Incrementele vs. absolute encoders: verschillen en keuzehulp
Gids voor rotary encoders: hoe incrementele en absolute encoders werken, welke signalen ze leveren en welke encoder past bij welke motion-control-toepassing.
Absolute vs. incrementele encoder: de verschillen en een keuzegids
Een incrementele encoder geeft pulsen af zodra de as draait en weet na uitschakelen niet meer waar de as staat. Een absolute encoder geeft voor elke ashoek een unieke positiecode af en kent zijn positie direct weer na een stroomonderbreking. Beide zijn rotary encoders, ook wel pulsgevers, hoekencoders of asencoders genoemd en beide bestaan in een magnetische en een optische uitvoering. De juiste keuze hangt af van één vraag: wat moet de machine weten op het moment dat de spanning terugkomt?
Een productielijn die na elke herstart eerst een referentierun moet maken, of een absolute encoder op een as die dat nooit nodig had: in beide gevallen is de encoder vaak te haastig gekozen. En dat is direct terug te zien in de insteltijd, de veiligheidsbeoordeling en de kostprijs van de machine. Deze gids legt uit hoe beide encodertypen meten, welke sensortechnologie erachter zit, hoe ze worden aangesloten en welke encoder past bij vier veelvoorkomende toepassingen.
Wat is een incrementele encoder?
Een incrementele encoder meet beweging. Tijdens het draaien geeft hij pulsen af op twee kanalen, A en B, die 90° in fase verschoven zijn (kwadratuursignaal). De besturing telt die pulsen en berekent zo hoe ver de as is gedraaid. Uit de faseverhouding tussen A en B volgt de draairichting. Veel incrementele encoders hebben een derde kanaal, Z, dat één keer per omwenteling een indexpuls geeft als referentiepunt.
Omdat de encoder alleen veranderingen registreert, weet hij bij het inschakelen niet waar de as staat. Hij telt vanaf een willekeurig startpunt. Na elke uitschakeling moet de machine daarom eerst een referentierun (homing) uitvoeren, of het nu gaat om een stroomstoring, een noodstop of gewoon de start van de ochtenddienst. De as beweegt dan naar een vast referentiepunt: een eindschakelaar, een mechanische aanslag of de Z-puls. Pas daarna klopt de positietelling weer.
-
Uitgangssignalen: incrementele encoders leveren meestal een HTL- of TTL-signaal. HTL is ongevoeliger voor storingen en is de standaard in veel industriële omgevingen. TTL werkt met een kleinere spanningszwaai en wordt gebruikt bij hogere frequenties en langere kabelafstanden.
-
Voordelen: lage kostprijs, eenvoudige bekabeling, hoge pulsresolutie mogelijk, uitstekend geschikt voor het meten van snelheid en draairichting.
-
Nadelen: geen positie bekend bij het inschakelen, referentierun nodig en een gemiste puls leidt tot een blijvende afwijking in de positie.
Wat is een absolute encoder?
Een absolute encoder geeft elke hoekpositie van de as een eigen, unieke digitale code. Daardoor leest hij de positie direct af, zonder pulsen te tellen vanaf een startpunt. Vergelijk het met een klok: één blik is genoeg om te zien hoe laat het is, zonder te tellen hoe ver de wijzers zijn gedraaid. In vakjargon en catalogi heet dit type ook wel een absoluut encoder.
Een single-turn absolute encoder codeert de hoekpositie binnen één omwenteling, van 0 tot 360°.
Een multi-turn uitvoering heeft daarnaast een telmechanisme, meestal een tandwieltrein of een magnetische, door een batterij ondersteunde teller, dat ook het aantal volledige omwentelingen bijhoudt.
- Voordelen: geen referentierun nodig, direct een geldige positie bij het inschakelen, geen opeenstapeling van fouten door gemiste pulsen, ideaal voor veiligheidskritische assen en assen die na een stop meteen verder moeten.
-
Nadelen: hogere prijs per stuk, meestal een digitale communicatie-interface nodig in plaats van een eenvoudige pulsaansluiting en een multi-turn uitvoering is complexer dan een single-turn uitvoering.
Het belangrijkste kenmerk is het positiegeheugen. De code hangt rechtstreeks samen met de stand van de as en is dus onafhankelijk van opgetelde pulsen. Zodra de spanning terugkomt, weet de encoder precies waar hij staat. Geen referentierun, geen wachttijd en geen risico dat een as zonder terugkoppeling op zoek gaat naar zijn nulpunt.
Encodertype, montage en omgevingsfactoren
Magnetisch of optisch: de keuze van de sensortechnologie
Incrementeel of absoluut bepaalt welke informatie de encoder levert. De sensortechnologie bepaalt hoe hij die informatie meet. Dat is een aparte keuze: zowel incrementele als absolute encoders bestaan in een magnetische en een optische uitvoering.
Een magnetische encoder leest een gemagnetiseerde ring en registreert veranderingen in het magneetveld. Er is geen optisch pad dat vervuild of geblokkeerd kan raken. Daardoor is magnetische sensortechniek veel beter bestand tegen stof, trillingen, natte reiniging en de omstandigheden in de voedingsmiddelenindustrie. BEGE past deze technologie toe in de MIG encoders: een gepatenteerd magnetisch ontwerp dat tussen motor en tandwielkast wordt ingebouwd.
Een optische encoder meet met een schijf van glas of folie met een fijn lijnpatroon, die tijdens het draaien een lichtstraal onderbreekt. Dat levert een zeer hoge resolutie op in een schone, beheerste omgeving. Vuil, condens, olienevel en trillingen kunnen de schijf en de lichtbundel echter verstoren en tot meetfouten leiden.
Vuistregel: optisch voor een zeer hoge resolutie in een schone omgeving, magnetisch zodra de omgeving het probleem is.
Heeft een motor invloed op een magnetische encoder?
Een encoder zit meestal diep in de machine, vlak bij de motor. Het is daarom een logische vraag of het magneetveld van de elektromotor de meting verstoort. Moderne magnetische encoders zijn juist ontworpen om zulke externe velden te weerstaan.
De signaaloverdracht tussen de twee delen van de encoder gebeurt op een vaste frequentie. Daardoor wordt het magneetveld van de motor niet aangezien voor het meetsignaal. Dit ontwerp maakt het ook mogelijk om magnetische encoders dun en licht uit te voeren, een belangrijk voordeel bij toepassingen met hoge versnellingen zoals robotica, waar elke gram telt.
Flensencoder of encoder met holle as?
Rotary encoders verschillen ook in de manier waarop ze in de aandrijflijn worden gemonteerd. Een flensencoder wordt direct tussen motor en tandwielkast ingebouwd en op de flens gekoppeld, in plaats van op een aparte uitgaande as.
Een holle as encoder schuift over de uitgaande as en wordt op zijn plaats gehouden door een momentsteun (koppelarm). BEGE levert de MIG encoders als flensencoder, zowel in incrementele als in absolute uitvoering. De aandrijflijn wordt daardoor niet langer, de uitgaande as blijft vrij en de encoder zit goed beschermd tussen motor en tandwielkast.
Overweegt u een flensencoder voor een machine of installatie? De engineers van BEGE denken graag mee over de beste oplossing voor uw toepassing.
Welke encoder past? Een keuzeschema in vier vragen
Beantwoord vier vragen in deze volgorde:
| Moet de machine direct na het terugkeren van de spanning haar exacte positie weten? | Ja → kies een absolute encoder. Nee → een incrementele encoder is een kostenbewuste optie; ga door naar vraag 2. |
| Is een referentierun na elke herstart gevaarlijk, traag of fysiek onmogelijk? Denk aan robotarmen dicht bij personeel, kranen, liften of assen die niet blind mogen bewegen. | Ja → kies absoluut. Nee → beide typen zijn mogelijk; ga door naar vraag 3. |
| Is de toepassing snel en kostengevoelig en vormt een referentierun geen probleem? Denk aan transportbanden, indexeren en snelheidsregeling. | Ja → incrementeel is meestal de beste keuze. Nee → absoluut is de betere keuze als het budget het toelaat en flexibiliteit op de lange termijn telt. |
| Is de omgeving stoffig, nat of trillend, of gaat het om een spoel- of hygiënezone? | Ja → kies magnetisch. Nee → magnetisch presteert ook in een schone omgeving goed; optisch is alleen de moeite waard als de toepassing de allerhoogste resolutie vraagt. |
Met deze vier vragen liggen beide keuzes in één keer vast: incrementeel of absoluut en magnetisch of optisch.
Wanneer is een incrementele encoder de juiste keuze?
Een incrementele encoder is de juiste keuze als een korte referentierun na elke inschakeling acceptabel is en eenvoud en lage kosten zwaarder wegen dan positiegeheugen. Dat geldt voor de meeste toepassingen in snelheidsregeling, transportbanden en algemeen indexeren: situaties waarin de as veilig en herhaalbaar naar zijn referentiepunt kan (eindschakelaar, mechanische aanslag, Z-puls) en positieverlies bij stroomuitval geen veiligheidsrisico oplevert. Leest de besturing al eenvoudige pulsingangen en is een digitale businterface niet nodig, dan is een incrementele encoder bovendien het eenvoudigst te integreren.
Wanneer is een absolute encoder de juiste keuze voor een toepassing?
Een absolute encoder is de juiste keuze als de exacte positie van de as direct na het inschakelen bekend moet zijn: geen referentierun, geen zoekbeweging en geen moment waarop de machine blind beweegt. Dat is belangrijk bij veiligheidskritische assen, zoals robotarmen en andere apparatuur die dicht bij mensen werkt. Het geldt ook voor takels en liften, waar bewegen zonder referentie gevaarlijk kan zijn en voor processen waarin een referentierun na elke stop meer stilstand kost dan het prijsverschil van de encoder.
Een uitgebreide vergelijking van de MIG Basic, MIG Nova+, MIG AST en MIG INOX staat op de vergelijkingspagina voor MIG encoders.
Encoders aansluiten op een PLC of servoregelaar
Incrementele encoders worden meestal aangesloten via HTL- of TTL-kwadratuursignalen. Die worden ingelezen door een tellerkaart, een snelle ingang van de PLC of de encoderingang van de servoregelaar.
Absolute encoders communiceren doorgaans via een digitaal protocol. Veelgebruikte interfaces zijn SSI en BiSS. Via EtherCAT of PROFINET komt de encoder rechtstreeks op het veldbusnetwerk, samen met aandrijvingen en I/O.
Controleer vóór het specificeren van een absolute encoder dus altijd of de PLC of servoregelaar die interface ondersteunt. Een niet-ondersteunde interface is een veelvoorkomend integratieprobleem.
Hulp nodig bij het vergelijken en kiezen van de juiste encoder voor uw industriële toepassing? De engineers van BEGE denken graag mee.