Optische Drehgeber

Optische Drehgeber, auch als Encoder bekannt, sind Messgeräte, die zur Erfassung von Winkelpositionen und Drehbewegungen eingesetzt werden. Im Wesentlichen wandeln sie mechanische Rotationsbewegungen in elektrische Signale um, die dann von Steuerungseinheiten verarbeitet werden können. Diese Drehgeber nutzen optische Sensoren zur Erkennung der Drehbewegung einer rotierenden Scheibe. Die Scheibe ist mit lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen ausgestattet. Ein Lichtstrahl, der auf die Scheibe gerichtet ist, wird je nach Muster der Scheibe moduliert, und der resultierende Lichtstrahl wird von einem Sensor erfasst und in digitale Signale umgewandelt. Diese Signale können dann von einer Steuerungseinheit interpretiert werden, um die genaue Winkelposition oder Drehgeschwindigkeit zu bestimmen.

Funktionsweise eines optischen Drehgebers

Optische Drehgeber bestehen aus einer lichtdurchlässigen Scheibe, die auf einer Welle montiert ist, einem Lichtstrahler (z. B. eine LED) und einem optischen Sensor. Die Scheibe hat eine Reihe von transparenten und undurchsichtigen Bereichen, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind. Wenn sich die Scheibe dreht, unterbricht sie den Lichtstrahl, und der optische Sensor erfasst die Lichtimpulse. Diese Impulse werden in elektrische Signale umgewandelt und dienen der Bestimmung der Drehbewegung. Weitere Infos finden Sie in unserem Ratgeber zum Thema Encoder.

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen inkrementalen und absoluten optischen Drehgebern:

• Inkrementale Drehgeber: Diese liefern Impulse, die die Veränderung der Drehposition darstellen. Die genaue Position wird durch das Zählen der Impulse bestimmt, was bedeutet, dass das System beim Start oder bei einem Stromausfall "den Bezugspunkt verliert" und eine erneute Kalibrierung erforderlich ist.
• Absolute Drehgeber: Diese liefern eindeutige Positionswerte, sodass die exakte Position auch nach einem Stromausfall erhalten bleibt. Dies macht absolute Drehgeber besonders nützlich in sicherheitskritischen oder präzisen Anwendungen, bei denen keine Neukalibrierung durchgeführt werden kann.

Vorteile optischer Drehgeber

Optische Drehgeber bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sie zur bevorzugten Wahl für zahlreiche Anwendungen machen:

• Hohe Präzision: Aufgrund ihrer optischen Technologie sind diese Drehgeber äußerst präzise. Sie können selbst kleinste Bewegungen und Positionsänderungen erkennen und genau messen.
• Zuverlässigkeit: Da keine mechanische Abnutzung wie bei anderen Messverfahren entsteht, sind optische Drehgeber langlebig und zuverlässig. Die kontaktlose Messung minimiert den Verschleiß und sorgt für eine lange Lebensdauer.
• Hohe Auflösung: Optische Drehgeber sind für ihre hohe Auflösung bekannt, was bedeutet, dass sie sehr feine Bewegungen und Veränderungen erfassen können. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig in der Präzisionsrobotik und bei hochgenauen Positionierungsaufgaben.
• Vielseitigkeit: Optische Drehgeber sind in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich und können in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden – von der Industrieautomatisierung bis zur Medizintechnik.

Anwendungsbereiche optischer Drehgeber

Optische Drehgeber finden in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung:

• Industrielle Automatisierung: In der Fertigung und Produktion werden optische Drehgeber zur Positionsüberwachung und Steuerung von Robotern, Maschinen und Förderbändern verwendet. Die hohe Präzision ermöglicht es, Produktionsprozesse effizient und fehlerfrei zu gestalten.
• Robotik: In der Robotik sind Drehgeber unverzichtbar, um präzise Bewegungen und Steuerungen zu ermöglichen. Sie helfen bei der Ermittlung der exakten Position der Roboterarme, was für komplexe Aufgaben von großer Bedeutung ist.
• Medizintechnik: Auch in der Medizintechnik finden optische Drehgeber Einsatz, etwa in chirurgischen Robotersystemen, wo Genauigkeit und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind.
• Erneuerbare Energien: Bei Windkraftanlagen werden Drehgeber verwendet, um die Ausrichtung der Rotoren zu überwachen und sicherzustellen, dass die Anlage stets optimal zur Windrichtung positioniert ist.
• Fahrzeugtechnik: In der Fahrzeugtechnik tragen optische Drehgeber zur Steuerung von elektrischen Servosystemen bei und werden in zahlreichen Sensorik- und Steuerungsaufgaben eingesetzt.

Worauf sollte man bei der Auswahl eines optischen Drehgebers achten?

Bei der Auswahl eines optischen Drehgebers gibt es einige wesentliche Kriterien, die berücksichtigt werden sollten:

• Auflösung: Die gewünschte Genauigkeit der Positionsbestimmung bestimmt die Wahl der Auflösung. Je höher die Auflösung, desto genauer ist die Positionsbestimmung.
• Betriebsumgebung: Optische Drehgeber sind empfindlich gegenüber Verschmutzungen, wie z. B. Staub oder Öl. Daher sollte der Einsatzort des Drehgebers sorgfältig ausgewählt oder ein entsprechender Schutz vorgesehen werden.
• Drehzahl: Abhängig von der Anwendung ist auch die maximale Drehzahl, die der Drehgeber messen kann, von Bedeutung. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen sollten Drehgeber mit einer entsprechenden Drehzahlkapazität gewählt werden.
• Absolut oder inkremental: Die Entscheidung zwischen einem absoluten oder einem inkrementalen Drehgeber hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Absolutwertgeber sind vorteilhaft, wenn die Position jederzeit genau bekannt sein muss, während inkrementale Drehgeber ideal für Anwendungen sind, bei denen nur Bewegungen registriert werden müssen.