Gebervergleich und Abschätzungen zur Genauigkeit

Welche Genauigkeiten erreichen AMK Servoantriebe mit unterschiedlichen Gebertypen und Auflösungen?

Einflussfaktoren auf die Positioniergenauigkeit:

 

Betrachtung zur maximal erreichbaren Genauigkeit von Gebern mit AMK Antriebssystemen:

Gebertyp:

I

E

F

S

T

U

V

P

Q

Y

Bemerkungen

Absolutwertgeber (Typ)

-

Single

Multi

Single

Multi

Single

Multi

Single

Multi

Multi

Singleturn: 1 Umdrehungen

Multiturn: 4096 Umdrehungen

Gebersignale

Analog (SIN/COS)

✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

(✓)

(✓)

-

(✓): nicht ausgewertet

Digital

-

✓

EnDat 2.1

✓

Hiperface

✓

Hiperface

✓

EnDat 2.2 light

✓

Hiperface DSL

EnDat 2.2 light bedeutet, dass ausschließlich der Befehlssatz von EnDat 2.1 verwendet wird.

Auswertung

Analogspuren

kontinuierlich

keine Auswertung

zur Lageistwertbildung

Digitalspur

-

einmalig nach Netz ein

zyklisch

 
Qualität   Der Absolutwert wird mit dem Analogsignal orts- und zeitrichtig verrechnet und dadurch die Genauigkeit verbessert. Absolutwert kann nicht mit Analogspuren verrechnet werden.

Ausschließlich Absolutspur

Ausschließlich Absolutspur  

Lagebezug

Referenzfahrt

✓ (NIP)**

✓*

-

✓*

-

✓*

-

✓*

-

-

*Referenzmarke wird im Antriebsregler gebildet

**Nullimpuls

Absolutwert

(Bereich in Umdrehungen)

-

1

4096

1

4096

1

4096

1

4096

4096

Lageistwert steht direkt mit Netz ein zur Verfügung

(nicht bei KW-R03 (P))

Gebertyp:

S,T

E, F

S,T

E,F

U, V

P, Q

P, Q

Y

 

Geberauflösung (Digital und Anlag)

Analoge Auflösung / Umdrehung
(SIN/COS Perioden)

128

512

1024

2048

16

(16)

(32)

-

( ): nicht ausgewertet

Quelle Motordatenblatt

ID32776 'Sinusgeberteilung'

Digitale Auflösung / Umdrehung [Bit]

(12)

(13)

(15)

(13)

(9)

18

19

23 17*, 20*

( ): Auswertung Absolutwert - einmalig nach Netz ein

* alternativ mit 17 oder 20 Bit Auflösung

Quelle Geberdatenblatt

Messschritte pro Umdrehung (2x Bit)

(4096)*

(8192)*

(32768)*

(8192)*

(512)*

 

262.144

524.288

8.388.608

*Lagebezug durch einmaliges Lesen nach Netz ein

Quelle Geberdatenblatt

Digitale Auflösung Absolutwerte

[1 / Messschritt]

0,088°

317"

5'

0,044°

158"

2,6'

0,011°

40"

0,7'

0,044°

158"

2,6'

0,71°

2556"

43'

0,0014°

5"

0,083'

0,0007°

3"

0,05'

0,000043°

0,155"

0,0026'

gerechnete Werte= 360°/Messschritte

Gebergenauigkeit Analogsignal

|±80"|

1,33'

0,022°

|±60"|

1'

0,017°

|±45"|

0,75'

0,0125°

|±20"|

0,33'

0,0055°

|±288"|

4,8'

0,08°

 

 

 

 Quelle: Datenblatt vom Hersteller

Gebergenauigkeit Absolutwert

          

|±280"|

4,67'

0,078°

|±90"|

1,5'

0,025°

|±50"|*

0,83'

0,014°

Quelle: Datenblatt vom Hersteller

*(|±100''| für 20 Bit)
Systemgenauigkeit

✓✓

✓✓✓✓

✓✓✓

✓✓✓✓✓

✓

✓✓✓✓

✓✓✓✓

✓✓✓✓

 Die Einstufung berücksichtigt die zyklische Positionsermittlung sowie das Aufsetzen der Istposition auf den Absolutwert

Erreichbare Genauigkeit:

Im Vergleich schneidet der E/F Geber am besten ab: Beim E/F Geber wird die bessere Genauigkeit der analogen Spuren genutzt, um die Genauigkeit des Absolutwerts beim Aufsetzen der Istposition nach dem Einschalten zu verbessern.

Die Positioniergenauigkeit einer Servoachse kann nie besser sein, als die Genauigkeit des verwendeten Gebers.

Um die bestmögliche Positioniergenauigkeit erreichen zu können, müssen weitere Voraussetzungen erfüllt sein: Eine Voraussetzung aus der Praxis ist, dass die Auflösung des Lageistwerts um Faktor 10 höher sein soll, wie die geforderte Positioniergenauigkeit.

Beispiel: Um auf 1/100 genau zu sein, muss der Lageistwert auf 1/1000 aufgelöst werden können. Mit der Interpolation der Gebersignale in der auswertenden AMK Elektronik ist diese Forderung mehr als erfüllt.

In Anwendungen gibt es zahlreiche weitere Faktoren, die Einfluss auf die Positioniergenauigkeit haben, z. B. Spiel oder Lose in der Mechanik, Reglereinstellungen, ....

 

Gebertyp:

S,T

E, F

S,T

E,F

U, V

P, Q

P, Q

Y

 

Auflösung und Interpolation in der auswertenden Elektronik

Formel zur Berechnung der internen Auflösung / Umdrehung im Wechselrichter:

ID116 'Auflösung Motorgeber'

Analoge Auswertung mit Interpolation

ID116 = 4 x ID32776 x PV

mit

PV = 1...2048

Digitale Auswertung

ID116 = PV * MPU/2048

mit

PV = 1...2048

ID32776 'Sinusgeberteilung'

PV: Positionsverfeinerungsfaktor

MPU: Messschritte pro Umdrehung
Gewählter PV Faktor

2048

2048

  

ID116 [Inkremente / Umdrehung]

1.048.576

4.194.304

8.388.608

16.777.216

4.194.304

262.144

524.288

8.388.608

Gerechnete interne Auflösung pro Umdrehung im Wechselrichter aufgrund des gewählten PV Faktors
Auflösung [° / Inkremente]

0,00034°

0,02'

0,000086°

0,005'

0,000043°

0,0026'

0,000022°

0,0013'

0,000086°

0,0052'

0,0014°

0,084'

0,00069°

0,04'

0,000043°

0,0026'

  

S und T Geber (optisch):

S und T Geber stellen dem Antriebsregler sofort nach dem Einschalten einen Absolutwert bereit, um den Lageistwert aufzusetzen. Der zyklische Lageistwert wird aus den Analogsignalen gebildet, die eine höhere Genauigkeit im Vergleich zum Absolutwert haben. Zwischen dem Absolutwert und den analogen Signalen des Gebers gibt es keinen verrechenbaren Zusammenhang. Sobald der Absolutwert als Lagereferenz herangezogen wird, reduziert sich die Gebergenauigkeit des zyklischen Lageistwerts auf die Genauigkeit des Absolutwerts. Alternativ zur Absolutspur kann der Lagebezug mit einer Referenzpunktfahrt z. B. auf Nocken und Nullimpuls hergestellt werden.

 

E und F Geber (optisch):

E und F Geber erreichen im Vergleich eine sehr hohe Genauigkeit, weil der Absolutwert mit dem Analogsignal orts- und zeitrichtig verrechnet werden kann und dadurch die Genauigkeit des Absolutwerts auf die Genauigkeit der Analogspuren verbessert wird. Dieser Geber kommt bei Anwendungen mit Anforderungen an die Positioniergenauigkeit im Bereich 1/100° zum Einsatz.

 

U und V Geber (kapazitiv):

U und V Geber stellen einen Absolutwert sofort nach dem Einschalten bereit (wie S und T Geber), aber mit einer geringeren Auflösung. Die Analogspuren haben wenig Perioden, um diesen Geber preisgünstig zu halten. Dieser Geber eignet sich vorwiegend für Anwendungen, die keine hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit stellen.

 

P und Q Geber (induktiv):

Diese rein digitalen Geber bilden den Referenzpunkt und den zyklischen Lageistwert aus dem Absolutwert des Gebers. Die Genauigkeit dieser Geber wird durch das induktive Messverfahren bestimmt. Die analogen Signale werden intern digitalisiert und als Absolutwert ausgegeben.

 

Y Geber (optisch):

Der Y Geber ist wie die P und Q Geber ein rein digitaler Absolutwertgeber und hat eine Genauigkeit vergleichbar mit dem S und T Geber (15 Bit und 1024 Perioden). Der Y Geber bildet seinen Absolutwert über ein internes Messverfahren, das die Genauigkeit des Gebers bestimmt. Die hohe Auflösung bringt aufgrund des Messprinzips keine größere Genauigkeit.

 

Gebertyp:

R

I

E

F

S

T

U

V

P

Q

Y

Bemerkungen
Preisübersicht

Absolutwertgeber (Typ)

Single

-

Single

Multi

Single

Multi

Single

Multi

Single

Multi

Single

Multi

Singleturn: 1 Umdrehungen

Multiturn: 4096 Umdrehungen
Analoge Auflösung / U
(SIN/COS Perioden)		 128* 1000* 512 2048 512 2048    

16

16

(16/32)

(16/32)

-

-

-

-

-

-

( ): nicht ausgewertet

*Perioden / Umdrehung
Digitale Auflösung / U [Bit]

-

-

(13)

(13)

(13)

(13)

    

(9)

(9)

18

19

17

20

23

17

20

23

 ( ): Auswertung Absolutwert - einmalig nach Netz ein
Preis

€

€€

€€€

€€€

€€€€€

€€€€€

    

€

€€

€€

€€

€€

€€€

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€€€€€

€€€€€€

€€€€€€€

  
Vorzugstypen

 

 

✓

  

✓

  

!*

!*

✓

✓

✓

✓

              

!* S und T Geber möglichst nicht mehr verwenden, nur noch bei Sonderanfragen und Sonderapplikationen und Rücksprache AMK Vertrieb.