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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2021

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2021

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Klein, aber genau Adaptive Sensor-Chips für hochauflösende magnetische Positionsgeber Sowohl bei optischen Positionsgebern im Motor-Feedback als auch bei magnetischen Winkelgebern sind hohe Auflösungen gefragt. Ein magnetischer Zeilensensor in Kombination mit sensorseitiger Messwertkorrektur ermöglicht frei skalierbare Gebersysteme mit guter Winkelgenauigkeit. Die physikalischen Nachteile kleiner Bauformen werden dank Exzentrizitätskorrektur ausgeglichen. Diesen Herausforderungen stellt sich der 26-Bit-Encoder-Signalprozessor iC-TW29 seitens der Interpolationselektronik. Durch die Sinus-Digital-Wandlung mit neuen Korrekturfunktionen sind kurzwellige Signalfehler vom Sensor sowie langwellige Exzentrizitätsfehler aus der Mechanik kompensierbar. Dadurch können selbst kleine Positionsgeber eine hohe Messgenauigkeit erreichen. Der iC-TW29 lässt sich mit diversen optischen und magnetischen Sin/Cos- Signalgebern kombinieren. In Zusammenspiel mit dem Hall-Sensor iC-PVS lassen sich besonders performante und flexible magnetische Inkremental- oder Absolut- Encoder realisieren. Der schnelle Encoder-Prozessor iC-TW29 im Backend bietet eine Auflösung und Ausgabeschnittstelle nach Wunsch und kann Sensordaten von der adaptierbaren Hall- Zeile iC-PVS übernehmen. Die Größe der Skala, ob aktiv oder passiv (Polrad oder Zahnrad mit Stützmagnet) spielt keine Rolle – die Bausteine sind universell und flexibel einsetzbar. Sind nur niedrige bis mittlere Auflösungen gefordert, ist in der einfachsten Ausführung der magnetische Zeilensensor iC-PVS als Stand-alone-Baustein ohne iC-TW29 einsetzbar. Die Interpolationstiefe pro magnetischer Periode liegt dann bei sechs Bit. Eine lineare Anwendung mit einer Polbreite von beispielsweise 2 mm würde eine Positionsauflösung von 62,5 µm ergeben. Die Winkelauflösung bei rotativen Anwendungen wird von der Zahnanzahl bestimmt, bzw. von der Anzahl der Polpaare. Stehen zum Beispiel 128 Signalperioden zur Verfügung, wird eine Winkelauflösung von log2(128) + 6 Bit = 13 Bit erreicht – eine klassische Auflösung vieler SSI-Geber. 01 56-Bit-Positionszähler setzt auf Energieeffizienz Zusätzlich zur konfigurierbaren Hall-Sensorzeile bietet der iC-PVS als weiteres Novum einen batteriegestützten 56-Bit-Positionszähler mit geringem Strombedarf. Die Auswertung erfolgt durch eine integrierte Flexcount-Schaltung; mit ihr kann der iC- PVS eine beliebige Anzahl magnetischer Eingangsperioden (von 1 bis 65 536) als eine volle mechanische Umdrehung werten. Somit lässt sich mittels iC-PVS ein Multiturn-Absolutgeber konstruieren, der mit herkömmlichen inkrementellen Maßverkörperungen oder Zahnrädern arbeitet. Die 01 Zahnrad-Abtastung mit iC-PVS und rückseitigem Stützmagnet; als serielle Datenschnittstelle stehen SPI, BiSS oder SSI zur Auswahl 02 Die Positionsdaten vom iC-PVS liest iC-TW29 über seine Absolutdaten-Schnittstelle (ADI); die Daten werden passend ausgeschnitten und nicht benötigte Bits verworfen Dipl.-Ing. Joachim Quasdorf, Applikationsentwicklung und technische Kundenbetreuung; Dipl.-Ing. (FH) Patrick Stahl, Vertrieb sowie Applikation von Encoder iCs & Mikrosysteme, beide bei der iC-Haus GmbH in Bodenheim 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 05/2021 www.industrielle-automation.net

SENSORIK UND MESSTECHNIK 02 Vorteile: maximale Flexibilität in Bezug auf den Abtastdurchmesser, großzügige Justagetoleranzen im Vergleich zu herkömmlichen Absolutsystemen und wirtschaftlich attraktive Maßverkörperungen. Wird eine geeignete Batterie eingesetzt, sind servicefreie Betriebs- und Stillstandzeiten von mehr als zehn Jahren möglich. Der integrierte Batteriemonitor informiert den Anwender rechtzeitig zum Ende der Batterie-Lebensdauer. Optimales Zusammenspiel für höhere Auflösungen Bei höheren Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit kommt der iC-TW29 zum Einsatz. Im einfachsten Fall eines Inkrementalgebers liefert der iC-PVS lediglich die analogen Sin/Cos-Signale an den iC-TW29. Zur Realisierung eines Absolutwertgebers kann der iC-TW29 über seine ADI-Schnittstelle zusätzlich die batteriegestützte Absolutposition vom iC-PVS einlesen. Um die geforderte Winkelgenauigkeit innerhalb praktikabler Anbautoleranzen zu erreichen, bietet der iC-TW29 eine integrierte Signalkonditionierung, die primäre Signalfehler automatisch ausgleicht. So werden die Sensorsignale bezüglich Amplitude, Offset der Chip ausmessen und elektronisch kompensieren. Diese Funktion ist für fremdgelagerte modulare Geber interessant, zum Beispiel wenn Lesekopf und Achse keine starre Einheit bilden oder wenn ein Polrad mit aufvulkanisiertem Magnetmaterial vom Motorenhersteller angebaut wird. Bilder: iC-Haus www.ichaus.de ICH VERLASS‘ MICH AUF MEINE MultiCut: Weil ich mit einer Schneidplatte alle meine Kabelkanäle bearbeiten kann. Innovation ist die integrierte Positions - korrektur für den Exzentrizitätsfehler oder eines Phasenfehlers zwischen dem Sinus- und Cosinus-Signal automatisch abgeglichen, entweder bei einem Einmessen auf Knopfdruck oder permanent. Nachfolgend werden nicht abgleichbare Restfehler digital überwacht, um unzulässige Abweichungen der Steuerung entweder als Fehler- oder Warnmeldung anzuzeigen. Parallel zur BiSS-Datenausgabe ist ein Mikrocontroller über SPI anschließbar, was nachrüstbare Zusatzfunktionen ermöglicht. Beispielsweise können die Restfehlerwerte des Chips den Rundlauf analysieren, um das Achsenlager zu überwachen – eine gefragte Erweiterung für Industrie-4.0-Leitsysteme mit Predictive Maintainance. Ein Novum des iC-TW29 Bausteins ist ebenfalls ein Flexcount- Kern, hier ausgebildet als elektronisches Getriebe mit voller Anwendungsfreiheit. Eine beliebige Eingangsauflösung von einer binären oder dezimalen Teilung ist in eine beliebige Ausgangsauflösung umsetzbar, unabhängig für alle verfügbaren Ausgaben (ABZ, UVW, BiSS, oder SPI). Einen langwelligen Rundlauffehler, der beim exzentrischen Anbau runder Maßverkörperungen entsteht, kann Unterschiedlich große Kabelkanäle mit nur einer Maschine ablängen? Mit der MultiCut von PFLITSCH kein Problem. Die Schneidplatte der MultiCut kann mit mehreren Schneidkonturen in unterschiedlichen Größen konfiguriert werden. Mehr Infos unter www.pflitsch.de 10% RABATT auf Komponenten * *nur bis zum 30.09. und gilt nicht für Antriebe