Servomotor-Feedback mit 25Bit Winkelauflösung

Auf die Winkelsekunde genau

Für hochgenaue Regelungsaufgaben in Servoantrieben sind optische Nonius-Abtaster eine bewährte Sensortechnologie. Durch die gegeneinander versetzte Anordnung von drei Inkrementalspuren auf einer Codescheibe ermöglicht das Messprinzip eine besonders hohe Winkelauflösung auf kleinem Bauraum.
 Die neue Generation optischer Nonius-Abtaster der iC-PNE-Serie ist in Kombination mit dem spezialisierten Dreispur-Interpolator iC-MNF als Geberelektronik für Highend-Servoantriebe.
Die neue Generation optischer Nonius-Abtaster der iC-PNE-Serie ist in Kombination mit dem spezialisierten Dreispur-Interpolator iC-MNF als Geberelektronik für Highend-Servoantriebe.Bild: iC-Haus GmbH

Dabei kann das analoge Frontend eine Basisinformation von bis zu 11Bit in Form von 2.048 Teilungsperioden auf einer Codescheibe mit 26mm Außendurchmesser für die digitale Weiterverarbeitung zur Verfügung stellen. Um die Justagetoleranzen dieser kompakten Gebersysteme zu erhöhen, tastet die neue Sensorgeneration der iC-PNE Serie zusätzlich einen Gray-Code ab, der den mechanischen Vollkreis in acht 45°-Sektoren unterteilt. Nur innerhalb eines solchen Sektors kommt eine Noniusberechnung zum Einsatz, wodurch die zulässigen Signalfehler bei der Bestimmung der Absolutposition größer werden, was sich positiv auf die mechanischen Toleranzen des gesamten Gebers auswirkt.

Prinzipskizze eines Codescheibenabschnitts für den iC-PNE: Der Sensor tastet drei Sin/Cos- Spuren für den Nonius ab. Zusätzliche Digitaldioden bestimmen den jeweiligen 45°-Sektor als Gray-Code, der auch als Multiturn-Information genutzt werden kann. – Bild: iC-Haus GmbH

Rausch- und klirrarmes Opto-Frontend

Die neue Generation optischer Phased-Arrays der iC-PNE-Serie sorgt in Verbindung mit einer blauen LED für besonders rausch- und klirrarme Analogsignale. Der zur Digitalisierung nachgeschaltete Interpolationsbaustein iC-MNF löst eine Sin/Cos-Periode mit 14Bit auf und erreicht mit On-Chip-Signalkonditionierung und der softwareunterstützten Selbstkalibrierung eine Genauigkeit von besser als 10Bit pro Sinusperiode. Mit einer Basisinformation von 2.048 Signalperioden auf dem Vollkreis einer Codescheibe liefert die Geberelektronik somit nicht nur eine hohe Winkelauflösung von 25Bit, sondern erreicht auch eine elektrische Genauigkeit unter einer Winkelsekunde. Dies ist nicht zuletzt auf die geringen Oberwellenanteile zurückzuführen. Das Sensor-Frontend ist in der Lage, hochwertige Ausgangssignale mit einem Klirrfaktor von weniger als 0,1 Prozent zu erzeugen. Die Sample&Hold-SAR-Wandlerstufe des iC-MNF digitalisiert die analogen Signale innerhalb von 3s und stellt das Positionswort zur Übertragung über die seriellen RS422-Schnittstellen BiSS und SSI sowie SPI für Embedded-Anwendungen zur Verfügung. Zusätzlich können die differentiellen Sin/Cos-Signale über den integrierten Ausgangstreiber direkt auf das Kabel gegeben werden.

Gray-Code für batteriegestützten Multiturn

Mit der Sektorerkennung, die im Singleturn-Betrieb zur Ermittlung der absoluten Positionsinformation genutzt wird, kann das Encodersystem effizient um eine Multiturn-Funktionalität erweitert werden. Gespeist durch eine Backup-Batterie wird die blaue Sende-LED durch einen kostengünstigen Low-Power-Mikrocontroller angesteuert und kurzzeitig zum Aufleuchten gebracht. In diesem Moment werden die stromsparenden Digitaldioden des iC-PNE ebenfalls von der Batterie versorgt und erfassen die optische Projektion des Gray-Codes. Die Signale werden über eine Parallelschnittstelle des Mikrocontrollers eingelesen, digitalisiert und nichtflüchtig gespeichert. Die grobe Positionsinformation reicht aus, um im ausgeschalteten Zustand volle Umdrehungen der Welle zu zählen und den iC-MNF beim Einschalten des Gebers entsprechend mit dem gespeicherten Zählwert zu initialisieren. Auf diese Weise geht keine Information über Umdrehungen verloren, selbst wenn diese bei ausgeschaltetem Geber stattgefunden haben. Zur Realisierung des Multiturn-Zählers wird nur eine Batterie und ansonsten keine weiteren Bauteile benötigt.

Mit der iC-PNE Serie können Drehgeber auf Basis einer 26mm, 33mm oder 39mm Codescheibe umgesetzt werden. Der Sensor im kompakten 5x5mm oQFN-Gehäuse sowie der nachgeschaltete Interpolator iC-MNF arbeiten auch bei Betriebstemperaturen bis 125°C zuverlässig.

Das könnte Sie auch Interessieren

Weitere Beiträge

Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com / Prominent GmbH
Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com / Prominent GmbH
Einer für Alles – Füllstandmessung leicht gemacht

Einer für Alles – Füllstandmessung leicht gemacht

Ein Sensor für jede Anwendung – egal welche Flüssigkeit – das ist mit neuartigen Radar-Füllstandsensoren keine Utopie mehr. Seit rund zwei Jahren beweist sich die Technik in der Praxis. Schäumende, aggressive, trübe oder transparente flüssige Medien: Die Radarsensoren sind imstande, die Füllstände überall genau und zuverlässig zu messen. Eine Reihe konkreter Beispiele aus der Abwasseraufbereitung, der Chemie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie zeigen, wie weit diese Technologie der altbewährten Ultraschalltechnik voraus ist.

mehr lesen