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Korrektur des Winkelmessfehlers von optischen Drehgebern bereits vor der Generierung des Sensorsignals

Ref-Nr: TA-09/036TLB


Kurzfassung

Die rein optische Kompensation des Winkelfehlers bei Exzentrizität der Kodierscheiben von Drehwinkelsensoren ermöglicht den robusten Aufbau eines Sensors mit justagefreier Montage der Kodierscheibe. Über eine diffraktive Kompensationsspur wird die Beleuchtungsposition auf der Maßspur bereits vor der Generierung des eigentlichen Positionssignals korrigiert.


Hintergrund

Drehwinkelsensoren bzw. Drehgeber dienen der berührungslosen Erfassung der Winkelstellung bei Drehbewegungen. Sie werden in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt, so z. B. in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, für fahrerlose Transportsysteme und Flurförderzeuge sowie in der Medizintechnik.
Optische Drehgeber können hochaufgelöst Winkelstellungen erfassen, die Genauigkeit hängt aber von der Korrektur des toleranz- und montagebedingten Winkelmessfehlers ab.


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Problemstellung

Das Grundprinzip optischer Drehwinkelsensoren basiert auf einer drehbar gelagerten Welle, auf welcher eine Kodierscheibe mit Maßspur fixiert ist. Die Segmente der Maßspur werden optisch abgetastet und liefern entweder die Winkeländerung oder absolute Winkelwerte. In beiden Fällen ist die Genauigkeit der Sensorwerte davon abhängig, dass das Zentrum der Welle mit dem Zentrum der Kodierscheibe bzw. Maßspur übereinstimmt. Dies erfordert einen hohen Aufwand bei der Montage und ist daher teuer. Trotz des hohen Aufwands kann ein geringer Zentrierfehler mechanisch nie vollständig vermieden werden (Schlag der Maßspur).
Bisherige Lösungsansätze verfolgen hauptsächlich die Strategie, den Winkelmessfehler in der Auswertung zu korrigieren, in der Regel durch den Einsatz mehrerer Ausleseeinheiten bzw. zusätzlicher Maßspuren.


Lösung

Am Institut für Technische Optik der Universität Stuttgart wurde ein Verfahren entwickelt, durch dessen Einsatz der Winkelmessfehler bereits vor der Generierung des Sensorsignals optisch korrigiert wird.
Die optische Kompensation wird dadurch realisiert, dass zusätzlich zur diffraktiven Maßspur eine Kompensationsspur auf der Kodierscheibe aufgebracht wird. Die beiden Spuren werden in einem Arbeitsgang hergestellt und es kann somit auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass sie ein und dasselbe Drehzentrum haben.
Die ebenfalls diffraktive Kompensationsspur sorgt dafür, dass der durch das Beleuchtungslicht erzeugte Lichtspot, der den Abtastbereich der Maßspur beleuchten soll, nicht statisch bleibt, sondern bei Dezentrierung von Welle und Kodierscheibe umgelenkt wird. Die Umlenkung kann so gestaltet werden, dass die Beleuchtung der Maßspur immer an derselben Position (auf tangentialer Höher ihrer Drehachse) erfolgt, selbst wenn sich die Kodierscheibe aufgrund des mechanischen Schlags in tangentialer Richtung der Lichtquelle bewegt.


Vorteile

  • Kostengünstige optische Kompensation der Exzentrizität der Encoderscheibe
  • Für inkrementale und absolut kodierte optische Drehwinkelsensoren geeignet
  • Optische Kompensation des Winkelfehlers vor der Signalgenerierung
  • Keine zusätzliche Elektronik notwendig
  • Justagefreie Montage der Kodierscheibe

Anwendungsbereiche

Erfassung von Winkelstellung mit optischer Korrektur des Sensorsignals.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Florian Schwabe
+ 49 721 790 040
fschwabe@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • EP 10 754 691.3 erteilt
  • DE erteilt
  • FR erteilt
  • GB erteilt
  • CH erteilt

Stichworte

Drehwinkelsensor, Winkelmessung, Drehgeber

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr