Viele moderne Steuerungsanwendungen erfordern eine sehr geringe Bauhöhe von Motor und optischem Drehgeber. Reflektive Drehgeber haben – im Vergleich zu transmissiven Drehgebern – geringere Bauhöhe und Leistungsbedarf und eignen sich für den Einsatz in vielen Miniatursystemen zur Bewegungssteuerungs wie Schrittmotoren, Stellantrieben oder piezoelektrischen Antrieben. Zu den konkreten Anwendungen zählen Nähmaschinen, Münzzähler, Heimautomatisierung, Schwenk-/Neigekopf-Überwachungskameras, Drohnensysteme sowie Zuführungs- und Bestückungssysteme. Darüber hinaus verlangen viele medizinischen Geräte hohe Auflösung, geringe Bauhöhe und dreikanalige Kodierfähigkeit. Ein dreikanaliger reflektiver Drehgeber deckt die Aspekte Geschwindigkeit, Beschleunigung und Bewegungsvektor ab. Normalerweise wird Kanal 1 für die Erkennung der Umdrehungen genutzt, Kanal 2 für die Richtungserkennung und Kanal 3 für die Nullpositionierung oder Ausgangsposition. Die Firma Avago hat einen neuen Ansatz entwickelt und setzt den dritten Kanal so ein, dass Platz eingespart werden kann. Im Gegensatz zum üblichen Ansatz mit einer zusätzlichen Spur auf dem Coderad (CW), um einen Index-Puls zu generieren, setzt Avago nur eine Spur ein, um alle drei Kanäle zu generieren. Dieser Ansatz wurde in der Baureihe AEDR-85xx integriert (Bild 3). Avago stellt sowohl transmissive als auch reflektive Drehgeber-Module her. Ein reflektives Drehgebermodul enthält eine LED-Lichtquelle und einen Fotodetektor mit einer Schaltung zur Signalaufbereitung in einem SMD-Gehäuse. Bei Einsatz eines Coderades oder linearen Codestreifens transponiert der Drehgeber die Dreh- oder Linearbewegung in digitale oder analoge Ausgangssignale. Neben den Standard-Drehgebermodulen bietet Avago auch robuste lagerfreie Drehgeberlösungen im Gehäuse – transmissiv als auch reflektiv. Das sind üblicherweise Plug&Play-Lösungen in Schutzart IP40.
Vorteile der Miniaturbauweise
Der AEDR-85xx von Avago ist der erste und gleichzeitig kleinste dreikanalige Relexions-Drehgeber auf dem Markt mit integriertem wählbaren Interpolationsfaktor (bis zu 4x). Das Bauteil beinhaltet eine LED Lichtquelle, einen Fotodetektor, eine Interpolationsschaltung für eine höhere Anzahl von Zählungen pro Auflösung (CPR) sowie eine Dekodierfunktion für drei Kanäle in einem einzelnen SMD-Gehäuse mit einer Grundfläche von nur 3,95×3,40mm. Die Höhe beträgt nur 0,96mm. Die einzigartige Kuppelkonstruktion unterstützt die geringe Größe des Drehgebers. Der Geber unterstützt eine Kodierauflösung von 294 Lines per Inch (LPI) oder bis zu 304 LPI. Als Erweiterung unterstützt der neue AEDR-87xx Auflösungen bis zu 318 LPI und verfügt über einen integrierten Interpolator für eine 4-, 8- und 16-fache Interpolation. Der AEDR-872x unterstützt eine Versorgungsspannung von 3,3 und 5V sowie analoge Dualausgänge, die direkt an externe Interpolatoren angeschlossen werden können und so eine extrem genaue Bewegungssteuerungs-Messung ermöglichen. Beide Baureihen haben unterschiedliche Indexierungsoptionen. Die Index-Position ist in der Tat ein absoluter Positionsdatenpunkt. Abhängig von der Applikationsanforderung ist die Index-Kanal-Option mit einer gegateten Pulsbreite von 90, 180 oder 360° verfügbar. Die reflektive Drehgebertechnik hat viele Vorteile. Die wichtigsten sind die Design-Flexibilität und die niedrigen System-Kosten sowie die extrem geringe Größe der Einheit. Das Design des Coderades ist bei der Index-Puls-Erzeugung einfacher als bei konventionellen Lösungen und der Anwender kann ein Multi-Track-Coderad mit einem Sensor einsetzen. Der AEDR-85xx bietet zusätzlich zur Basisauflösung (Faktor 1x) zwei weitere Interpolationsoptionen (Faktor 2x and 4x). Der AEDR-87xx ist eine Version mit höherer Kodierauflösung und 4-, 8- und 16-fachen Interpolationsoptionen. So lässt sich zum Beispiel ein System mit zwölf unterschiedlichen Auflösungsoptionen mit nur einem Sensor bei Einsatz eines Vier-Spur-Coderades designen. Weiterhin ermöglicht der Einsatz reflektiver Drehgeber auf Modulbasis eine beträchtliche Kostenreduktion und Miniatisierung, unter anderem durch den Wegfall von zusätzlichen Lagern und Kabeln oder die Reduzierung der Motorgesamtgröße.
Zusammenfassung
Mit der Einführung der neuen reflektiven Miniatur-Drehgeber wie die AEDR-85xx und AEDR-87xx lassen sich neue miniaturisierte Motorsteuerungsapplikationen realisieren. Solche Applikationen profitieren jetzt vom Einsatz einer einzigen Coderad-Spur für alle drei Kanäle. Zusätzlich ermöglichen die vielen Interpolationsfähigkeiten mehr Zählungen pro Umdrehung, ohne dass ein neues oder größeres Coderad entwickelt werden muss. Die Wiederverwendung gleichen Designs für unterschiedliche Endprodukte ist ohne oder mit nur sehr geringem Designaufwand möglich. Weitere Vorteile der reflektiven Miniatur-Drehgeber sind die große Design-Flexibilität und die geringen Systemkosten sowie ihre geringe Größe.
