Expert Blog

Voordelen en praktische toepassingen van encoders met hoge resolutie

De afgelopen jaren zijn steeds meer encoders met hoge resolutie op de markt gebracht. Met de compacte ENX 16 RIO introduceert maxon motor nu ook een high-endmodel. Maar welke toepassingen profiteren het meest van encoders met hoge resoluties? 

De eisen aan encoders worden steeds hoger. Dit geldt vooral voor toepassingen waarbij de positionering een essentiële rol speelt, zoals de plaatsing van elektronische componenten. De reden hiervoor is het toenemende aantal elektrische contacten en de gelijktijdige afname van de behuizingsafmeting van moderne, zeer complexe geïntegreerde schakelingen, waaronder microprocessoren en programmeerbare logische modules (field-programmable gate arrays). Zo vereist een moderne WF-XBGA-behuizing volgens JEDEC-norm MO-298, met maximaal 2601 contacten en een raster van 0,4 mm, een positioneringsprecisie van 0,4 °m, of 1/900 van een omwenteling. Een roterende encoder die hiervoor in aanmerking komt, moet over een tien keer hogere resolutie beschikken. Voor een incrementele encoder levert dit een minimumresolutie van 2.250 pulsen per omwenteling (counts per turn) op. 

Nog beduidend hoger zijn de eisen aan de encoderresolutie voor toepassingen met een zeer constante snelheidsregeling: als gevolg van de kwadratische verhouding tussen de gespecificeerde maximale afwijking van de snelheid ten opzichte van de ingestelde waarde en de vereiste encoderresolutie, zijn hier encoders nodig met een meervoud van 10.000 pulsen per omwenteling. De regel is: hoe kleiner en minder inert het aandrijfsysteem, hoe hoger de vereiste resolutie. 

Encoders moeten robuust en compact zijn 

Beide toepassingen vereisen niet alleen een hoge resolutie, maar ook een relatief hoge maximumsnelheid en een foutloze encoderfunctie voor een flexibel, dynamisch eindsysteem. En ook een encoder met hoge resolutie moet ideaal gezien zo min mogelijk extra installatieruimte in beslag nemen en dient in elektrisch en mechanisch opzicht robuust te zijn. 

ENX_16_RIO

ENX 16 RIO encoder

De nieuwe oplossing van maxon met 65.536 pulsen per omwenteling 

De nieuwe maxon ENX 16 RIO encoder (waarbij RIO staat voor Reflective, Interpolated, Optical) voldoet aan de eisen voor een optische encoder met hoge resolutie en buitengewoon compacte afmetingen. Door toepassing van de nieuwste technologieën bereikt hij tot 65.536 pulsen per omwenteling. En dankzij de spuitgegoten constructie is de behuizing met een buitendiameter van 16 mm en een lengte van 7 mm mechanisch bijzonder robuust. 

Direct geïnstalleerd op de motoras 

De ENX 16 RIO is een incrementele driekanaalsencoder met differentiële compatibele uitgangssignalen (EIA RS422). De resolutie kan in de fabriek worden geconfigureerd, van 512 pulsen per omwenteling tot het maximum. Bij resoluties tot 4096 pulsen per omwenteling werkt de encoder foutloos bij snelheden tot 40.000 rpm. Wanneer de resolutie verdubbelt, halveert de snelheid. Dit komt door de maximale uitgangspulsfrequentie van 3 MHz. Maar zelfs bij een zeer hoge resolutie van 16.384 pulsen per omwenteling is nog steeds 10.000 rpm mogelijk – en dat alles in een bijzonder compact formaat. De hoge snelheid komt ook tot stand door de uitwendige lagerconstructie zonder veerachtige verbindingselementen. Wanneer de encoder rechtstreeks op de motoras wordt gemonteerd, kan het volledige dynamische bereik voor positioneringstoepassingen worden gebruikt. 

De ENX 16 RIO encoder gebruikt een disk met 256 signaallijnen. Met de programmeerbare interpolatie tot 256 signaallijnen kan een resolutie tot 65.536 pulsen per omwenteling bereikt worden. Dankzij het kwadrantenprincipe op grond waarvan de incrementen worden geteld, bedraagt de maximale positioneringsresolutie 18 bit. Ondanks de hoge resolutie is de encoder heel robuust: het bedrijfstemperatuurbereik ligt bij -40 °C tot +100 °C, en in combinatie met de bijbehorende motorflens biedt de met kunststof beklede printplaat een stofdichte behuizing in overeenstemming met IP5x. Daarom is deze optische encoder ook geschikt voor ‘vuile’ omgevingen. De ENX 16 RIO biedt ingenieurs een modulaire oplossing voor een groot aantal gelijkstroommotoren van maxon. Combinaties zijn mogelijk voor directe aandrijfoplossingen op basis van serie DCX 16 tot DCX 35, EC-4pole 22, EC-4pole 30 en de motoren met inwendige rotor met ijzerkern EC-i 30, EC-i 40 en EC-i 52. 

ENX_Table

Van 3D-printers tot chirurgische robots 

Tabel 1 geeft een overzicht van de belangrijkste gegevens van de nieuwe encoder ENX 16 RIO. Deze hogeresolutie-encoder is bij uitstek geschikt voor een uiterst nauwkeurige positie- en snelheidsregeling. Dankzij de hoge maximumpulssnelheid en de constructie met externe lagers zijn er wat betreft snelheid en regeldynamiek nauwelijks compromissen nodig. De robuuste behuizing met het ENX-formaat, het brede bedrijfstemperatuurbereik, de differentiële RS422-interface en de stofdichte installatie op gespecificeerde maxon motoren maken nieuwe oplossingen in vele uiteenlopende high-endtoepassingen mogelijk. Voorbeelden hiervan zijn precisiemetingen, bedrukkingsmachines, deltarobots, 3D-printers, plotters, chirurgische robots, haptische toepassingen, plaatsing van elektronische componenten en vele meer. Vergeet alleen niet: om de mogelijkheden van de nieuwe encoder ten volle te benutten, moeten de positie- en snelheidsregelaars voldoende dynamisch zijn en moeten ze goed zijn afgesteld. Dit is mogelijk met de krachtige motioncontrollers van maxon, zoals ESCON, EPOS4 en MAXPOS. Ook de mechanische uitgangscomponenten moeten aan de hoogste kwaliteits- en precisie-eisen voldoen. Om deze redenen verdient het de voorkeur encoders met hoge resolutie in direct aangedreven toepassingen te installeren. 

DCX22S_ENX16

ENX 16 RIO – de nieuwe optische encoder met tot 65.536 pulsen per omwenteling, als combinatie met een configureerbare DC-motor (DCX 16 S)

Auteur: Dr. Volker Schwarz

© by © maxon motor ag