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Inkrementalgeber Funktionsweise

incremental_interfaces_encoders

Inkrementale Drehgeber generieren, wenn sich die Welle einen bestimmten Winkel dreht ein Ausgangssignal. Die Anzahl der Signale (Impulse) pro Umdrehung definiert die Auflösung des Gerätes. Ein Inkrementalgeber gibt keine absolute Position aus, was die internen Komponenten des Drehgebers viel einfacher und wirtschaftlicher macht.

Neben der Positionsbestimmung werden Inkrementalgeber oft verwendet, um die Geschwindigkeit zu bestimmen. Die Position in Bezug auf den Startpunkt kann durch Zählen der Anzahl von Impulsen berechnet werden. Die Geschwindigkeit kann durch Dividieren der Anzahl der Impulse durch das gemessene Zeitintervall errechnet werden.

Basis Funktionen von Inkrementalgebern

Inkrementale Drehgeber senden ein serielles Ausgangssignal auf einer einzigen Übertragungsleitung. Jeder einzelne Sensor muss an einen Controller angeschlossen werden.

Ein Inkrementalgeber hat mindestens 1 Ausgangssignal "A" oder, in der Regel, 2 Ausgangssignale, die so genannte "A" und "B" Signale. Diese 2 Signale werden bei Rotation des Drehgebers um 90° versetzte gesendet. Durch Drehen des Drehgebers im Uhrzeigersinn, wird der "A" Puls um 90° vor dem "B" Puls gesendet. Durch Drehen der Welle gegen den Uhrzeigersinn wird der "B" Puls vor dem "A" Puls gesendet.

Zusätzlich senden einige Inkrementalgeber ein "Z" Signal als weiteres Ausgangssignal. Bei jeder Drehung wird dieses Z-Signal auf der exakt gleichen Position gesendet. Somit kann es als ein genauer Bezugspunkt verwendet werden.

Einige inkrementalen Drehgeber senden zusätzliche Differenzsignale, sogenannte "/ A", "/ B" und "/ Z". Diese Signale werden invertiert zu "A", "B" und "Z" Signalen gesendet. Somit können Steuerungen jedes Paar ("A" muss invertieren "/ A" entsprechen) vergleichen, um sicherzustellen, dass es keinen Fehler bei der Übertragung gibt.

Darüberhinaus wird die Übertragungsempfindlichkeit durch die Übertragung der Differenzsignale auf einer verdrillte Zweidrahtleitung verbessert.

Ingrementalgeber Puls Diagramm
Typisches Pulsdiagramm eines Inkrementalgebers

Inkrementalgeber Charakteristik

Impulse pro Umdrehung (PPR pulses per revolution):

Eine inkrementaler Drehgeber liefert Impulse pro Umdrehung. Je höher diese PPR bzw. je mehr Impulse pro Umdrehung, desto kleiner ist der Winkel zwischen jedem Impuls. Die Impulse pro Umdrehung werden bei normalen inkrementalen Drehgebern am Werk festgelegt. Bei programmierbaren Inkrementalgebern kann dieser Wert auf eine gewünschte Anzahl selber festgelegt werden.

Ausgangstreiber:

Heute haben die meisten Inkrementalgeber Push-Pull (HTL) oder RS422 (TTL) Ausgangstreiber. HTL und TTL Ausgangssignale haben die älteren Ausgangsschaltungen wie Open Collector NPN oder offener Kollektor PNP größtenteils ersetzt.

A) Push-Pull (HTL)

Push-Pull (HTL) Schaltungen, auch als Totem Pole bekannt, senden einen Signalpegel, der der angelegte Versorgungsspannung entspricht. Die Versorgungsspannung liegt typischerweise im Bereich von 8 bis 30 VDC.

push_pull_1

Mit einer sauberen Verdrahtung können Sie die Push-Pull-Schnittstelle verwenden, um eine Open-Collector-Schaltungen, durch Verwendung einer externen Diode zur Begrenzung des Stroms, zu ersetzen.

B) RS422 (TTL)

RS422 (TTL) Schaltungen halten konstant ein 5 V-Signalpegel, der nicht abhängig von der Versorgungsspannung ist. Unter Verwendung der Differenzsignale am Ausgang entsprechen die Signale in vollem Umfang dem RS422-Standard.

rs422__ttl

Die Differentialausgänge haben die höchste Frequenzreaktionsfähigkeit und die beste Störfestigkeit. Um dies sicherzustellen sollte der Empfänger auch Differentialausgänge verarbeiten können.

Ersatz älterer Ausgangstreiber

1) PNP offener Kollektor Ersatz (Stromquelle)

pnp

2) NPN offener Kollektor Ersatz (Stromsenke)

npn

Programmierbare Inkrementalgeber

Nicht programmierbare Inkrementalgeber können nur im Werk auf die Kundendaten konfiguriert werden. Wenn sich Anwendungsanforderungen ändern ist es mit programmierbaren Inkrementalen Drehgebern sehr einfach, einige der wichtigsten Eigenschaften anpassen. Durch die Änderung bestimmter Parameter in der Software mit Hilfe eines externen Konfigurationstool (UBIFAST Configuration Tool) können Kunden die

  • Inkremental Ausgangstreiber (Push-Pull (HTL) oder RS422 (TTL))
  • Pulse pro Umdrehung (PPR)
  • inkrementelle Impulsrichtung ("A vor B" oder "B vor A") festlegen.

Die Programmierbarkeit ist insbesondere für Distributoren, Systemintegratoren oder Maschinenbauer interessant, da sie hilft die Lagerbestände zu reduzieren.

Spezifikationen

Spannungsausgangslevel:

Ein logische Schranke interpretiert bestimmten Eingangsspannungen als hoch (Logik 1) oder niedrig (Logik 0).

TTL (Transistor-Transistor-Logik): Ein Signal über 2 V gilt als Logik 1 und ein Signal von weniger als 0,8 V gilt als Logik 0. Die Ausgangsspannung liegt zwischen 0-5 V.

HTL (hohem Schwellenwert-Logik): Ein Signal oberhalb 3 V entspricht Logik 1 und ein Signal von weniger als 1 V gilt als Logik 0. Der hohe Ausgangssignalpegel ist abhängig von der Versorgungsspannung. Wegen der höheren Spannungsdifferenz zwischen Logik 0 und 1 ist die HTL-Logik störungsärmer und resistenter gegenüber elektrischem Rauschen.

Logik Signal Pegel Versorgungsspannung Ausgangsspannung
TTL


HTL
Hoch
Niedrig

Hoch

Niedrig
4.75-30 V
4.75-30 V

4.75-9 V
9-30 V
4.75-30 V
min 3 V
max 0.5 V

min 3 V
min 3 V Versorgungsspannung
max 0.5 V
Tabelle 1: Ausgangssignale der POSITAL Inkrementageber (I=50 MA pro Kanal)

Elektrische und mechanische Abschluss:

Der mechanische Winkel ist die Drehung der Welle in Grad. Der elektrische Abschluss wird für elektrische Signale verwendet. Die benötigte Zeit für den Wechsel einer Wechselspannung / Stromzyklus wird als elektrischer Grad (el°) definiert. Für Inkrementalgeber entspricht ein Zyklus einem kompletten Puls. Bei gegebener Puls pro Umdrehung Einstellung kann der elektrische Grad in den mechanische Winkel für jeden Inkrementalgeber umgewandelt werden.

Quadratur:

Bei jedem 90 el ° Winkel der Welle wird eine steigende oder fallende Flanke am "A" oder "B" ausgegeben, der als Graph interpretiert werden kann. Wenn ein Drehgeber auf 1000 PPR eingestellt ist, wird ein Zähler der Pulse 4000 zählen.

Phasenwinkel:

Der Phasenwinkel gibt die Länge zwischen 2 Kanten in el ° an. Dieser Parameter wird typischerweise mit einer definierten konstanten Phasenwinkelwert und Winkelfehler (auch als Quadraturfehler) angegeben.

incremental_pulse_diagram_phase_angle

Genauigkeit (DNL):

Die DNL Genauigkeit der Phasenwinkel-Fehler wird als Absolutwert in (mechanisch) Grad angegeben.

Genauigkeit (INL):

Ein Inkrementalgeber sendet eine definierte Menge der Impulse pro Umdrehung, so dass jeder Puls auf einer definierten mechanischen Position erwartet wird. Die maximale Abweichung zwischen dieser idealen Position und der aktuellen Position wird als integrale Nichtlinearität (INL) bezeichnet. Die INL Genauigkeit ist ein wichtiger Wert, wenn der Inkrementalgeber für Positionieraufgaben eingesetzt wird.

Arbeitszyklus:

Der Arbeitszyklus beschreibt das Zeitverhältnis zwischen "hoch" und "niedrig" Signal eines Inkrementalgebers. In der Regel ist dieses Verhältnis 50/50, äquivalent zu 180 el ° hoch und 180 el ° niedrig

Die Leistung magnetischen Inkrementalgeber steigt mit höheren PPR-Einstellungen und höhere Drehzahlen (RPM). Dies gilt im Gegensatz zu optischen Drehgebern, wo die Leistung abnimmt. Die DNL und INL Genauigkeit, die hier angegeben wurden, entsprechen dem Worst Case Szenario. In der Realität ist mit einer bessere Leistung für höhere PPR und Drehzahl zu rechnen.

Frequenz:

Die maximale Frequenz, die der Drehgeber über die Ausgangsleitungen ausgeben kann. Zum Beispiel beträgt die Frequenz bei einem 200 PPR Drehgeber, der mit 600 Umdrehungen pro Minute dreht, 2000 Hz (200 * 600/60 s).