Inkrementalverfahren

Das Inkrementalverfahren ist ein Verfahren zur Aufnahme und Aufbereitung von Längen- oder Winkelmaßen in technischen Anwendungen. In der Automatisierungstechnik werden verschiedene Systeme zur Umsetzung von Bewegungen in elektrische Impulse genutzt, die dann in einer Steuerung weiterverarbeitet werden können. Durch geeignete Zählalgorithmen werden diese Impulse dann auf Werte für Längen, Winkel oder Geschwindigkeiten zurückgeführt.

Anwendung

In der Automatisierungstechnik werden für verschiedene Anwendungen Längen oder Winkelmaße benötigt, die zur weiteren Anwendung mit Hilfe einer Steuerung aufbereitet werden, damit sie für Positionieranwendungen nutzen zu können. Analoge Meßaufnehmer haben zwar den Vorteil, dass sie exakte Positionsangaben übermitteln, dafür müssen diese Werte erst durch einen Umsetzer für die Steuerungen aufgearbeitet werden. Bei den inkrementellen Aufnahmeverfahren können die Signale direkt über einen Zähler der Steuerung zugeführt werden. Allerdings arbeiten diese Verfahren alle relativ zur Bewegung und geben keine Absoluten Positionen aus. Eingesetzt wird dieses Messverfahren bei der Messung von Winkeln und Längen sowie bei den dazugehörigen Größen der Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Technisches

Durch die Art der Aufnahme ist das inkrementelle Messverfahren dem Bereich der Digitaltechnik zugehörig. Die Wirkungsweise beruht darauf, dass die Länge einer Bewegung dadurch gemessen werden kann, dass auf einer Referenzebene ein Raster aufgebracht wurde, dessen Teilung die Genauigkeit bestimmt. Während der Bewegung werden diese Rasterstriche mit einer geeigneten Aufnahmeeinrichtung erfasst und an eine Steuerung übergeben, in der die Inkremente gezählt werden. Das Verfahren bedingt allerdings, dass lediglich eine relative Positionsänderung erhalten wird. Um Angaben über Richtung und Position zu erhalten, sind neben den Inkrementen weitere Informationen zu codieren.

Die Aufnahme der Messgröße kann durch spezielle Inkrementalgeber erfolgen. Es können allerdings auch schon vorhandene Konstruktionselemente genutzt werden. So ist es bei bestimmten linearen Antrieben möglich, die Zähne der vorhandenen Zahnstangen mittels eines induktiven Aufnehmers abzufragen, wodurch ein spezieller Geber nicht gebraucht wird. Allerdings müssen hierbei Genauigkeits- und Kostenaspekte berücksichtigt werden.

Die Genauigkeit wird durch den Rasterabstand, d.h. die Auflösung der Inkremente bestimmt. Allerdings kann die Auflösung variabel angepasst werden, wenn bei Längenmessungen Drehgeber eingesetzt werden, die über eine Getriebemechanik die Längsbewegung auf eine Drehbewegung umsetzen. Die Auflösung kann über verschiedene Getriebeübersetzungen angepasst werden, so z.B. durch eine höhere Übersetzung, bei der mehr Umdrehungen für die gleiche Wegstrecke zur Verfügung stehen.

Bei diesem Verfahren werden zur Längenmessung die Inkremente gezählt. Das bedeutet, dass lediglich Informationen über die relative Bewegung zur Verfügung stehen. Um die absolute Position zu bestimmen, werden über eine Positionierfahrt die bekannte Punkte angefahren. Aus der Kenntnis dieser Punkte kann das System durch die Addition der relativen Strecken auf die Absolute Länge schließen. Hierfür benötigt das System allerdings noch eine Information über die Bewegungsrichtung, die allerdings meist durch die Antriebssteuerung zur Verfügung gestellt werden kann.

Ausführung

Bei dem Inkrementalverfahren mittels eines Drehgebers wird eine gläserne Scheibe mit Strichen, den sogenannten Inkrementen, versehen. Diese sogenannten Rasterstriche werden radial auf der Scheibe angeordnet. In rauer Industrieumgebung werden statt der Glasscheibe auch geschlitzte Metall- oder Kunststoffscheiben eingesetzt. Die Rasterstriche werden durch eine Leucht- und eine Fotodiode abgetastet. Die Richtung kann mit dem Inkrementalverfahren nicht bestimmt werden, hierzu müsste noch eine zusätzliche Information, welche die Drehrichtung angibt, aufgebracht werden.

Beim Drehen der Scheibe erhält man eine Relativbewegung zwischen dem Raster und den Dioden. Die Rasterstriche werden als Licht- und somit Stromimpulse gezählt. Ein Mikroprozessor wertet die Zahl der Impulse über der Zeit aus und berechnet daraus Weg und Geschwindigkeit. Es handelt sich um ein relatives Verfahren.

Literatur

• Walcher, Hans, "Winkel- und Wegmessung im Maschinenbau", 2. neubearb. und erw. Aufl.,VDI-Verlag, Düsseldorf, 1985, ISBN 3-18-400708-1