1. Was ist ein Absolutwertgeber?
Ein Absolutwertgeber ist ein Encodertyp, der präzise Positionsinformationen eines Objekts oder einer mechanischen Komponente liefert. Im Gegensatz zu Inkrementalgebern, die Bewegungen anhand von Impulszählungen erfassen, geben Absolutwertgeber für jede Position einen eindeutigen Code aus und gewährleisten so eine genaue Rückmeldung unabhängig von Stromunterbrechungen oder Resets. Diese Fähigkeit macht Absolutwertgeber äußerst zuverlässig in Anwendungen, in denen die Aufrechterhaltung genauer Positionsdaten entscheidend ist.
Absolutwertgeber werden häufig in Branchen wie Automatisierung, Robotik, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und mehr eingesetzt, in denen hochpräzise und Echtzeit-Positionsrückmeldung erforderlich sind.
Querschnitt von Absoluter (elektromagnetischer) Encoder
2. Wie funktionieren Absolutwertgeber?
Das Kernprinzip von Absolutwertgebern besteht darin, eine Rotations- oder Linearverschiebung in ein eindeutiges digitales Signal umzuwandeln, das einer bestimmten Position entspricht. Bei einem Absolutwertgeber ist die Kodierscheibe oder Magnetscheibe mit eindeutigen Mustern versehen, die bestimmte Positionen darstellen. Diese Muster können optische Markierungen (für optische Encoder) oder magnetische Pole (für magnetische Encoder) sein.
Optische Encoder: Diese verwenden eine Lichtquelle und Fotodetektoren, um Änderungen in Mustern auf einer Codierscheibe zu erkennen. Während sich die Scheibe dreht, erzeugt der Encoder ein Signal basierend auf der eindeutigen Position der Markierungen auf der Scheibe.
Magnetische Encoder: Diese verwenden Magnetfelder, um Positionsänderungen zu erkennen. Sie sind tendenziell robuster als optische Encoder und werden in rauen Umgebungen eingesetzt.
Eindeutiger Positionscode: Jede Position auf der Encoderscheibe entspricht einem eindeutigen Binär-, Gray-Code- oder Hexadezimalcode, wodurch sichergestellt wird, dass keine zwei Positionen denselben Ausgabecode aufweisen. Selbst wenn das System die Stromversorgung verliert, kann der Encoder seine Positionsdaten beibehalten und beim Neustart die richtige Ausgabe bereitstellen.
Kein Zurücksetzen erforderlich: Im Gegensatz zu inkrementellen Encodern, die beim Ausschalten ihre Positionsinformationen verlieren, müssen absolute Encoder nicht zurückgesetzt werden. Die Position ist immer verfügbar, sodass sie sich für Anwendungen eignen, bei denen Positionsgenauigkeit entscheidend ist, auch nach Ein- und Ausschaltzyklen.
Absolute Encoder-Ausgabe
3. Typen von Absolutwertgebern
Absolutwertgeber gibt es in verschiedenen Typen, abhängig von der Ausgabemethode, dem Kodierungstyp und dem Funktionsprinzip. Nachfolgend sind die wichtigsten Typen von Absolutwertgebern aufgeführt:
Single-Turn-Absolutwertgeber: Diese Geber liefern eindeutige Codes für Positionen innerhalb einer einzelnen Umdrehung. Sie werden typischerweise in Anwendungen mit begrenzter Drehbewegung oder bei kleinerem Positionsbereich verwendet.
Multi-Turn-Absolut-Encoder: Diese Encoder können Positionen über mehrere Umdrehungen verfolgen und bieten eine höhere Auflösung und größere Positionsbereiche. Multiturn-Encoder sind ideal für Anwendungen, die hohe Präzision und Rotation über große Entfernungen erfordern.
Optische Encoder: Optische Absolut-Encoder verwenden optische Sensoren und Lichtquellen, um Muster auf der Codierscheibe zu lesen. Sie bieten eine hohe Auflösung, sind jedoch empfindlich gegenüber Staub, Schmutz und rauen Umgebungsbedingungen.
Magnetische Encoder: Magnetische Absolut-Encoder verwenden Magnetfelder zur Positionserkennung und bieten eine langlebigere Lösung als optische Encoder. Diese eignen sich ideal für den Einsatz in Umgebungen mit rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder Staub.
Encoder mit serieller und paralleler Ausgabe:
Serieller Ausgang: Diese Encoder verwenden typischerweise Kommunikationsprotokolle wie SSI, Modbus, CAN oder Profibus, um Positionsdaten über größere Entfernungen zu übertragen.
Paralleler Ausgang: Diese Encoder bieten eine direkte Ausgabe mit mehreren Signalleitungen, die typischerweise in Anwendungen mit kurzer Entfernung und hoher Geschwindigkeit verwendet werden.
4. Hauptmerkmale von Absolutwertgebern
Eindeutige Positionsinformationen: Jede Position auf dem Drehgeber entspricht einem eindeutigen Code, der jederzeit präzise und genaue Positionsdaten liefert.
Kein Zurücksetzen erforderlich: Absolute Encoder müssen nach dem Aus- und Wiedereinschalten nicht zurückgesetzt werden. Sie können Positionsdaten auch dann speichern, wenn das System ausgeschaltet ist, und sind daher ideal für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit entscheidend ist.
Hohe Präzision: Absolute Encoder bieten eine hohe Auflösung und Genauigkeit und eignen sich daher für Anwendungen, die eine präzise Positionsrückmeldung erfordern, wie z. B. Roboter, CNC-Maschinen und mehr.
Mehrere Ausgabeformate: Diese Encoder bieten verschiedene Ausgabetypen, darunter analoge Signale, digitale Signale und serielle Kommunikationsschnittstellen, und bieten so die Flexibilität, sich an verschiedene Steuerungssysteme anzupassen.
Hohe Haltbarkeit: Insbesondere magnetische Absolut-Encoder sind für ihre Robustheit bekannt und eignen sich daher für raue Umgebungen, in denen optische Encoder aufgrund von Staub oder Feuchtigkeit ausfallen könnten.
5. Anwendungen von Absolutwertgebern
Aufgrund ihrer hohen Präzision und Zuverlässigkeit werden Absolutwertgeber häufig in Branchen eingesetzt, in denen eine genaue Positionsrückmeldung unerlässlich ist. Einige typische Anwendungen sind:
Industrielle Automatisierung: In automatisierten Produktionslinien werden Absolutwertgeber zur Steuerung von Roboterarmen, Förderbändern und Werkzeugmaschinen verwendet. Ihr präzises Feedback stellt sicher, dass die Ausrüstung vordefinierten Pfaden genau folgt.
Robotik: In der Robotik werden Absolutwertgeber verwendet, um die Positionen von Roboterarmen, mobilen Plattformen und anderen Geräten zu verfolgen und dem Steuerungssystem Echtzeit-Feedback zu liefern. Sie sind unverzichtbar für Anwendungen, die eine präzise Bewegungssteuerung erfordern, wie etwa die automatisierte Montage oder chirurgische Roboter.
Automobilelektronik: Absolute Encoder werden in Automobilanwendungen wie elektrischen Lenksystemen, Fensterhebern, Sitzverstellungen und der Überwachung der Schiebedachposition eingesetzt. Die präzisen Positionsdaten stellen sicher, dass diese Komponenten reibungslos funktionieren und zuverlässig auf Benutzereingaben reagieren.
Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrt werden Absolutwertgeber zur Steuerung von Flugflächen, zur Satellitenpositionierung und anderen kritischen Systemen eingesetzt. Ihre präzise Positionsrückmeldung gewährleistet Sicherheit und genaue Steuerung im Flugbetrieb.
Medizinische Geräte: Absolute Encoder werden in medizinischen Geräten wie MRT-Geräten, CT-Scannern und robotergestützten Operationsinstrumenten verwendet. Sie liefern präzises Feedback, um einen sicheren und effektiven Betrieb zu gewährleisten.
Aufzugssysteme: Absolutwertgeber werden verwendet, um die Position von Aufzügen zu steuern und sicherzustellen, dass sie auf der richtigen Etage anhalten und einen sicheren, reibungslosen Betrieb gewährleisten.
6. Vergleich: Absolute vs. inkrementelle Encoder
So schneiden absolute und inkrementelle Encoder im Vergleich ab:
Positionsinformationen:
Absolut-Encoder: Bietet einen eindeutigen Code für jede Position und gewährleistet so eine präzise Positionsverfolgung, selbst bei Stromausfall oder Neustart des Systems.
Inkremental-Encoder: Verwendet Impulszählungen zur Positionsverfolgung. Bei Stromausfall gehen Positionsdaten verloren, was einen Reset oder Neukalibrierung.
Präzision:
Absolut-Encoder: Bietet höhere Präzision und Genauigkeit, da jede Position einen eindeutigen Code hat.
Inkremental-Encoder: Bietet eine niedrigere Auflösung und wird normalerweise für Geschwindigkeits- oder Richtungsrückmeldung verwendet, nicht für die genaue Position Tracking.
Anwendungen:
Absolut-Encoder: Ideal für Anwendungen, bei denen Positionserhaltung und hohe Genauigkeit unerlässlich sind, wie z. B. Robotik, Luft- und Raumfahrt und Präzisionsfertigung.
Inkremental-Encoder: Geeignet für Anwendungen, die keine Positionserhaltung erfordern und sich auf die relative Positionsverfolgung konzentrieren, wie z. B. Geschwindigkeitsüberwachung oder grundlegende Bewegungssteuerung.
7. Vorteile von Absolutwertgebern
Kein Zurücksetzen erforderlich: Absolutwertgeber behalten ihre Positionsinformationen auch nach dem Ein- und Ausschalten bei und eignen sich daher für Anwendungen, bei denen ein Verlust von Positionsdaten nicht möglich ist.
Hohe Präzision: Absolutwertgeber bieten höchste Genauigkeit und Auflösung und eignen sich daher ideal für Systeme, die eine präzise Positionskontrolle erfordern, wie z. B. Roboter, CNC-Maschinen und Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.
Breites Anwendungsspektrum: Absolutwertgeber werden in vielen kritischen Anwendungen eingesetzt, von der industriellen Automatisierung bis hin zu medizinischen Geräten, der Luft- und Raumfahrt und mehr, und gewährleisten eine genaue Positionsrückmeldung in Echtzeit.
8. Fazit
Absolutwertgeber sind wichtige Komponenten in der modernen Automatisierung, Robotik, Luft- und Raumfahrt und vielen anderen Branchen, in denen eine präzise Positionsrückmeldung erforderlich ist. Sie liefern eindeutige, genaue Positionsdaten und sind in kritischen Anwendungen äußerst zuverlässig. Im Gegensatz zu inkrementellen Drehgebern müssen Absolutwertgeber nach dem Ein- und Ausschalten nicht zurückgesetzt werden und können Positionsinformationen auch bei Stromausfällen aufrechterhalten. Ihre Vielseitigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit machen sie unverzichtbar in hochpräzisen und hochzuverlässigen Anwendungen.