Optischer Encoder-Chip mit 26 Bit für Anbau- und Kitsysteme aller Baugrößen
SoC statt Variantenvielfalt
Kompakt, präzise, vielseitig und gleichzeitig einfach einzusetzen: Das ist die neue Generation optischer Sensorlösungen für ambitionierte Drehgeberanwendungen von iC-Haus. Der iC-RT2624 löst den Winkel einer Welle mit 26Bit auf und gibt die Information über zahlreiche Encoder-Schnittstellen wie Biss, SSI, SPI, ABZ, UVW und Sin/Cos simultan aus. Die individuell benötigte Ausgabeauflösung ist für jede Schnittstelle programmierbar. Die Größe der abgetasteten Codescheibe kann dank FlexCode nahezu beliebig an den verfügbaren Bauraum der Applikation angepasst werden.
Bild: iC-Haus GmbHOb miniaturisierter Kit-Encoder mit einem Außendurchmesser unter 35mm oder ausgewachsener Hohlwellen-Geber mit 40mm Innenloch - die Sensor-Komponente bleibt dieselbe. Das robuste Frontend mit Überabtastung sorgt stets für zuverlässige Messwerte und eine hohe Verfügbarkeit, auch in mäßig kontaminierten Arbeitsumgebungen, die für optische Sensoren prinzipbedingt anspruchsvoll sind.
Bild: iC-Haus GmbH
Programmierbare Ein-Chip-Lösung
Eine stabile Geschwindigkeitsregelung und exakte Positionierung sind Grundvoraussetzungen für moderne Automatisierungsprozesse. Hochqualitative Drehgeber sind hierbei der Schlüssel zur erforderlichen Performance von Aktuatoren und Robotern, was hohe Anforderungen an die integrierte Sensorelektronik stellt. Sich rasant entwickelnde Trendapplikationen wie Automated Guided Vehicles (AGVs), Autonomous Mobile Robots (AMRs) sowie kollaborative und humanoide Roboter verkürzen die Entwicklungszyklen. Eine flexible Integration und einfache Bedienbarkeit der Elektronik sind daher notwendig, um bei der Entwicklung neuer Automatisierungsprodukte hinsichtlich Time-to-Market wettbewerbsfähig zu sein. Um den vielfältigen Anforderungen seiner Anwender gerecht zu werden, setzt iC-Haus insbesondere auf das Konzept des vollintegrierten System-on-Chip (SoC). Dabei wird die gesamte elektrische Encoder-Funktionalität auf einem Silizium-Chip umgesetzt, sodass der Aufwand in der Elektronikentwicklung beim Anwender massiv reduziert wird. Die umfangreichen Programmiermöglichkeiten der Ein-Chip-Lösung decken die erforderliche Anwendungsvielfalt ab.
Bild: iC-Haus GmbHEinfach montiert, präzise messen
Der komplexe Schaltkreis des iC-RT2624 ist in einem kompakten 7x5x0,9mm kleinen optoQFN-Gehäuse mit 38 Pins untergebracht und wird mit einer Versorgungsspannung von 3,0 bis 5,5V betrieben. Eine gegenüber der Gehäuseoberseite angeordnete LED durchstrahlt eine dazwischenliegende Codescheibe. Zwei optische Spuren, die z.B. in Form von Chromstrukturen auf der Scheibe aufgebracht sind, projizieren die Winkelinformation als Schattenwurf auf das Sensorfenster.
Die Fotostrukturen der neuesten Generation sind für Wellenlängen im Bereich von 400 bis 900nm empfindlich, sodass eine blaue, rote oder infrarote Lichtquelle zum Einsatz kommen kann. Kurzwelliges blaues Licht mit einer Peak-Wellenlänge von etwa 460nm liefert hierbei die schärfste Abbildung und ist zusammen mit einer hochwertigen Glasscheibe besonders geeignet, um mit dem System die bestmögliche Messgenauigkeit im Bereich weniger Winkelsekunden zu erzielen. Diese Sender-Empfänger-Kombination bietet auch in Bezug auf den Luftspalt zwischen Sensor und Codescheibe den größtmöglichen Freiheitsgrad bis 0,8mm. Für ein Durchlichtsystem dieser Genauigkeitsklasse ist das ein herausragender Wert und insbesondere für lagerlose Drehgeber wertvoll, die in der Anwendung und über Temperatur mechanischem Spiel ausgesetzt sein können. Encoder-Elektroniken, die ausschließlich in einer Spannungsdomäne von 3,3V arbeiten sollen, profitieren hingegen von einer Infrarotbeleuchtung im Wellenlängenbereich um 850nm, da die benötigte Flussspannung blauer LEDs darüber liegt. Unabhängig von der Lichtfarbe stellt die im Chip integrierte LED-Regelung den Arbeitspunkt der Beleuchtung im Betrieb automatisch optimal ein. Dadurch lassen sich u.a. Axialspiel der Welle oder auch ein Taumeln der Codescheibe problemlos ausgleichen.
Der iC-RT2624 verfügt über einen großzügigen Arbeitsbereich und kann tangential und radial innerhalb von ±0,5mm gegenüber der Codescheibe montiert werden. Zusätzlich sind ±2° Verdrehung tolerierbar. Dies ermöglicht prozesssichere Abläufe bei der Gebermontage, ohne dass eine aufwändige Justierung des Sensors erforderlich ist. Die automatischen Abgleichfunktionen des Chips stellen präzise Messergebnisse innerhalb des gesamten Arbeitsbereichs sicher und können wahlweise per seriellem Kommando über Biss und SPI oder auf Knopfdruck ausgeführt werden. Letzteres ermöglicht die Inbetriebnahme binnen Sekunden im Feld und eignet sich deshalb besonders für Kit-Encoder, die erst beim Endkunden in die Anwendung eingebaut werden. Dabei sind keine zusätzlichen Hardware- oder Software-Tools für die Erstinbetriebnahme nötig.
Bild: iC-Haus GmbHStets Zuverlässig dank robuster Abtastung
Die Winkelberechnung basiert auf einem Zweispursystem. Aus der optischen Projektion eines Pseudo-Random-Codes (PRC) gewinnt der radial innenliegende Digital-Scanner eine Grobposition. Mithilfe dieser wird die entsprechende Sinus- und Cosinus-Periode auf der zusätzlichen, äußeren Inkrementalspur bestimmt, die on-chip interpoliert und in eine Feinposition umgerechnet wird. Der leistungsstarke Interpolationskern löst jede Periode mit 16Bit auf, sodass bei einer Basisauflösung von 1.024 Strichen auf der Codescheibe eine 26Bit-Winkelinformation zur Verfügung steht. Die Wandlung läuft mit ultra-niedriger Latenz innerhalb einer Mikrosekunde ab. Absolute Positionsdaten sind sofort nach dem Einschalten verfügbar. Eine Referenzfahrt ist nicht notwendig. Alle 12,5ns wird die Position intern neu ermittelt und bleibt so im Betrieb stets aktuell. Eine einstellbare Filterung sorgt auch in anspruchsvollen, dynamischen Anwendungen mit hohen Beschleunigungen für stabile Ausgangssignale und somit für eine souveräne Drehzahlregelung.
Der neuartige Digitalscanner sorgt für eine sehr robuste Abtastung, die bis zu fünf Bitfehler des digitalen PRC korrigieren kann. Damit ist eine stets zuverlässige Positionsermittlung auch bei leichter Verschmutzung der Codescheibe oder des Sensorfensters gewährleistet - eine echte Neuerung für einen hochauflösenden optischen Positionssensor mit einem so kompakten Footprint. Ergänzend überwacht der Chip im Betrieb kontinuierlich den Signalkontrast der differentiellen Analogsignale der Inkrementalspur. Die Kontrastmessung zeigt rechtzeitig an, wenn Betauung oder Niederschlag ausgasender Kugellagerfette die optische Projektion kritisch stören, noch bevor die Winkelerfassung ausfällt. Somit ist bereits auf Sensorebene ein permanentes Condition Monitoring implementiert.
Für alle Baugrößen und Auflösungen
Dank FlexCode können die Maße der Codescheibe ab einem Außendurchmesser von 20mm nahezu frei gestaltet werden. So lässt sich ein Encoder-System mit dem iC-RT2624 in unterschiedlichste Bauformen und Platzverhältnisse integrieren. Unabhängig von der verwendeten Codescheibe und der damit verfügbaren Basisauflösung, die durch die Strichzahl und Teilungsperiode festgelegt ist, kann die Auflösung für alle Ausgabeschnittstellen individuell eingestellt werden. Der ABZ-Generator mit programmierbarer Quadraturauflösung ist bei Encoder-Produkten von iC-Haus bereits fest unter dem Begriff FlexCount etabliert. Auch die Datenlänge des Positionsworts der seriellen Schnittstellen Biss/SSI und SPI kann vom Anwender frei eingestellt werden.
Mit dem iC-RT2624 ist nun auch eine programmierbare Auflösung der Sin/Cos-Ausgabe hinzugekommen. Der neue Sin/Cos-Generator ermöglicht die Einstellung der Anzahl der pro Umdrehung ausgegebenen Perioden mit 2^n CPR (n=0..15). Die jeweiligen differentiellen Sin/Cos-Signale werden aus der digitalen Positionsinformation abgeleitet und von einem Digital-Analog-Wandler erzeugt. So wirkt sich auch die digitale Signalverarbeitung positiv auf das analoge Ausgangssignal aus, z.B. durch die Exzentrizitäts-Kompensation zur Verbesserung der Genauigkeit von außerzentrisch rotierenden Codescheiben. Auf Basis dieses Features lassen sich Produktvarianten mit verschiedenen Sin/Cos-Auflösungen mit einem Sensor und derselben Codescheibe realisieren. Diese Gleichteilstrategie spart Aufwand und Kosten in Entwicklung und Beschaffung. Zusätzlich steht eine klassische analoge Sin/Cos-Schnittstelle mit der nativen Auflösung zur Verfügung. Das Signal wird über einen separaten, safety-ready Pfad im Chip geroutet. Über das Absolut-Daten-Interface (ADI) des iC-RT2624 können zudem externe Multiturn-Sensoren angeschlossen und weiterverarbeitet werden.
Kompakt, präzise, vielseitig und gleichzeitig einfach einzusetzen: Das ist die neue Generation optischer Sensorlösungen für ambitionierte Drehgeberanwendungen von iC-Haus. Der iC-RT2624 löst den Winkel einer Welle mit 26Bit auf und gibt die Information über zahlreiche Encoder-Schnittstellen wie Biss, SSI, SPI, ABZ, UVW und Sin/Cos simultan aus. Die individuell benötigte Ausgabeauflösung ist für jede Schnittstelle programmierbar. Die Größe der abgetasteten Codescheibe kann dank FlexCode nahezu beliebig an den verfügbaren Bauraum der Applikation angepasst werden.
Bild: iC-Haus GmbHOb miniaturisierter Kit-Encoder mit einem Außendurchmesser unter 35mm oder ausgewachsener Hohlwellen-Geber mit 40mm Innenloch - die Sensor-Komponente bleibt dieselbe. Das robuste Frontend mit Überabtastung sorgt stets für zuverlässige Messwerte und eine hohe Verfügbarkeit, auch in mäßig kontaminierten Arbeitsumgebungen, die für optische Sensoren prinzipbedingt anspruchsvoll sind.Bild: iC-Haus GmbH
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Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Februar) 2026 - 13.02.26.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
