Optische encoders zijn zeer geschikt om heel precies posities, en dus afstanden, te meten. Maar veel verder dan een halve meter komen ze niet. Bij Sentech sleutelen we al een tijdje aan een absoluut encodersysteem die tot bijna 5 meter komt. Moet jij concessies doen als je een encoder in je applicatie moet integreren? Check dan of onze long-stroke nonius encoder je verder kan helpen.
Als je nauwkeurig een lengtepositie wilt bepalen, is een encoder de logische keus. Voor slagen tot ongeveer een halve meter zijn er heel wat keuzes op de markt. Magnetisch, optisch, inductief, capacitief; het kan allemaal. Maar als je langere afstanden wilt bepalen, wordt de spoeling erg dun.
Er zijn wel aan paar oplossingen beschikbaar maar die hebben allemaal een of meerdere nadelen; ze zijn duur, vaak te langzaam voor de meeste toepassingen, simpelweg niet nauwkeurig genoeg en/of slecht bestand tegen omgevingsinvloeden. Zo zijn er wel enkele absolute magnetische encoders die over langere slagen metingen kunnen uitvoeren, maar die zijn behoorlijk prijzig en onbruikbaar in de buurt van bijvoorbeeld een lineaire motor.
Kan dat niet beter? Kunnen we geen absolute encoder bedenken die wel verder reikt dan een halve meter? Bij Sentech stelden we onszelf die vragen en onze R&D engineers gingen aan de slag. De ontwikkeling begon met twee mooie studentenprojecten waarin twee HBO-studenten, samen met R&D engineer David Reuijl de basis legden voor een inductieve oplossing die over een lengte van maximaal 4,9 meter een absolute positiewaarde geeft.
HBO-studenten Kevin Vos en Yordie Timmerman ontwikkelden een absolute lange-slag encoder die geschikt is om zeer nauwkeurig grotere afstanden te meten.
Noniuschaal: de voor- en nadelen
Het systeem werkt op basis van een noniuspatroon. Zo’n schaalverdeling ken je waarschijnlijk vooral van een ouderwetse schuifmaat. Op de hoofdschaal kun je op de millimeter nauwkeurig de dikte aflezen. Een tweede liniaal, de ‘nonius’, verhoogt de meetnauwkeurigheid naar een tiende van een millimeter.
Het nadeel van een noniusschaal is dat de unieke posities op een gegeven moment op zijn. Alle unieke combinaties zijn dan voorbijgekomen. Voor de lange slag encoder was het daarom noodzakelijk om maar liefst vier noniusschalen naast elkaar op een liniaal te printen. Daarmee loop je na 4915,2 millimeter pas uit de unieke combinatie en kun je over die hele afstand dus een absolute lengte bepalen.
In theorie is het mogelijk nog een vijfde schaal toe te voegen en nog veel grotere afstanden te halen. ‘Maar’, zegt Rob Kuijpers, Product Manager bij Sentech, ‘die 4,9 meter die we nu halen, is voor de meeste toepassingen al overkill, en het is bovendien extreem lastig om een nauwkeurige liniaal te maken die nog weer veel langer is.’
Geen concessies meer
Sentech mikt met zijn lange-slag nonius encoder vooral op applicaties die vragen om een absolute lengtepositie tussen grofweg een halve en anderhalve meter. ‘Daar verwachten we dat het meeste vraag naar is’, aldus Kuijpers. Denk aan pick-and-place machines, XYZ-stages, grippers, 3D-printers, handlingrobots, kasautomatisering et cetera.
Kuijpers geeft toe dat het zoeken is naar de juiste toepassingen. Want heel regelmatig is een incrementeel systeem goed genoeg, of kun je de meetuitdaging oplossen met een combinatie van een incrementele encoder voor de grotere slagen en een absolute encoder voor de kleinere bewegingen. ‘Onze oplossing is uniek dus engineers weten niet van het bestaan. Op dit moment lossen ze het dus op een andere manier op. Maar als ze concessies moeten doen over die langere afstanden en weldegelijk de wens hebben om naar volledig absoluut te gaan, met alle voordelen die daarbij horen, bieden wij daar nu de mogelijkheid voor aan.’
Incrementele encoders hebben als nadeel dat ze bij de opstart of na een stroomonderbreking opnieuw moeten worden gekalibreerd. ‘Het is fijn, en soms zelfs noodzakelijk, als je die stap kunt overslaan’, zegt Kuijpers.
Robuust en goedkoper
Sentech heeft gekozen voor een inductieve encodertechnologie omdat die ongevoelig is voor omgevingsfactoren. Optische encoders kunnen snel vervuild raken en vragen daarom vaak om speciale afscherming. Daar komt bij dat een optische liniaal heel snel heel duur wordt als hij langer wordt, zowel in fabricage als in vervoer. Encoders op basis van magnetisme werken, zoals gezegd, slecht in de buurt van andere magneten en metaal. Een inductieve encoder is daarom robuuster en bovendien goedkoper te realiseren. Let wel, omdat dit een uniek systeem is, zal de prijs hoger liggen dan bij reguliere inductieve encoders.
Een behuizing zal voor de lange-slag nonius encoder niet vaak nodig zijn, maar Sentech is prima in staat een robuustere behuizing te ontwikkelen als de applicatie daarom vraagt. Ook kunnen we rekening houden en maatwerk leveren als het gaat om applicaties met uitdagende temperaturen (-20 tot +100 graden Celsius is mogelijk), lage massa’s en massatraagheden, weinig slijtage, hoge snelheden en snelle bewegingen, en uitdagende eisen aan de vormfactor zoals een heel plat ontwerp.
Vraagt jouw applicatie om een lange slag encoder?
Bij de longe stroke nonius hebben we ook gekeken naar een oplossing voor absolute lengtemetingen in meerdere richtingen. Het voordeel is dat je dan de data van meerdere encoders en scales kunt terugkoppelen naar één enkele controller. Dat is natuurlijk goedkoper en scheelt in de installatietijd. Wellicht zou dat interessant kunnen zijn voor bijvoorbeeld XYZ-stages of 3D-printers. We zien geen beren op de weg om dat voor elkaar te krijgen.
Op dit moment ligt de focus nog op absolute lengteposities in één richting. Want, zoals Kuijpers al zei, zijn die langere afstanden een niche. ‘Niet heel veel toepassingen zullen erom vragen’, heeft hij al ervaren. ‘Maar als je het juist wel nodig hebt omdat het precies jouw probleem oplost, kom ik graag met je in contact. Want we willen ons R&D-project graag door ontwikkelen tot een kant-en-klaar product dat voldoet aan de wensen van de markt. Met de kennis die we de afgelopen periode hebben opgebouwd, maken we van jouw use case een succes.’
Wil je weten of de lange slag encoder past in jouw applicatie? Stuur Rob een e-mail. Hij helpt jou graag verder.
