Was ist ein Drehimpulsgeber?
Ein Drehimpulsgeber ist ein Gerät zur Messung der Bewegung oder des Drehwinkels, die durch die Drehung eines Messobjekts verursacht werden.
Im Allgemeinen werden sie an der Welle eines Motors oder eines Untersetzungsgetriebes angebracht. Sie können auch an Servomotoren und Schrittmotoren angebracht werden. Diese Geräte werden hauptsächlich für rotierende Geräte verwendet, die eine präzise Steuerung erfordern.
Verwendungszwecke von Drehimpulsgebern
Drehimpulsgeber werden in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt, die von Motoren angetrieben werden. Nachfolgend einige Beispiele für die Anwendung von Drehimpulsgebern.
- Feedback-Steuerung von Industrierobotern
- Steuerung von Tischgeräten in der Halbleiterfertigung
- Positionssteuerung von Aufzügen
- Geschwindigkeits- und Positionsregelung von selbstfahrenden Kränen
Drehimpulsgeber werden zur Lageregelung und Drehzahlregelung eingesetzt. Für eine einfache Drehzahlregelung reicht ein Umrichter aus. Drehgeber eignen sich für eine präzise Drehzahlregelung und für die Steuerung von Motoren in der Mitte der Drehbewegung.
Prinzip von Drehimpulsgebern
Typische Drehimpulsgeber nutzen Licht zur Messung. Er besteht aus Komponenten wie einer Leuchtdiode, einer Spaltscheibe und einem Fototransistor.
1. Lichtemittierende Diode
Die Leuchtdiode wird mit Strom versorgt und sendet ständig Licht aus. Das Licht wird durch eine Linse gebündelt und dann auf die Spaltscheibe gelenkt.
2. Spaltscheiben
Die Spaltscheibe ist eine rotierende Scheibe mit gleichmäßig verteilten Löchern und ist an der Drehachse des Encoders befestigt.
3. Fototransistor
Am Ende des Lichts, das durch die Löcher fällt, ist ein Fototransistor installiert, der eine Impulswelle aussendet, wenn das Licht empfangen wird. Die Drehgeschwindigkeit wird durch Messung dieser Pulswelle gemessen. Neben dem Licht gibt es auch Produkte, die die Änderung der Magnetkraft oder der elektrostatischen Kapazität zur Messung nutzen.
Arten von Drehimpulsgebern
Optische Drehimpulsgeber werden in zwei Arten von Messungen unterteilt: inkrementale und absolute. Erstere messen den relativen Wert der Drehposition, während letztere den absoluten Wert der Drehposition messen.
1. Inkrementaler Typ
Der inkrementale Drehimpulsgeber ähnelt dem oben beschriebenen Prinzip, bei dem Licht, das durch einen Spalt in einer rotierenden Scheibe fällt, in ein Impulssignal umgewandelt und übertragen wird. Zwei Arten von Signalen werden verwendet, um das durch den Spalt fallende Licht zu erfassen.
Sie werden gemeinhin als A-Phase und B-Phase bezeichnet. Es gibt auch Drehgeber mit einem Z-Phasen-Signal zur Erkennung der Ausgangsposition. Diese Methode hat die Eigenschaft, dass bei einer Störung der Wellenformerfassung die Zählungen nicht erfasst werden und ein Fehler auftritt.
Der Nachteil dieser Methode ist, dass die absolute Position nicht bestimmt werden kann. Es ist jedoch möglich, die Drehrichtung aufgrund des eingebauten 2-Phasen-Signals zu bestimmen.
2. Absoluter Typ
Absolute Drehimpulsgeber haben eine Rille auf der Drehscheibe zur Ermittlung der Positionsinformation. Wenn Licht durch diese Rille fällt, wird es vom Lichtempfangselement erfasst und die absolute Position kann gemessen werden. Da die absolute Position erfasst wird, kann die Drehrichtung entsprechend der Reihenfolge der Rillen erkannt werden.
Beim absoluten System wird in der Regel ein Gray-Code für die Codierung jeder Position verwendet. Graue Codes, auch alternierende Binärcodes genannt, sind eine Kodierungsmethode, bei der sich benachbarte Bits nur um ein Bit ändern. Die Verwendung von Gray-Codes reduziert die Anzahl der falsch-positiven Positionsangaben und ist daher sehr resistent gegen Rauschen und Fehler, was zu einer hohen Genauigkeit führt.
Wie wählt man einen Drehimpulsgeber aus?
Bei der Auswahl eines Drehimpulsgebers müssen das Messverfahren, die Auflösung und die Belastbarkeit berücksichtigt werden.
1. Magnetische und optische Typen
Es gibt magnetische und optische Typen. Der magnetische Typ ist sehr witterungsbeständig, während sich der optische Typ durch eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet. Bei den optischen Typen hat der absolute Typ eine höhere Messgenauigkeit und kann absolute Positionen erfassen.
2. Auflösung
Die Auflösung ist die minimale Phase, die gemessen werden kann. Je höher die Auflösung, desto höher ist die Messgenauigkeit, aber sie ist auch teurer und das Signal kann komplexer und unempfindlicher gegen Rauschen sein. Wählen Sie so viel Auflösung, wie zur Steuerung der Maschine, an der der Drehimpulsgeber angebracht ist, erforderlich ist.
3. Belastbarkeit
Die Belastbarkeit ist das Gewicht, das auf die Drehwelle aufgebracht werden kann. Wird eine Last aufgebracht, die größer als die zulässige Last ist, werden die Drehimpulsgeberwelle und die Lager beschädigt. Wählen Sie daher ein Produkt mit einer zulässigen Last, die höher ist als die maximal anzunehmende Last.