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Inkrementalgeber

Allgemeines

Inkrementalgeber liefern inkrementelle Informationen über die Motorwellenposition über 2 Kanäle A und B. Diese Kanäle geben eine definierte Anzahl von Pulsen für eine bestimmte Wellenbewegung aus. Diese Pulse werden im Inkrementalgeber über eine auf der Motorwelle montierten optische Scheibe  erzeugt. Die Scheibe besitzt Spalten, die auftreffendes Licht blockieren oder durchlassen. Lichtsender und Lichtempfänger sictzen auch beiden Seiten der Scheibe. Die Rotation der Scheibe (mit der Motorwelle gekoppelt) unterbricht die Lichtübertragung zwischen Sender und Empfänger und erzeugt damit Pulse. Die Spalte auf der Scheibe werden Linien genannt, daraus ergibt sich die Bemessung des Inkrementalgebers mit Linien/Umdrehung, manchmal auch Pulse/Umdrehung genannt.

Gebräuchliche Inkrementalgeber sind inkrementelle TTL Geber. Der Ausgang ist eine digitale Pulsfolge mit variabler Auflösung. Auflösungen von 50...5000 Linien/Umdr. sind standard bei den meisten Anbietern. Spezielle Typen mit bis zu 100.000 Linien/Umdr. sind ebenfalls erhältlich. Inkrementalgeber liefern die Signale A, B und Nullimpuls (Zero).

Die Geber liefern meist auch ein komplementäres Signal. Das komplementäre Signal verringert die Störanfälligkeit. Die Auflösung der Geber mit Komplementärsignalen kann durch Auswertung der Flanken  vervierfacht werden.

Vervierfachung

Die beiden Kanäle A und B liefern dieselben Informationen (Pulse pro Umdrehung), haben aber einen elektrischen Versatz zueinander von 90°. Der elektrische Versatz wird auch "Vierfach Kodiert" bezeichnet, daher kommt der im englischen gebräuchliche Begriff "A quad B". Das Gebersignal erscheint als Frequenz, aber die Pulsrate hängt von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors ab, nicht von der Zeit. Weil die zwei Kanäle um 90° versetzt sind, gibt es vier unterscheidbare Situationen pro elektrischer Umdrehung. Das Diagramm zeigt die komplementären Signale:

Der Servoverstärker kann 4 Impulse (counts) bei einer Inkrementalgeber-Linie? auswerten. Daher der Begriff "Vierfach - Auswertung". Die Elektronik wertet aus, welches der Signale A oder B zuerst empfangen wird, aus dieser Information wird die Drehrichtung bestimmt. Die Geschwindigkeit wird aus der Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit errrechnet.

Nullimpuls

Inkrementalgeber werden oft mit einem zusätzlichen Kanal gennant Zero, Nullimpuls oder Index geliefert. Dieser Kanal liefert ein Signal pro Umdrehung und ist typischerweise einn sehr schmaler Impuls (meist ca. ¼ der Breite eine A oder B Impulses). Dieses Signal wird als Referenzpunkt für Referenzfahrten (Homing) verwendet.

Kommutierungsspuren

Ein Inkrementalgeber hat eine entscheidende Schwäche, wenn er zur Kommutierung von Servomotoren eingesetzt werden soll. Er liefert keine absolute Position im Einschaltmoment. So weiß der Servoverstärker beim Einschalten z.B. in einem System mit Absolutgebern, wo die Achse "steht".

Inkrementalgeber sind inkrementelle Geräte, was bedeutet, dass es keine Möglichkeit gibt, die exakte Position zu bestimmen, sondern nur, wieweit sich die Position seit Start der Auswertung verändert hat. Der Servoverstärker benötigt jedoch zur korrekten Bestromung (Kommutierung) der Wicklungen bezogen auf die Position der Permanentmagnete im Rotor ein präzises Postionssignal..

Eine Möglichkeit, die absolute Position der Motorwelle nach dem Einschalten zu ermitteln, ist das sogenannte "Wake und Shake" . Bei der Funktion wird die Motorwelle minimal hin und herbewegt. Aus den hierbei ermittelten Werten wird eine Position bestimmt.

Daher werden Inkrementalgeber häufig mit zusätzlichen Kommutierungs Kanälen ausgerüstet, z.B. mit Hall Gebern, die absolute Positionswerte liefern (siehe Inkrementalgeber mit Hall).