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Winkelgeber: wie man den Winkel mithilfe des Encoders misst (1)

May 09, 2017

Winkelgeber bestimmen die Drehposition einer Last in Bezug auf eine Welle oder einen Punkt. Der Winkelgeber liefert die Ausgabe, die der Verschiebung entspricht, und das Lesegerät (SPS, Zähler usw.) verarbeitet diese Daten in Winkelmessungen. Es gibt drei Ansätze zur Messung eines Winkels mit einem Encoder:

  • Direktwinkelmessung mit einem am Drehpunkt der Last angebrachten Geber

  • Indirekte Winkelmessung mit einem an der Motorantriebsdrehzahl angebrachten Geber

  • Indirekte Winkelmessung mit einem Mehrfachdrehgeber, der entlang des Umfangs der Last montiert ist


Direkte Winkelmessung durch Verfolgen der Last

Um die Winkelverschiebung der Last direkt zu messen, sollte der Geber am Mittelpunkt der Last montiert werden. Wenn sich die Last dreht, leitet der Encoder das Signal an das Empfangsgerät weiter. Diese Daten bestehen nur aus Verschiebungsimpulsen (Inkrementalgeber) oder Initial- und Absolutpositionen (Absolutwertgeber). Das Lesegerät, ob es sich um ein Laufwerk, einen Controller oder eine Art von Zähler / Anzeigegerät handelt, muss die Rohdaten in nützliche Informationen verarbeiten.
Angle Encoder Direct Tracking Diagram
Im Falle eines Inkrementalgebers kann der Winkel α ausgedrückt werden
Incremental Angle Encoder Expression
Wobei p gleich der Anzahl der Impulse ist und PPR gleich Impulse pro Umdrehung ist

Im Falle eines Absolutcodierers kann α als ausgedrückt werden
Absolute Angle Encoder Expression
Wo C gleich zählt und CPR gleich Zählungen pro Umdrehung ist.


Indirekte Winkelmessung durch Verfolgung der Motorwelle

Es ist auch möglich, die Winkelverschiebung einer Last durch Überwachen der Motorwelle oder eines Leerlaufrades zu messen. In diesem Fall erhalten wir beste Ergebnisse, indem wir die Motorwelle eine festgelegte Anzahl von Malen drehen und sie mit der Verschiebung der Last korrelieren, um einen Umrechnungsfaktor zu erhalten.

Angle Encoder Indirect Tracking Motor Shaft Diagram

Dies ist der traditionelle Anwendungsfall für einen Drehgeber. Es hat den Vorteil, die Motorleistung durch direktes Feedback zu verbessern. Der Nachteil ist, dass es die Bewegung der Last nicht genau verfolgen kann. Die mechanische Einhaltung von Kupplungen, Getrieben usw. kann Fehler wie Spiel und Hysterese einführen. Der Umrechnungsfaktor berücksichtigt dies theoretisch, aber mechanische Effekte können im Laufe der Zeit driften.

Indirekte Messung durch Verfolgen der Kante der Last

Einige Lasten sind nicht kompatibel mit der Mitten-Drehgeber-Encoder-Montage. Satellitenschüsseln müssen zum Beispiel gedreht werden, um in Richtung des Signals von Interesse auf ein hohes Maß an Kontrolle zu zeigen. Sowohl die mechanische Konstruktion als auch das Vorhandensein von elektrischen Verkabelungen, die durch die zentrale Welle hindurchgehen, machen es unmöglich, einen Encoder am Drehpunkt zu installieren, um die Position direkt zu überwachen. Je nach Steuerungsgrad kann auch ein hochauflösender Encoder benötigt werden. Die Lösung besteht darin, diese Geräte auf ihrem Umfang zu verfolgen.
Angle Encoder Indirect Tracking Load Diagram
Bei dem indirekten Umfangsverfahren greift ein an einem Mehrgang-Absolut-Encoder befestigtes Zahnrad mit dem Umfang der Last in Eingriff, um seine Winkelverschiebung zu verfolgen.

Als das Band auf der Last vorbei geht, dreht es das Rad und die Bewegung wird vom Encoder registriert. Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes ermöglicht es, für jede Umdrehung des Zahnrades eine hohe Anzahl von Umdrehungen zu liefern. Dies liefert eine endgültige Auflösung RF gegeben durch:
Angle Encoder Load Tracking Resolution Formula
Wobei RB die Anzahl der Zählungen auf dem Band und N das Untersetzungsverhältnis des Getriebes am Mehrdrehgeber ist. Der Kontakt kann aus einem Zahnrad bestehen, das mit einem Zahnband auf der Last in Eingriff steht. Alternativ könnte es sich um einen Reibungskontakt von einem Encoder-Messrad oder sogar einem Riemen handeln.

Fehlerquellen sind mechanische Kupplungen, spielfreies Getriebe, Wellenausfall und Entrichte, Gurtschlupf bei Reibkontakten und andere. Das hohe Untersetzungsverhältnis des Getriebes minimiert den Effekt des mechanischen Fehlers. Die Ausnahme hiervon ist die Reibung im Getriebe und die Dichtungen des Getriebes. In diesem Fall wird der Einfluss der Reibung mit der Anzahl der Windungen multipliziert.