Een optical encoder meet contactloos posities, lengtes en verplaatsingen. Vaak worden ze ingezet als feedback loop op de positionering in een besturing van een machine. Deze positiesensor werkt op basis van licht en een liniaal met een reflectiepatroon. Ze positioneren met een lage resolutie, tot wel 1,2 nm nauwkeurig! Bovendien heeft deze technologie een laag stroomverbruik, waardoor de optical encoder geschikt is voor toepassingen in vacuüm omgevingen.

Je wil een verplaatsing maken in een machine. Met een encoder weet je waar het object is, en welke afstand het object moet afleggen om op de gewenste positie te komen. Vraagt jouw toepassing om positiecontrole met een lage resolutie en hoge snelheden?

Ook als het gaat om een vacuüm omgeving, kan de optical encoder de uitkomst zijn. Lees alles over de mogelijkheden van deze positiesensor.

Hoe werkt een optical encoder?

Zoals bij magnetische en inductieve encoders, werken ook optical encoders met een liniaal. Bij optische technologie bestaat de liniaal uit een patroon van reflectoren, oftewel de lichtgevoelige laag. Als een object beweegt, wordt de encoder verplaatst over de liniaal. Deze linialen zijn er in zowel rechte als ronde uitvoeringen.

Peter Verstappen, Account Manager bij Sentech legt uit: “De zender van een optical encoder is een lichtbron. Vaak is dit een VCSEL, een stuk silicium dat licht geeft. Zodra de liniaal wordt verlicht door de zender, weerkaatst het patroon van reflectoren het licht terug naar de ontvanger. Hieruit ontstaat een golfbeweging, een amplitude. Deze beweging wordt omgezet in een sinus en een cosinus, die worden vertaald naar een signaal. Dit signaal vertelt de besturing van een motor wat de werkelijke positie is van een object.”

Feedback loop op positionering

Encoders worden vaak gebruikt als feedback loop op de positioning in een machine. Hoe ziet zo een positiecontrole eruit?

“Een motor krijgt de opdracht om een object van A naar B te verplaatsen. Om te weten waar het object zich bevindt in de beweging tussen A en B, heb je een meting nodig. Deze meting is de feedback loop naar de besturing van de motor. Als de besturing van de motor weet waar het object is, kan de motor de juiste hoeveelheid vermogen leveren om het object op de gewenste positie te brengen”, aldus Verstappen.

Incrementeel of absoluut

Optical encoders zijn verkrijgbaar als incrementele en absolute systemen. Wat is het verschil tussen deze twee soorten encoders?

Incrementele encoders

Een incrementele encoder meet stap voor stap. Ze meten namelijk de verandering en richting van de beweging. Bij het opstarten moet een incrementeel systeem ‘homen’ om de index – oftewel de nulpositie – te vinden.

Absolute encoders

Een absolute encoder geeft direct de werkelijke positie. Dit encodertype hoeft niet te ‘homen’. Het systeem ziet iedere positie als een uniek signaal.

Ten opzichte van incrementele encoders, zijn absolute encoders complexer en hebben en hogere latentiewaarde, waardoor er een vertraging is in de dataoverdracht.

Als componentgrootte een grote rol speelt, is precieze plaatsing van groot belang. Hierbij is ook de plaatsingssnelheid cruciaal. Zo kan je eindproducten met concurrerende prijzen aanbieden.

5 voordelen van een optical encoder

1. Erg nauwkeurigMet een resolutie tot 1,2 nm zijn optical encoders één van meest nauwkeurige meetsystemen op het gebied van positioneren.
2. Kleine bouwvormDoor de kleine bouwvorm, is de optical encoder gemakkelijk te integreren in compacte machines. Zo zijn er behuizingen verkrijgbaar van 9 x 7 x 1,2 mm.
3. Hoge snelhedenDankzij zijn geavanceerde techniek, zijn optical encoders geschikt voor toepassingen met hoge snelheden. Van 3 meter per seconde bij instapsystemen en 10 meter per seconde bij geavanceerde systemen.
4. Geschikt in vacuümOmdat de lichtbron van de optical encoder een VCSEL is, hebben ze minder stroom nodig waardoor ze veel minder warm worden. Dit maakt deze technologie ook geschikt voor vacuüm omgevingen.
5. Ongevoelig voor elektronische storingenZe zijn ongevoelig voor elektronische storingen van buitenaf. Optische systemen werken namelijk met een gebalanceerd A en B signaal. Als dit signaal wordt verstoord, blijven de verschillen tussen het A en B signaal in stand. Hierdoor blijft er een goed signaal over.

Wanneer gebruik je een encoder?

Voordat je een specifiek type encoder selecteert, is het belangrijk om te weten wat een encoder doet. Met een encoder meet je posities, lengtes en verplaatsingen. Ze worden vaak gebruikt om een positie te controleren, oftewel als terugkoppel lus of feedback loop op de positionering in een besturing van motor of machine.

Afhankelijk van de eisen en omgevingsfactoren, bepaal je welk type encoder het beste past in jouw toepassing. Zo past een inductive encoder of magnetische encoder beter bij een vervuilde omgeving.

Optical encoders van Celera Motion met MicroE-technologie zijn gebouwd van materialen die geschikt zijn voor vacuüm omgevingen.

Positiecontrole in vacuüm

In vacuüm omgevingen zijn geen luchtmoleculen. Zonder luchtmoleculen, kunnen elektronica systemen hun warmte niet of moeilijk kwijt. “Voor optical encoders met een lens betekent dit dat ze te warm worden, waardoor ze snel kapotgaan. Omdat de MicroE-encoders een VCSEL bevatten, verbruiken ze minder stroom én worden ze veel minder warm. Dit maakt deze encoder geschikt voor vacuüm omgevingen”, legt Verstappen uit.

Wil je toch een systeem gebruiken die te warm wordt voor een vacuüm ruimte? Verbind het systeem met een geleidend materiaal. Dit is de enige manier om warmte te verliezen in vacuüm.

Uiterst nauwkeurig verplaatsingen meten

Een optical encoder meet verplaatsingen tot wel 1,2 nm nauwkeurig. Echter wordt de daadwerkelijke nauwkeurigheid bepaald door verschillende factoren, wat ook invloed heeft op de prijs van het systeem. Het is dus belangrijk om te weten welke mate van nauwkeurigheid jouw toepassing écht nodig heeft.

Absolute en herhaalnauwkeurigheid

Encoder systemen zijn opgebouwd uit twee factoren die de precisie van jouw meting bepalen. Namelijk absolute nauwkeurigheid en herhaalnauwkeurigheid. Bij het selecteren van een positiesensor, is het goed om te weten in welke mate deze factoren van belang zijn voor jouw toepassing.

Absolute nauwkeurigheid is de werkelijke positie in de ruimte, zonder vooraf te kalibreren of een referentiesignaal op te roepen. Bij herhaalnauwkeurigheid is er een indexsignaal aanwezig. Als de machine start, gaat de encoder altijd eerst naar dit vooraf ingestelde punt. Dat punt is altijd hetzelfde. Vervolgens worden vanaf de index alle bewegingen gemaakt.

Tolerantieveld

Zowel absolute nauwkeurigheid als herhaalnauwkeurigheid kennen gradaties in precisie. Hoe kleiner het tolerantieveld, hoe preciezer de meting. Stel de absolute nauwkeurigheid is 10 mu, en de herhaalnauwkeurigheid is 1 mu. Dan mag de encoder maximaal 1 mu afwijken van het referentiepunt. Deze marge mag 10 mu afwijken van de werkelijke (absolute) positie.

De mate van de absolute nauwkeurigheid heeft een grote invloed op de prijs van een encoder systeem. Als vooral herhaalnauwkeurigheid belangrijk is, kom je meestal uit op een betaalbaarder systeem. Vaak is een hoge herhaalnauwkeurigheid al voldoende voor een betrouwbare meting.

Materiaal liniaal

Ieder materiaal heeft een eigen uitzettingscoëfficiënt. Zo zet een metalen liniaal zich uit bij hoge temperaturen en temperatuurveranderingen. Daarentegen heeft glas geen uitzettingscoëfficiënt, waardoor een glazen liniaal betrouwbaarder is bij hogere temperaturen.

Interpoleren: een nóg lagere resolutie

Wil je een lagere resolutie? Dat kan! Door het signaal te interpoleren, kan je meer stapjes per seconden meten. Het oorspronkelijke signaal wordt in nóg kleinere stapjes opgedeeld. Hoeveel je kan interpoleren, is afhankelijk van de capaciteit van je besturing: de ingangsfrequentie moet de pulstrein wel kunnen verwerken. Zorg ervoor dat de ingangsfrequentie van de besturing hoger is dan de uitgangsfrequentie van de encoder.

Zo voorkom je een vervuilde encoder

Omdat optische systemen werken met licht, zijn stof en vuil funest voor de meetresultaten. Om vervuiling te beperken, kan je hier bij de integratie van de encoder rekening mee houden.

De Account Manager licht toe: “In het ontwerp zijn er mogelijkheden die ervoor zorgen dat het systeem minder snel vuil wordt. Zo kan je het ondersteboven monteren of onder een kapje plaatsen. Denk ook aan vingerafdrukken. In bepaalde posities zal de liniaal sneller in contact komen met vingers. Bovendien zijn optische systemen geschikt om te reinigen. Het is ook raadzaam om hier in het ontwerp ruimte voor vrij te houden.”

Hoe selecteer je de juiste optical encoder?

Onder de optical systemen, zijn er uiteenlopende varianten verkrijgbaar. Om de juiste optical encoder te selecteren, is het belangrijk om te weten welke eisen en omgevingsfactoren van belang zijn. Hierbij is het belangrijk om specifiek te zijn.

Als je bijvoorbeeld weet dat een lage resolutie voor jouw applicatie belangrijk is, wil je ook weten hoe nauwkeurig jouw systeem precies moet zijn. Én of de besturing van jouw systeem dat aan kan.

Breng samen met onze sensorexpert in kaart welke specificaties écht nodig zijn voor jouw toepassing.

Bij de integratie van absolute encoders zoek je als OEM of machinebouwer de grenzen van catalogusproducten op. Helaas blijken die off-the-shelf componenten vaak niet geschikt voor jouw toepassing. Ze zijn bijvoorbeeld te groot, te zwaar of hebben de verkeerde bouwvorm. Sensorfabrikanten zijn zich hiervan bewust. Én spelen in op deze behoefte.

Steeds vaker vormen de beschikbare features in zo’n component het struikelpunt. Dan zitten er mogelijkheden in waarop ontwikkelaars helemaal niet zitten te wachten, terwijl de functionaliteit die het verschil kan maken juist ontbreekt.

Sensorfabrikanten spelen op deze trend in. Zij brengen uitgeklede varianten van hun producten op de markt. Ze gaan terug naar de basis van hun oplossingen. De functionaliteit van de sensoren blijft stevig overeind, maar de rest van de features is geschrapt. Kale elektronica dus.

Een machineontwikkelaar of sensorintegrator kan daar naar eigen wens en inzicht een schil omheen bouwen. Zo’n component vraagt meer aandacht qua integratie. Maar dan is hij ook perfect op maat gesneden voor de applicatie. Het resultaat is compacter en lichter, wat interessant is op plekken waar de ruimte beperkt is of massa een belangrijke rol speelt.

Een onderdeel dat eerder bijvoorbeeld alleen in een robuuste aluminium behuizing verkrijgbaar was, is nu dan ook beschikbaar in een gestripte variant. Zo’n uitgeklede sensor bestaat uit een kleine printplaat of zelfs een enkel component dat de gebruiker zelf op een printplaat kan plaatsen. De complete functionaliteit blijft behouden, terwijl alle randzaken weg zijn waardoor zo’n versie de basis kan vormen voor heel veel nevenapplicaties.

Celera Motion lanceerde een reeks absolute optische encoders waarbij het draait om flexibiliteit. De Aura-chipencoders zijn gestript van alle randzaken zonder dat het ten kosten gaat van de slimmigheid van de sensoren. Gebruikers kunnen zelf kiezen welke features ze willen toevoegen en de encoder zo volledig op maat maken voor hun specifieke toepassing.

Makkelijk integreerbare absolute encoder door minimalistisch ontwerp

Een goed voorbeeld van deze ontwikkeling is de Aura-encoderlijn van Celera Motion. De varianten in deze serie van absolute optische encoders hebben allemaal een minimalistisch ontwerp. “Het zijn chipencoders, PCB-componenten die je zelf in je eigen ontwerp kunt integreren”, zegt Rob Kuijpers, Product Manager bij Sentech. “Voor OEM’s is dat heel interessant omdat ze er alle kanten mee op kunnen. Ze moeten er weliswaar meer voor doen. Maar ze kunnen het precies zo implementeren als ze zelf willen waardoor ze het encodersysteem zo kunnen opbouwen dat het precies aansluit bij hun specifieke toepassing.”

De Aura-encoders zijn zeer geschikt voor applicaties in onder meer de hightechmarkt, high-end robotica en pick-and-place-machines. “Denk aan toepassingen waarin de sensor superklein moet zijn of waar de massa van groot belang is zoals wanneer hij in een end-effector komt te zitten”, verduidelijkt Kuijpers. “En het gaat om situaties waar optische encoders worden gevraagd die zeer precies een absolute positiewaarde teruggeven.”

Optische miniatuur encoder

De Aura’s zijn niet de eerste absolute optische encoders op de markt. Bestaande oplossingen zijn beduidend groter en duurder. De chipencoders van Celera Motion zijn heel klein (9 bij 7 bij 1,1 mm), vederlicht (zo’n anderhalve gram) en een heel stuk goedkoper.

Let op dat de encoders vanwege hun optische karakter het meest tot hun recht komen in omgevingen die relatief schoon zijn. Vuil en vocht zijn namelijk funest voor de uiterst precieze meting.

Hoe groot is zo’n chipencoder nou echt? Deze Aura-chipencoder is 9 bij 7 bij 1,1 mm. Zo zijn de verhoudingen vergeleken met een USB-C connector. 

Absolute positiewaarde

De Aura-encoders werken met LED als lichtbron. Het licht van de LED in de Aura is blauw en dat is bewust gekozen. Hoe korter de golflengte, hoe kleiner de details die je ermee kunt onderscheiden. Dat maakt dat deze absolute optische encoders van Celera Motion dus beter presteren.

De bundel valt op een patroon van chroomstreepjes die zijn gedeponeerd op glas. De reflectie van het licht op al die streepjes geeft een diffractiepatroon die je met een ontvanger kunt uitlezen. “In de Aura-encoders zitten twee van die streepjespatronen”, weet Kuijpers. “De ene is keurig repeterend, de andere semi-random. Door de twee diffractiepatronen te combineren, kan het systeem een absolute positiewaarde berekenen.”

Hoe nauwkeurig zijn Aura encoders?

Hoe goed de Aura-encoders precies zijn, is niet in één getal uit te drukken. Meestal wordt gekeken naar drie belangrijke specificaties: absolute nauwkeurigheid, herhaalnauwkeurigheid en resolutie.

Absolute nauwkeurigheid

“Die eerste spec wordt bepaald door de liniaal die je gebruikt”, vertelt Kuijpers. Celera Motion heeft gekozen voor een glass scale met een nauwkeurigheid van +/- 3 µm per meter. De fabrikant sleutelt aan een variant op basis van een metal tape scale. Dat is met +/- 5 µm per meter iets minder nauwkeurig, maar heel wat goedkoper en dus interessant voor toepassingen die niet het onderste uit de kan hoeven te halen voor wat betreft de absolute nauwkeurigheid.”

Herhaalnauwkeurigheid

De herhaalnauwkeurigheid van de Aura-encoders is volgens de spec sheet 1 LSB, wat staat voor least significant bit. Kuijpers legt uit: “De waarde hangt af van de resolutie van de encoder. In dit geval komt de herhaalnauwkeurigheid dus overeen met de kleinste resolutiestap.”

Resolutie

Celera Motion geeft voor de resolutie van de Aura’s een waarde tussen de 12,5 en 200 nanometer. Kuijpers: “Een resolutie van kleiner dan een micrometer haal je in ieder geval. Een groot voordeel van de Aura-encoders is bovendien dat ze heel snel zijn. Je kunt dus snel samplen, waardoor je zonder al te veel negatieve bijwerkingen kunt middelen over meerdere metingen om zo de resolutie te verbeteren.”

Nieuwe kijk op integratie

De integratie van de Aura-encoders heeft meer voeten in de aarde dan bij een standaard sensor. “Het vraagt om een nieuwe kijk op integratie. Die aanpak past goed bij onze manier van werken, waarin we samen met onze klanten naar de beste implementatie en aansluiting toewerken”, stelt Kuijpers. “In overleg kijken we welke variaties, features en bekabeling we toevoegen. Die ultieme flexibiliteit opent heel wat deuren.”

Stappenplan: hoe integreer je een absolute encoder?

Er komt heel wat kijken bij een sensorintegratie, zoals een absolute encoder. Hoe vind jij het overzicht? En hoe zorg je voor het compromis tussen kwaliteit, prijs en doorlooptijd?

We maken het jou makkelijk. Want de bewezen werkwijze voor sensorintegratie vind je in onze handige infographic. Wist je dat deze werkwijze is gebaseerd op de hoge kwaliteitsnormen uit de automotive branche?

Wacht niet langer en download deze infographic. In 5 fases bewandel je de weg naar jouw eigen sensorintegratie.

Ontwikkelen begint met de juiste keuzes, en dat kan al vanaf de werkbank. De EVL Evaluation Encoder van Netzer is een configureerbare ontwikkeltool waarmee engineers al vroeg in het proces inzicht krijgen in prestaties, protocollen en integratie. Zo test je eenvoudig of een encoder past in jouw systeem voordat je verder bouwt.

De EVL is een praktische ontwikkeltool, ontworpen voor snelle systeemintegratie en optimalisatie in de vroege fase. Zo zijn de resolutie, het protocol (BISS-C of SSI) configureerbaar. De EVL werkt met een software matige multiturn-teller en ingebouwde tests (BIT). Zo krijg je direct inzicht in prestaties en integratie, gewoon vanaf je werkbank.

Dat maakt de EVL geschikt vooronder andere robotica, aerospace-actuatoren en industriële automatisering.

Compleet en direct inzetbaar

De EVL wordt geleverd in de bekende VL-encoderbehuizing (Ø13–247 mm), inclusief voorgemonteerde kabel en D-sub connector. Met de Encoder Explorer-software heb je toegang tot alle parameters en diagnostiek, zoals:

• Limits View voor het inzichtelijk maken van grenswaarden
• Map View voor gedrag van protocollen en integratie-effecten

Meer weten of ermee aan de slag?

Wil je weten of de EVL-encoder past bij jouw toepassing, of meteen sparren over integratie in je prototype? Neem contact met ons op. We denken met je mee over configuratie, keuzes in het ontwikkelproces en een soepele integratie van de EVL in jouw systeem.

In de defensiesector is het veld geen vergevingsgezinde omgeving. Van zand en stof tot regen en extreme hitte: alleen robuuste sensortechnologieën zoals lidar, radar en hoogwaardige encoders leveren nauwkeurige en betrouwbare metingen, zodat voertuigen en drones hun taken veilig en betrouwbaar kunnen uitvoeren.

Lidar, radar en encoders bieden elk unieke voordelen, afhankelijk van de toepassing: van autonome navigatie en afstandsmetingen tot hoek- en positiemeting. Hieronder bespreken we de kenmerken en toepassingen van deze technologieën in defensietoepassingen.

Lidar: afstanden meten voor autonoom bewegen

Lidar gebruikt laserpulsen om afstanden tot objecten te meten. De technologie creëert een 3D-puntenwolk van de omgeving en maakt zo autonome navigatie mogelijk. Lidar-systemen worden veel toegepast op autonome vlieg-, vaar- en voertuigen zoals mijndetectierobots.

Lidar is zeer nauwkeurig en presteert goed bij wisselende licht- en weersomstandigheden. Er zijn draaiende varianten met een 360-gradenbeeld en compacte solid-state lidars zonder bewegende delen, die daardoor beter bestand zijn tegen slijtage.

Een 3D-puntenwolk zegt meer dan duizend woorden. Dit is de output van lidar.

Radar: afstanden en niveaus meten

Radarsensoren meten afstand, snelheid en niveau met behulp van radiogolven. Dankzij het hoge doordringend vermogen van radarsignalen kunnen radars door kunststoffen heen kijken. Daardoor zijn de modules eenvoudig in te bouwen en inzetbaar in zware en ruwe omstandigheden. Weersinvloeden en vervuiling hebben geen invloed op de meetresultaten.

Radarsensoren zijn zeer geschikt voor defensietoepassingen en de specifieke uitdagingen van die sector. Ze worden niet alleen gebruikt voor snelheids- en afstandsmetingen, maar ook voor niveaumetingen in bijvoorbeeld silo’s en tanks.

Encoders: positie- en hoekmeting

Encoders meten positie, snelheid en richting van een bewegend object. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende technologieën. Voor positie- en hoekmetingen zijn inductieve en capacitieve encoders het meest geschikt. Ze meten contactloos, zijn ongevoelig voor vervuiling en voldoen aan de EMC-eisen van de defensiemarkt.

Inductieve encoders werken met elektromagnetische inductie en zijn bijzonder robuust. Capacitieve varianten meten met hoge resolutie en laten zich goed afschermen in een behuizing – ideaal voor ruwe omgevingen.

Download het e-book: robuuste sensorintegraties voor defensievoertuigen en -systemen

Wil je weten hoe je de juiste sensortechnologie kiest en integreert in defensievoertuigen en -systemen? Dit e-book helpt engineers bij OEM’s in de defensie-industrie om praktische keuzes te maken.

Je leest welke sensortechnologieën geschikt zijn voor defensietoepassingen, hoe sensorintegratie volgens MIL-SPEC en EMC bijdraagt aan betrouwbare prestaties onder extreme omstandigheden, hoe een strategisch ingerichte supply chain leveringszekerheid biedt, en krijgt een concreet praktijkvoorbeeld van een hoeksensor in een pantservoertuig.

In de wereld van moderne technologie is sensorintegratie een sleutel tot innovatie. Steeds vaker worden sensoren als kale chips geleverd, wat fabrikanten de flexibiliteit biedt om deze componenten op grote schaal te produceren. Maar de uitdaging ligt in de verdere integratie: van eenvoudige behuizingen tot complexe, op maat gemaakte modules voor specifieke toepassingen.

Egbert Stellinga (Product Marketing Manager) en Rob Kuijpers (Product Manager) vertellen over de zes niveaus van sensorintegratie, variërend van kale chip tot volledig geïntegreerde module. Door de groeiende behoefte aan compacte, nauwkeurige oplossingen wordt sensorintegratie steeds belangrijker voor efficiënte en innovatieve technologische ontwikkelingen. 

Lees het volledige artikel op de website van High-Tech Systems…

Dit artikel verscheen in High-Tech Systems en is geschreven door Hans van Eerden

De keuze is reuze, bij de zoektocht naar jouw juiste encoder. Heeft jouw toepassing een incrementele of een absolute encoder nodig? En kies je voor inductive, capacitive of optical technologie? Later in de zoektocht moet je ook besluiten welke sensorvorm het moet zijn… Veel facetten waar je wel wat hulp bij kan gebruiken.

Absolute encoders bestaan al jaren. Ondertussen groeien de mogelijkheden van de uitvoeringen van dit sensortype enorm. Sean Ram is Account Manager bij Sentech en kan hier over meepraten: “Vooral de roterende absolute encoders zijn flink vooruitgegaan.”

“Zo is er keuze in zowel de verschillende technieken als de uitvoeringen. Welke encoder bij jouw toepassing past, is afhankelijk van de specifieke applicatie. Natuurlijk kijken we hierbij ook of de investering rendabel is”, voegt Ram toe.

Absolute vs incrementele encoders

Waar absolute encoders een absolute positie geven, meten incrementele encoders de veranderingen van de positie. Zij tellen bij een beweging namelijk het aantal verplaatste stappen van de encoder.

Zo’n incrementeel systeem heeft een vast referentiepunt nodig om tot een absolute positiemeting te komen. “Incrementele encoders zijn minder geschikt voor toepassingen met snelle bewegingen. Als ze een puls missen, weten ze hun positie niet”, legt Sean uit.

“Een absolute encoder zit er wel eens naast. Dat is eenvoudig te corrigeren bij het volgende meetpunt. Daarom is de aansturing voor een motor met een incrementele of absoluut systeem heel anders.”

Wat heeft jouw toepassing nodig?

Kan er in jouw systeem een referentiepunt worden toegevoegd? Dan is een incrementele encoder vaak een passende oplossing. “Als homing in jouw applicatie niet mogelijk is, bijvoorbeeld door veiligheidsredenen, dan kom je vaak uit bij een absoluut systeem”, zegt Ram.

Roterende encoders voor robotica-toepassingen

Absolute en incrementele encoders zijn verkrijgbaar in lineaire en roterende varianten. Het valt Ram op dat de vraag naar roterende absolute encoders is toegenomen: “We zien dat steeds meer klanten hun robot van scratch af aan bouwen.”

“Dat zie je bijvoorbeeld in de medische sector en in de land- en tuinbouw. Overal ontwikkelen bedrijven hun eigen robotoplossingen. In sommige situaties met één vrijheidsgraad, maar ook dan moet de rotatie nauwkeurig worden gemeten. Zulke systemen werken namelijk vaak met borstelloze of brushless motoren. Dat soort motoren willen bij de opstart precies weten waar de spoel zich bevindt ten opzichte van de magneten. Zo kunnen ze de aansturing goed inregelen. Daar heb je dus een absolute positie voor nodig.”

Daarnaast zijn steeds meer Nederlandse bedrijven bezig met een combinatie van agv’s en robots. Sean ziet dat bedrijven het systeem dan zelf bouwen: “Ze hebben iets speciaals nodig. Een kant-en-klaar systeem sluit daar niet op aan. Vaak hebben ze de capaciteit om een systeem te maken al in huis, waardoor het ook kostentechnisch gunstiger is.”

Oplossing voor rotaties

Bij systemen zoals robots heb je meestal te maken met veel rotaties. In die gevallen kan een holle-asencoder de uitkomst zijn. “Dat zijn ringvormige encoders met een open binnenwerk. De kabels voor datasignalen en voeding trek je dan door de binnenkant van het systeem”, vertelt Sean.

Holle-asencoders bestaan uit twee delen: een zender en een ontvanger die contactloos van elkaar kunnen ronddraaien. Ram ziet daarin een tweede voordeel: “Omdat de delen elkaar niet raken, slijten de onderdelen niet. In traditionele absolute encoders met assen en lagers is dat wel het geval.”

Voor- en nadelen van absolute encoders

Als het gaat om absolute encoders, zijn er heel wat varianten en technologieën op de markt. Allemaal werken ze net even anders. Ieder heeft zo hun eigen voor- en nadelen.

In grote lijnen zit het zo: één van de encoderonderdelen heeft elektronica aan boord en genereert een veld. Dat veld kan magnetisch-inductief, elektrisch-capacitief of optisch zijn. Het andere deel van de encoder is passief en beïnvloedt dat veld. Die verstoring wordt gemeten en geeft informatie over de hoekverdraaiing.

Het passieve encoderdeel heeft namelijk een patroon. Dat patroon heeft over de hele 360 graden een unieke codering en dus een unieke verstoring. Hierdoor weet het systeem altijd in welke hoek de encoder staat.

Gradaties van nauwkeurigheid

Hoe nauwkeurig encoders zijn, verschilt per technologie en merk weet Sean: “Bij de integratie van inductive encoders, kiezen we vaak voor Zettlex van Celera Motion. Daarmee meet je ongeveer 0,01 graden nauwkeurig. Als we werken met capacitieve encoders, kiezen we vaak voor Netzer. Die halen maar liefst 0,005 graden.

Dan is er nog een derde encodertype, namelijk optische technologie. “Optische encoders van Celera van MicroE halen een nauwkeurigheid die vergelijkbaar is met capacitieve encoders”, weet Ram.

Sean benadrukt dat het niet alleen gaat om precisie. “Er zijn meer factoren die een rol spelen. Uiteindelijk bepaalt de applicatie welke technologie het beste past.”

Wanneer kies je welke encoder?

De omgevingscondities spelen een grote rol bij de keuze van jouw encodertype. “Heb jij te maken met een schone omgeving? En is de encoder zo ingebouwd dat er geen vuil bij kan komen? Dan kan een optische encoder een prima oplossing zijn. Zo’n encoder is licht, relatief goedkoop en haalt hoge prestaties”, vertelt Sean.

Als er vervuiling zoals stof in het spel is, is een optische encoder niet geschikt.
“Bij minder schone toepassingen kom je vaak uit bij een capacitieve encoder van Netzer”, aldus Ram.

Daarbij is capacitieve technologie weer gevoelig voor vocht. Vochtdeeltjes kunnen namelijk de capaciteit verstoren. Daarom kiest Ram in vochtige omgevingen meestal voor inductieve encoders: “Die zijn bijvoorbeeld zelfs geschikt voor een op afstand bestuurbare onderzeeër die zich 500 meter onder water bevindt.”

Kalibratie

Waar moet je op letten bij de integratie van absolutie encoders? “Zo’n encoder bestaat uit twee losse delen die je – ten opzichte van elkaar – juist moet positioneren. Hoe nauwkeurig je ook te werk gaat, een menselijk fout is zo gemaakt”, aldus Ram.

“Voor de luchtspleet en de niet-excentriciteit van de ringen moet je denken aan een nauwkeurigheid van een tiende millimeter. Voor veel bedrijven zijn dat bekende specificaties. Sommige partners zoals Netzer helpen je door een kalibratierun in te bouwen. De twee delen tasten elkaars positie af en zo corrigeer je relatief eenvoudig eventuele inbouwfouten.”

Montage dichtbij motoren

Over het algemeen zitten encoders diep in een machine verwerkt, dichtbij motoren. Wat is de invloed van de sterke magnetische velden van motoren op de encodermeting?

“Alle technologieën zijn ongevoelig voor stoorvelden van buitenaf. Dat zit zo: ontwikkelaars moduleren het signaal tussen de twee delen slim en kozen voor verschillende frequenties. Storingen door magnetische velden van buitenaf zijn hierdoor verleden tijd.”, legt Sean uit.

Daarbij zijn de encoders heel plat en licht van gewicht. “Dat maakt deze technologie zeer geschikt voor robots met hoge versnellingen, waar elke gram telt.”

Vergelijk optical, inductive en capacatieve encoders

Iedere encoderfamilie heeft zijn eigen voor- en nadelen. Denk hierbij aan eigenschappen zoals resolutie, nauwkeurigheid en de gevoeligheid voor vervuiling. Dat zijn nou net de eigenschappen dat een sensortechnologie wel óf niet geschikt maakt voor jouw toepassing. Wanneer gebruik je welke encoder?

Met deze infographic vergelijk je optical, inductive en capacatieve encoders.

Dit artikel verscheen in Mechatronica & Machinebouw nr.3 2021 en is geschreven door Alexander Pil

Sentech heeft onlangs de nieuwe SG1 trekdraadencoder van Celesco in het programma opgenomen. Deze encoder heeft een maximaal bereik van 3 m en heeft dankzij het robuuste en betrouwbare industriële katrolsysteem een herhaalnauwkeurigheid van ± 0,05%.

Deze hoge herhaalnauwkeurigheid is, in de praktijk, misschien nog wel van groter belang dan de opgegeven ± 0,35% nauwkeurigheid. Robotica en/of machinebouw is zo een makkie voor deze trekdraadencoder.

Het hart van deze sensor is het meetelement. Dit bestaat uit een, speciaal voor de industriële toepassing ervan, ontworpen 10 kOhm potentiometer die gegarandeerd is tot meer dan 250.000 volledige meetslagen.

Met max. 30 V voedingsspanning levert deze encoder, die functioneert als spanningsdeler, een eenvoudig te verwerken analoog uitgangssignaal. Met het toegestane temperatuurbereik van -18 °C tot +70 ° C overtreft deze sensor de temperatuureisen die gesteld worden bij de toepassing ervan in de machinebouw, instrumentenbouw en robotica.

Vrij te configureren

Een bijzonder kenmerk van de SG1-serie is dat deze trekdraad-encoder vrij configureerbaar is. Daarmee beantwoordt de sensor aan de eisen die men stelt bij de seriematige inzet ervan in OEM-toepassingen. Zo heeft men bij het maken van de elektrische aansluiting keuze uit een M12-stekker, kabel (met een variëteit aan connectoren) of zelfs een soldeerlip.

Verder kan men kiezen uit verschillende bevestigingsbeugels, industriële potentiometers en uitgangssignalen. Bij gebruik van een goede elektrische aansluiting (stekker), geeft de afgesloten behuizing van polycarbonaat bescherming tot IP67.