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Winkel-Encoder: Wie messen Winkel mit Encodern (2)

May 10, 2017

Inkrementelle vs Absolute Winkelmessgeräte

Inkrementalwinkel-Encoder können nur Verschiebung von einer beliebig definierten Heimposition, die beim Start eingerichtet ist, registrieren. Diese Ausgangsposition, die gewöhnlich als Index bezeichnet wird, erzeugt während einer vollständigen Drehung der Codescheibe nur einen Impuls. Dies ermöglicht es dem Gerät, das Encodersignal zu verarbeiten, um die Anzahl der vollen Umdrehungen der Encoder-Disc aus der Ausgangsposition zu verfolgen. Allerdings ist der Indexpuls nicht eindeutig, so dass die Anzahl der gezählten Vollrotationen oft verloren geht, wenn das Gerät ausgeschaltet ist und es beim Start neu aufgehoben werden muss.

Ein Absolutwinkel-Encoder gibt für jede Position der Codescheibe ein eindeutiges digitales Wort aus. Multi-Turn-Absolutwinkel-Encoder verfolgen auch die Gesamtzahl der vollen Umdrehungen mit einem digitalen Wort. So gibt es keine Notwendigkeit für Referenzfahrt und die Informationen gehen nicht verloren, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. In dem Moment, in dem ein Absolutwinkel-Encoder eingeschaltet ist, kann er genau dort lesen, wo er ist, indem er das digitale Wort dieses bestimmten Winkels liest.

Erreichen einer höheren Auflösung mit Quadratur-Winkelgebern

Das Interpolieren des Signals eines Quadratur-Winkelgebers kann auch je nach Implementierung einen signifikanten Leistungsanstieg liefern. Wenn der Prozessor der Empfangseinrichtung die Vorderflanke und die Hinterflanke sowohl des A-Impulses als auch des B-Impulses als Einzelimpulse behandelt, vervierfacht er die effektive Auflösung des Winkelcodierers. Beispielsweise könnte diese Interpolationstechnik einen Industriestandard 1024 PPR Quadratur-Encoder ermöglichen, um Winkel von nur 0,088 Grad aufzulösen.

Es ist jedoch zu beachten, dass alle Fehler zusammen mit der Auflösung multipliziert werden. Diese können die Leistung beeinträchtigen, was bedeutet, dass ein Versuch, die Systemgenauigkeit zu erhöhen, indem höhere Auflösungen durch Interpolation erzeugt werden, das unbeabsichtigte Ergebnis der Verstärkung eines Fehlers und der Verschlechterung der Systemleistung haben könnte. Dies ist ein Beispiel dafür, wie höhere Auflösung die Genauigkeit nicht verbessert. Erfahren Sie mehr über Encoder Genauigkeit vs Encoder Auflösung hier.

Quadratur-Winkelgeber erlauben auch die Überwachung der Drehrichtung. In einem Quadratur-Encoder hat die Platte zwei getrennte Sätze von Markierungen (Kanälen), die versetzt sind, so dass das Signal für den B-Kanal 90 Grad phasenverschoben (in Quadratur) mit dem des A-Kanals ist. Dadurch kann die Empfangseinrichtung die Drehrichtung bestimmen.

Kundenfrage: Wie kann ich den Winkel auf 0,1 Grad messen?

Antwort: Angenommen, Sie messen die rotierende Welle direkt, beginnen Sie mit der Festlegung der erforderlichen Auflösung. Wenn Sie auf 0,1 Grad messen möchten, legen Sie zunächst fest, ob diese Zahl auf Auflösung oder Genauigkeit zutrifft. Bei der Auflösung benötigen Sie einen Encoder mit 10 Impulsen pro Grad. Multiplizieren Sie das um 360 Grad, erhalten Sie eine erforderliche Auflösung von 3600 PPR.

So kann ein 3600PPR Winkelgeber verwendet werden. Alternativ können Sie die ansteigenden und fallenden Flanken von A- und B-Kanälen eines Quadratur-Encoders dekodieren, können Sie die Auflösung eines 900PPR-Winkel-Encoders vervierfachen, um dieselbe effektive Auflösung zu erzielen, obwohl auch ein Fehler verstärkt wird.

Leider ist das nur die theoretische Genauigkeit. Beurteilen Sie mögliche Fehler im System, einschließlich Ausrichtung, mechanische Verbindungen, spielen im System usw. Wenn das System nicht physisch auf 0,1 Grad positionieren kann, müssen Sie möglicherweise Ihre Auflösung Spezifikation senken.