Hoekverdraaiing meten met absolute rotatie encoder

Absolute rotatie encoders of hoekverdraaiingssensoren meten hoekverdraaiingen van de as in een machine. Ze meten de absolute hoek vanaf de start up. Deze capacitieve encoder staat bekend om zijn hoge resolutie, kleine bouwvorm, lage massa en is uiterst robuust. Zelfs als jij deze encoder dicht bij een motor wil integreren – met sterke magneetvelden – is deze encoder een uitstekende optie.

Steeds betere prestaties in een kleinere bouwvorm. Deze ambitie komt jou als engineer ongetwijfeld bekend voor. Zeker bij applicaties waarbij massa (inertia), formaat, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid een grote rol spelen, zoals in de hightech en robotica. Hoe pak je dat aan? Het begint bij de selectie van de juiste componenten. Ook als het om jouw encoderkeuze gaat.

Deze ambitie zien we ook terug bij de ontwikkeling van encoders. Zo worden absolute rotatie encoders steeds nauwkeuriger, kleiner en lichter. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor integratie. Na het lezen van dit artikel weet je meer over de werking en mogelijkheden van deze capacitieve encoder.

Absolute hoekverdraaiingsensoren

Absolute rotatie encoders worden ook wel hoekverdraaiingssensoren genoemd. Ze meten de hoek van rotatie, van 0 tot 360 graden. Doordat deze encoder absoluut is, meet de sensor altijd direct na het opstarten de juiste hoek. Ook als de as is gedraaid terwijl er geen spanning op de sensor staat, weet de encoder na het opstarten direct de hoek.

Hoe werkt een absolute rotatie encoder?

Hoe een absolute rotatie encoder werkt, is afhankelijk van het werkingsprincipe. Zo zijn er encoders op de markt die werken op inductie, magnetisme, capaciteit en licht.

De absolute rotatie encoders van onze partner Netzer werken op basis van verandering van capaciteit. Deze sensor bestaat uit meerdere platen, waarbij één plaat is bevestigd aan de vaste wereld en de andere plaat – met unieke codering –vastzit aan een roterend deel. Deze platen draaien contactloos ten opzichte van elkaar.

Sean Ram, Account Manager bij Sentech legt uit: “Tussen deze platen bevindt zich een elektrisch veld. Als de targetplaat verdraait, dan wordt dit veld beïnvloed. Zo meet de encoder hoeveel graden de as verdraait.”

David Reuijl, R&D Engineer bij Sentech vult aan: “Doordat de codering op de encoderplaat uniek is, registreert het systeem de exacte hoek. Zelfs als de as is gedraaid zonder dat er spanning op de encoder heeft gestaan. Daarbij communiceert dit encodertype volgens de veelgebruikte BISS-C en SSI-protocollen.”

5 voordelen van absolute rotatie encoders

Welke technologie past bij jouw meetvraagstuk? Dat is onder andere afhankelijk van de gewenste resolutie en de nauwkeurigheid. Soms speelt het formaat en de massa of massatraagheid van de component een grote rol, zoals bij lichte constructies en hoge acceleraties. Op basis van de onderstaande voordelen kiezen engineers voor dit type encoder.

1. Hoge resolutie

   Absolute rotatie encoders van Netzer meten tot wel 21 bits. Teruggerekend naar graden, komt dit neer op een stapgrootte van 0,00017 graden.

2. Kleine bouwvorm

   Van deze capacitieve encoders zijn er modellen op de markt met een extreem compacte bouwvorm. Ze zijn bijvoorbeeld verkrijgbaar in diktes tot 7 mm. Ook als het gaat om de buitendiameter zijn ze compact. Zo zijn ze verkrijgbaar in afmetingen variërend van 16 mm tot 130 mm in doorsnede. Daarnaast zijn alle varianten uitgevoerd als holle as encoder. Dit maakt het mogelijk om kabels door het hart van de encoder te voeren.

3. Lage massa en lage inertia

   De behuizing van de encoders zijn gemaakt van kunststof en hebben daardoor een lage massa. De encoders uit de VLX-lijn van Netzer hebben zelfs helemaal geen behuizing. Dit beperkt het gewicht nog meer en maakt de integratie nog compacter.

4. Lange levensduur

   Doordat de onderdelen in dit encodertype contactloos ten opzichte van elkaar bewegen, ontstaat er geen slijtage. Dit zorgt voor een lange levensduur.

5. Ongevoelig voor stof en magnetisme

   Als je een verdraaiing wil meten in een robot, is de kans groot dat er elektromotoren in de buurt zitten. Die motoren genereren hoogfrequente magneetvelden met grote amplituden. De absolute rotatie encoder is ongevoelig voor deze elektromagnetische velden. Dit maakt deze oplossing zelfs geschikt voor montage vlakbij motoren. Ook is dit encodertype ongevoelig voor vervuiling door stof.

Toepassingen

Absolute rotatie encoders zijn geschikt voor toepassingen waarin je een absolute verdraaiing wil meten. Met hun hoge nauwkeurigheid, zie je ze vaak terug in machines in de high tech en robotica. Maar ook in agv’s en in de horti culture kan deze technologie een passende oplossing zijn.

Wist je bijvoorbeeld dat absolute encoders goed toepasbaar zijn in combinatie met brushless DC motoren?

Absolute hoekmeting in brushless DC motoren

In nieuwe machines worden vaak brushless DC motoren toegepast. Deze nieuwere motoren zijn lastig aan te sturen als je niet weet wat de positie van de spoel is ten opzichte van de magneten. Voor dit type motoren moet je dus de absolute hoek meten. Deze hoek is bij het opstarten nodig voor de correcte aansturing van de motor.

“Bij oudere typen brushed DC motoren was voor de aansturing bij het opstarten geen encoder nodig. Ondertussen is de vraag naar de nieuwere brushless DC motoren gegroeid. Die hebben namelijk een hogere vermogensdichtheid. Daarbij hebben ze minder onderhoud nodig door het ontbreken van mechanische middelen om de stroom door de spoelen te regelen”, aldus Reuijl.

Ram: “Klanten hebben steeds vaker de wens om een absolute encoder te integreren in hun applicatie. Met de holle as encoders van Netzer is het mogelijk om in een zeer beperkte ruimte een encoder met hoge nauwkeurigheid te plaatsen. Daarbij biedt deze encoder tegelijkertijd een oplossing voor eenvoudige kalibratie en kabeldoorvoer.”

Holle as encoder in robotica

In roboticatoepassingen zoals robotarmen zijn er veel bewegende en roterende onderdelen. Zeker als de robotarm meer dan 360 graden kan draaien is het handig als de kabels door het midden van de encoder lopen.

De capacitieve absolute rotatie encoders zijn uitgevoerd als holle as encoders. Door het doorvoeren van de kabels door het midden van de encoder, voorkom je dure robotkabels om foutgevoelige sleepcontacten.

Hoe selecteer jij de voor jou best passende technologie?

Als je nauwkeurig en contactloos een verdraaiing wil meten, kan de absolute rotatie encoder voor jou de uitkomst zijn. Zelfs zonder te ‘homen’ of als je een BLDC-motor wil aansturen. Zeker als jouw toepassing ook vraagt om een oplossing op gebied van kabeldoorvoer.

Naast het bovenstaande zijn er uiteenlopende criteria die bepalen welke technologie het beste aansluit bij jouw toepassing.

Wij hebben de selectiecriteria voor jou op een rijtje gezet. Deze 10 selectievragen helpen jou bij de weg naar de juist encoder.