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Drehzahl- und Lagegeber

 

Inkrementelle Geber

Sinus-Cosinus-Geber

Sinus-Cosinus-Geber unterscheiden sich von Impulsgebern dadurch, dass sie anstelle von Rechteckimpulsen sinusförmige Signale ausgeben. Diese Signale können zusätzlich mit Analog-Digital-Wandlern abgetastet und damit der Lageistwert wesentlich höher aufgelöst werden. Sinus-Cosinus-Geber kommen deshalb besonders bei Servoanwendungen mit hohen Ansprüchen an die Genauigkeit der Lageerfassung zum Einsatz.
Zusätzlich zu den Sinus- und Cosinussignalen wird ein Nullimpuls als weiteres Signal übertragen. Er tritt bei rotatorischen Gebern einmal je Umdrehung und bei Linearmaßstäben einmal im Verfahrbereich auf. Mit Hilfe der Nullimpulses kann die Auswerteelektronik eine absolute Lageberechnung durchführen.

 

Technische Daten für Sinus-Cosinus-Geber

Auflösung der Lageinformation	ca. 0,04 '' (Winkelsekunden) bei 2048 Ink./Umdrehung
Leitungslänge	bis 120 m
Versorgungsspannung	typ. 5 V
Ausgangssignale	1 Vss (ss: Spitze-Spitze)

 

Schnittstelle und Auswerteelektronik für Sinus-Cosinus-Geber

 

Für die Übertragung der Gebersignale wird mindestens ein 8-adriges Kabel benötigt. Bei Geberausführungen mit einer Spannungsversorgung von 5 V ist noch ein zusätzliches Aderpaar für die Sense-Leitung erforderlich. Über diese meldet der Geber den Pegel der Versorgungsspannung zurück und ermöglicht so eine Anpassung der Spannungspegels bei großen Leitungslängen. Um elektromagnetische Störungen zu minimieren, sind die Signaladern paarweise und die Signalleitung insgesamt geschirmt.

Die Auswerteelektronik verarbeitet die Gebersignale parallel in zwei Auswerteeinheiten, der Grob- und der Feininterpolation:

• Grobinterpolation
  Für die Grobinterpolation werden die sinusförmigen Eingangssignale in Rechtecksignale umgewandelt. Es entstehen damit Impulsketten, wie sie von Impulsgebern direkt erzeugt werden.
  Die Grobinterpolation zählt die Impulse eines Signals (z. B. Signal A) und benutzt das zweite Signal (z. B. Signal B) zur Erkennung der Bewegungsrichtung und Festlegung der Zählweise (positiv oder negativ).
  Der Anfangswert der Groblage muss durch einen Referenziervorgang von der Regelung ermittelt werden. Dabei spielt der Nullimpuls, der ebenfalls vom Geber bereitgestellt wird, eine entscheidende Rolle. Mit seiner Hilfe kann die Auswerteelektronik im Stellgerät eine absolute Lageberechnung durchführen.
  
  
• Feininterpolation
  Für die Feininterpolation werden die Signale A und B in digitale Werte umgewandelt und mögliche Messfehler (Offset und Linearität) kompensiert. Anschließend berechnet die Feininterpolation über die Gleichung

  alpha = arctan(Signal A / Signal B)

  die Feinlage. Diese beschreibt exakt die Lage innerhalb eines Inkrementes und erhöht damit die Auflösung des Lagesignals im Vergleich zu Impulsgebern um ein Vielfaches.

Der eigentliche Lageistwert ergibt sich durch Aneinanderreihung von Grob- und Feinlage. Wird der Lageistwert mit einer bestimmten Wortbreite (z. B. 32 Bit) erfasst, belegt die Groblage die höherwertigen Bits und die Feinlage die niederwertigen Bits.

Lageistwert

/

\

Groblage

Feinlage