Industrie-Lexikon

Absolutwertgeber

Absolutwertgeber sind L√§ngen- oder Winkelmessger√§te, die als Wegmessger√§te an Werkzeugmaschinen, in der Handhabungs- und Automatisierungstechnik und an Mess- und Pr√ľfeinrichtungen eingesetzt werden. Der absolute Messwert steht ohne Referenzieren unmittelbar nach dem Einschalten zur Verf√ľgung.

Funktionsweise
Absolutwertgeber geben die Lageinformation in Form eines digitalen Zahlenwertes aus. Da dieser Zahlenwert √ľber den gesamten Aufl√∂sebereich des Absolutwertgebers eindeutig ist, wird keine anf√§ngliche Referenzfahrt wie z. B. bei Inkrementalgebern ben√∂tigt. Die √úbertragung der Absolutwerte vom Geber zur Steuerung bzw. zum Servoregler erfolgt teilweise seriell. Hierbei werden spezielle Protokolle wie BiSS-Schnittstelle, SSI, EnDat (Fa. Heidenhain) oder Hiperface (Sick-Stegmann, Tochterunternehmen der Sick AG) verwendet. Zus√§tzlich k√∂nnen zum aktuellen Positionswert noch andere Daten √ľbertragen werden. Diese k√∂nnen aktuelle Temperaturwerte des Gebers oder die elektrischen Daten des Servomotors, auf dem der Geber montiert ist, enthalten (sogenanntes elektronisches Leistungsschild).

Neben der seriellen √úbertragung die typischerweise mit der BiSS-Schnittstelle oder der SSI-Schnittstelle (Synchron-Serielle Schnittstelle) erfolgt, sind in den letzten Jahrzehnten immer mehr Absolutwertgeber mit verschiedenen Bussystemen am Markt verf√ľgbar. Die wichtigsten Bussysteme zur Daten√ľbertragung von absoluten Single- und Multiturninformationen sind:
‚ÄĘ Profibus-Schnittstelle
‚ÄĘ CAN-/CANOpen-Bus-Schnittstelle (CAN in Automation)
‚ÄĘ DeviceNet-Schnittstelle
‚ÄĘ AS-Interface
‚ÄĘ diverse Ethernet-Protokolle (z. B. ProfiNet, EtherCAT, Ethernet Powerlink)

Codierung, Gray-Code
Bei Verwendung eines gew√∂hnlichen bin√§ren Codes stellt sich das Problem, dass sich oft mehrere Bits gleichzeitig √§ndern. Beim Wechsel von 3 (bin√§r 011) auf 4 (bin√§r 100) √§ndern sich z. B. drei Bits auf einmal. Das kann an der jeweiligen Position zu fehlerhaften Werten f√ľhren, wenn teilweise noch Bits der alten Position gelesen werden, und manche Bits schon die n√§chste Position registrieren.

Um dies zu verhindern, werden Codierungen verwendet, bei denen benachbarte Posionen sich immer nur in einem einzigen Bit unterscheiden. Der Gray-Code ist hierf√ľr das g√§ngigste Beispiel. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen Bin√§rcode, der mit beliebiger L√§nge verwendet werden kann, wobei jeweils genauso viele Zahlen darstellbar sind, wie mit normalem Bin√§rcode. Um einen Gray-Code durch ein zus√§tzliches Bit zu erweitern, wird der bisherige Code in den neuen Bereich gespiegelt. Zus√§tzlich wird dort das hinzugekommene Bit auf 1 gesetzt.

Singleturn- und Multiturn-Drehgeber
Bei rotatorischen Gebern unterscheidet man solche, die nur eine Umdrehung auflösen können und dann wieder bei 0 beginnen (Singleturn-Drehgeber), und solche, die mehrere Umdrehungen auflösen können (Multiturn-Drehgeber).

Durch einen Singleturn-Drehgeber wird jeder Winkelposition ein codierter Positionswert zugeordnet. Das bedeutet, dass nur innerhalb einer Umdrehung der Drehwinkel bekannt ist. Damit die absolute Position nach mehreren Umdrehungen bekannt bleibt, m√ľssen die Umdrehungen von der Steuerung mitgez√§hlt und beim Ausschalten gespeichert werden. Zudem muss sichergestellt sein, dass das Messsystem nach dem Ausschalten nicht aus Versehen verstellt wird.

Durch einen Multiturn-Drehgeber wird jeder Winkelposition und jeder vollen Umdrehung ein codierter Positionswert zugeordnet. Eine Nullstellung oder Referenzierung entf√§llt. Damit die absolute Position nach mehreren Umdrehungen bekannt bleibt, m√ľssen die Umdrehungen im Messsystem auch nach dem Ausschalten weiter gez√§hlt werden. Optische Multiturn-Drehgeber verwenden zur Erfassung der Umdrehungen entweder mehrere Codescheiben, die intern √ľber ein Getriebe verbunden sind, oder elektronische Z√§hler mit St√ľtzbatterie. Seit 2007  gibt es auch Multiturn-Drehgeber, die ohne Getriebe und ohne Batterie die Umdrehung erfassen k√∂nnen. Bei diesem als Energy Harvesting bekannten Funktionsprinzip liefert ein Wiegand-Draht bei √Ąnderung des Magnetfeldes gen√ľgend Energie, um die Umdrehungen in einem nichtfl√ľchtigen FRAM-Speicher zu z√§hlen. Mittlerweile wird dieses Prinzip von verschiedenen Herstellern aufgegriffen.   


Abtastverfahren

Schleifkontakte
Beim Schleifkontakt sind auf einer Codescheibe elektrisch leitende und nicht leitende Bereiche aufgebracht. Eine Reihe von Schleifkontakten tastet diese Bereiche ab. Aus der Kombination aus ge√∂ffneten und geschlossenen Kontakten kann die Position ermittelt werden.  Durch eine Reihe von Nachteilen wie Verschlei√ü, begrenztes Aufl√∂sungsverm√∂gen und beschr√§nkte Drehzahl, ist dieses Verfahren heute nicht mehr gebr√§uchlich.

Heutzutage wird zwischen optischen (meist hochaufl√∂sender) und magnetischen Drehgebern (meist robuster) unterschieden. J√ľngste Entwicklungen heben diese Unterscheidung jedoch langsam auf. So gibt es beispielsweise mittlerweile optische Geber mit SIL-Zertifizierung oder hochaufl√∂sende magnetische Absolutwertgeber auf Nonius-Basis.

Optisch
Bei Systemen mit optischer Erfassung erfolgt die Codierung √ľber eine innenliegende Codescheibe. Auf diese Scheibe sind mehrere Codespuren aufgebracht, diese werden mit Hilfe eines optischen Elementes parallel abgetastet und digital ausgegeben.

Magnetisch
Bei magnetischen Systemen erfolgt die Codierung entweder durch Lageauswertung eines rotierenden Magneten oder durch Auswertung eines durch eine Maßverkörperung modulierten Magnetfeldes per Nonius-Formel.

Kapazitiv
Kapazitive Drehgeber bestehen aus mindestens zwei asymmetrisch geformten Elektroden. Durch Verdrehung der Elektroden gegeneinander ändert sich die Kapazität. Aus dieser Kapazitätsänderung kann auf die Winkelposition geschlossen werden.

Induktiv
Induktive Drehgeber bestehen aus mindestens zwei asymmetrisch geformten Elektroden. Durch Verdrehung der Elektroden gegeneinander ändert sich die Induktivität. Aus dieser Induktivitätsänderung kann auf die Winkelposition geschlossen werden.

Quelle: Wikipedia

 

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