sind.
Inkrementalgeber:
Motordrehzahlregelung: Geeignet für Anwendungen, bei denen relative Geschwindigkeit und Richtung überwacht werden.
Drucker und Scanner: Verfolgen Sie Bewegungen über eine Oberfläche.
Aufzüge und Förderbänder: Überwachen Sie Bewegung und Position und führen Sie beim Start eine Neureferenzierung durch.
Einfache Industriemaschinen: Wo die absolute Positionsverfolgung nicht kritisch ist oder durch Homing-Routinen verwaltet werden kann.
6. Auswahlüberlegungen
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl zwischen absoluten und inkrementellen Encodern die folgenden Faktoren:
Anforderungen an die Positionsgenauigkeit:
Hohe Präzision erforderlich: Absolutwertgeber sind vorzuziehen.
Relative Positionierung ausreichend: Inkrementalwertgeber können ausreichend sein.
Stromversorgungszuverlässigkeit:
Häufige Stromausfälle: Absolutwertgeber sind vorteilhaft.
Stabile Stromversorgung: Inkrementelle Encoder können effektiv eingesetzt werden.
Budgetbeschränkungen:
Kostensensitive Anwendungen: Inkrementelle Encoder sind mehr wirtschaftlich.
Höheres Budget verfügbar: Absolute Encoder bieten mehr Funktionen und Zuverlässigkeit.
Systemkomplexität:
Einfachere Systeme: Inkrementelle Drehgeber sind einfacher zu integrieren.
Komplexe Systeme, die detailliertes Feedback erfordern: Absolute Drehgeber liefern umfassende Positionsdaten.
Anwendungsumgebung:
Harte Bedingungen oder sicherheitskritische Umgebungen: Absolutwertgeber liefern zuverlässigeres Feedback.
Nicht-kritische Umgebungen: Inkrementalgeber sind geeignet und kostengünstig.
Startverhalten:
Beim Start sind sofortige Positionskenntnisse erforderlich: Absolute Encoder machen eine Referenzfahrt überflüssig.
Startpositionierung kann kalibriert werden: Inkrementelle Encoder können mit Homing-Sequenzen verwendet werden.
7. Fazit
Sowohl absolute als auch inkrementelle Encoder spielen eine wichtige Rolle in Bewegungssteuerungssystemen, jeder mit seinen einzigartigen Stärken und idealen Anwendungsfällen. Absolute Encoder sind die erste Wahl für Anwendungen, die präzise, sofortige und zuverlässige Positionsdaten erfordern, insbesondere in Umgebungen, in denen Stromausfälle möglich sind oder in denen Sicherheit und Genauigkeit von größter Bedeutung sind. Andererseits bieten Inkrementalgeber eine kostengünstige und einfachere Lösung für Anwendungen, bei denen eine relative Positionierung ausreicht und Systemeinfachheit und Budgetüberlegungen wichtig sind.
Die Auswahl des richtigen Gebertyps hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Budget und Systemkomplexität. Durch sorgfältige Bewertung dieser Faktoren können Ingenieure und Designer optimale Leistung und Effizienz ihrer Bewegungssteuerungssysteme sicherstellen.