07 Nov Optische Phased Arrays verbessern Servorückkopplung
Hochauflösende optische Encoder der Serie iC-PNE zeigt iC-Haus auf der SPS in Halle 4A, Stand 146. Die Bauteile können laut Hersteller von einer LED-Beleuchtung im nahen UV profitieren, um besonders klirrarme Sinussignale mit 2048 Zyklen pro Umdrehung auszugeben – für eine quasi latenzfreie direkte Rückgabe an den Antriebsegler. Gleichzeitig verbessern die kontraststarken Signale die Genauigkeit der Interpolationsschaltung iC-MNF, die auch die Nonius-Berechnung übernimmt. Diese Aufgabe vereinfacht iC-PNE durch zusätzliche Sektor-Detektoren, die einen komplementären Gray-Code ablesen. Dies reduziert die Nonius-Skala auf Winkelsegmente, die zugunsten der Betriebssicherheit mit einer viel höheren Fehlertoleranz ausgewertet werden können. Weil die Sektor-Detektoren schon ab 1.8 V autonom arbeiten, bei kleiner Stromaufnahme, kann optional ein batteriegestützter Umdrehungszähler per MCU implementiert werden.
Hohe Auflösung, kleiner Bauraum
Den optischen Sensoren der iC-PNE Serie genügt eine Sensorfläche von nur 1,9 mm x 3,3 mm, um Drehgeber-Codescheiben abzutasten und hochwertige Sinussignale zu erzeugen. Die Auswertung übernehmen Interpolations-ICs mit Nonius-Berechnung, vor allem der schnelle S&H-Wandler iC-MNF, der extreme Winkelauflösungen bis 25 bit erlaubt. Im Vergleich mit konventionellen Absolutgeber-Sensoren lesen iC-PNE Sensoren nur drei inkrementelle Nonius-Spuren sowie einen 4-bit-Gray-Code, was Bauraum einspart und die Ausleuchtung vereinfacht. Durch die kleine Abtastfläche und die hohe Empfindlichkeit der Sensoren reduziert sich der Energiebedarf für die Beleuchtung zugunsten der LED-Lebensdauer. Die Phased-Arrays können mit einer blauen LED eingesetzt werden, beispielsweise der iC-TL46, was Verzerrungen minimiert und den Signalkontrast erhöht; für Bausteine die nur 512 Perioden pro Umdrehung ablesen, passen auch Encoder übliche IR-LEDs.
Die Fotostromsignale werden durch ein neues rauscharmes Verstärkerdesign in niederohmige und störfeste Ausgangsspannungen gewandelt. Durch eine hohe Transimpedanzverstärkung von typisch 1 MΩ genügt bereits eine Beleuchtungsstärke um 2 mW/cm2 um Ausgangssignale von mehreren Hundert Millivolt für den nachfolgenden Interpolationsbaustein zur Verfügung zu stellen. Die iC-PNE-Bausteine sind verfügbar für Codescheiben von 26 mm, 33 mm oder 39 mm und funktionieren ab 4.1 V über –40 °C bis 125 °C.
Vergleichbar zu einem Messschieber, erhöht auch iC-PNE die Ablesegenauigkeit durch mehrere Skalen. Dabei ist die absolute Positionsinformation in der relativen Phasenlage der Signale zueinander enthalten. Dies erfordert eine besondere Art der Auswertung, die der Encoder-Interpolator iC-MNF mit einer Interpolationstiefe von 14 bit beherrscht.
iC-MNF verfügt in jedem Kanal über eine separat einstellbare Signalkonditionierung mit Sample&Hold-Stufe, die das aufbereitete Analogsignal für die anschließende sequenzielle Digitalisierung festhält. Dafür steht ein hochgenauer SAR-A/D-Wandler zur Verfügung, der bis zu 14 bit pro Sinusperiode auflöst. Der nichtlineare A/D-Wandler verwendet die Tangensfunktion und wertet Sinus und Cosinus simultan aus. Zur Berechnung der Winkelposition sind Zwei- und Dreispur-Noniusskalen konfigurierbar, die Auflösungen bis 25 bit ermöglichen (0,04 Winkelsekunden aus 360°).
Fehler werden erkannt und gemeldet
Der im QFN48 nur 7 mm x 7 mm große Wandler ist auf Kabelseite gegen Verpolung und Falschanschluss geschützt und beinhaltet den RS422-Transceiver für die serielle Datenschnittstelle. Die Ausgabe erfolgt im SSI- oder BiSS-Protokoll mit Taktraten von bis zu 10 Mbit/s. Alle Hauptfunktionen des Chips sind überwacht und für Alarmmeldungen konfigurierbar. Typische Sensorfehler, wie beispielsweise Signalverlust durch Drahtbruch, Kurzschluss, Verschmutzung oder Alterung, werden erkannt und der Steuerung gemeldet.
Ein batteriebetriebener Multiturn, als Softwarelösung auf der MCU, kann das System optional komplettieren: aufgrund des kleinen Formfaktors und der geringen Zusatzkosten eine interessante Alternative für modulare Geber, beispielsweise in Robotikanwendungen.
Quelle und Bild: www.ichaus.com
