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Ratgeber

Encoder

Bei einem Encoder, auch Drehgeber oder Impulsgeber genannt, handelt es sich in der Regel um ein elektromechanisches Gerät, das die Winkelposition einer Welle in einen binären Code umwandelt. Sie finden sich sehr oft in der Robotik sowie in modernen Fotoobjektiven und in Maschinen mit rotierenden Plattformen. Es gibt zwei Haupttypen: absolut und inkrementell.

Hier erfahren sie, wie Encoder funktionieren und welche Typen es gibt.



Wie funktionieren Encoder?

Bei Encodern wird zwischen absoluter und inkrementeller Abtastung unterschieden.

Absolute Impulsgeber

Sehen wir uns zunächst die wichtigsten absoluten Impulsgeber an, die sich wiederum in mechanische, optische und magnetische Typen unterscheiden lassen:



Inkrementelle Impulsgeber

Inkrementelle Encoder sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Positionsinformationen in Echtzeit zu liefern, die am weitesten verbreiteten Impulsgeber. Die Messauflösung eines Inkrementalgebers ist zudem nicht durch seine beiden internen, inkrementalen Bewegungssensoren begrenzt – man findet auf dem Markt Inkrementalgeber mit 10.000 Zählungen pro Umdrehung und mehr.

Hinzu kommt: Diese Impulsgeber melden Positionsänderungen unaufgefordert und übermitteln diese mit Datenraten, die um Größenordnungen schneller sind als die der meisten absoluten Drehgeber-Typen. Aus diesem Grund werden Inkrementalgeber häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Messung von Position und Geschwindigkeit erfordern. Er kann zudem mechanische, optische oder magnetische Sensoren verwenden, um Änderungen der Drehposition zu erfassen.

Der mechanische Typ wird üblicherweise als manuell betätigte "Digitalpotentiometer"-Steuerung an elektronischen Geräten eingesetzt, zum Beispiel in modernen Heim- und Auto-Stereoanlagen. Drehgeber mit mechanischen Sensoren benötigen eine Schalterentprellung und sind daher in den Drehzahlen begrenzt. Der optische Typ wird eingesetzt, wenn höhere Drehzahlen auftreten oder ein höherer Grad an Präzision erforderlich ist.

Typisch für inkrementelle Drehgeber sind zwei Ausgangssignale – A und B – die eine periodische digitale Wellenform in Quadratur ausgeben, wenn sich die Geberwelle dreht. Die Frequenz der Wellenform gibt die Geschwindigkeit der Wellendrehung an und die Anzahl der Impulse den zurückgelegten Weg, während die A-B-Phasenbeziehung die Drehrichtung übermittelt.

Einige inkrementale Drehgeber besitzen einen zusätzlichen Index-Ausgang, typischerweise mit Z bezeichnet, der einen Impuls abgibt, wenn die Welle einen bestimmten Winkel durchläuft. Einmal pro Umdrehung wird das Z-Signal aktiviert, typischerweise immer bei demselben Winkel, bis zum nächsten AB-Zustandswechsel. Dies wird häufig in Radarsystemen und anderen Anwendungen verwendet, die ein Erfassungssignal benötigen, wenn sich die Geberwelle in einem bestimmten Referenzwinkel befindet.

Im Gegensatz zu Absolutwertgebern verfolgt ein Inkrementalgeber weder die absolute Position des mechanischen Systems, an dem er angebracht ist, noch zeigen seine Ausgänge diese an. Um die absolute Position zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen, ist es daher notwendig, sie mit einer Inkrementalgeber-Schnittstelle quasi zu verfolgen.

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