Absolute encoders verliezen stilaan al hun minpunten

Past bij jouw sensorvraagstuk beter een incrementele of een absolute encoder? Tot voor kort sloeg de balans meestal door naar incrementele oplossingen, maar dat is aan het veranderen. Absolute encoders vormen steeds vaker het antwoord. Sensorspecialist Sentech verklaart die kentering.

Alexander Pil
5 november 2021

Zoals bij veel ontwikkelvraagstukken draait het bij de selectie van de juiste sensortechnologie om het acroniem QLTC. ‘De best passende oplossing vind je door te kijken naar kwaliteit, logistiek, technologie en kosten’, weet Peter Verstappen, senior accountmanager bij sensorspecialist Sentech. ‘Je kunt binnen een vastgesteld pakket van eisen nooit op al die punten het onderste uit de kan halen, dus je zult altijd een compromis moeten sluiten.’

David Reuijl en zijn collega’s bij Sentech bouwden een testopstelling waarin ze absolute encoders konden vergelijken met een zeer nauwkeurige, incrementele encoder.

Welke sensor uiteindelijk het meest geschikt is voor jouw toepassing hangt uiteraard af van de eisen die je stelt. ‘Die requirements gooi je in een trechter’, verwoordt Verstappen het beeldend. ‘Daar rolt het antwoord uit.’ Hij constateert dat die oplossing steeds vaker uitkomt op een absolute encoder. ‘Dat komt omdat de technologie steeds verder evolueert en de kosten teruglopen. In het QLTC-vierkant geeft dat meer ruimte om je eisen binnen budget te vervullen. De drempel om voor absolute encoders te kiezen, komt almaar lager te liggen.’

Dat is gunstig want in elke machine zou je het liefst werken met absolute posities. ‘In het ideale geval weet je bij de opstart precies in welke stand het systeem staat’, zegt David Reuijl, r&d-engineer bij Sentech. ‘Absolute encoders hadden – zeker in het verleden – een aantal nadelen waardoor ze minder vaak werden toegepast dan incrementele encoders. De technologie is echter geëvolueerd waardoor het kwartje de laatste jaren steeds vaker hun kant op valt.’

Latency

Een van de minpunten van een absolute encoder is de tijd die nodig is om een absolute positie door te geven. ‘De latency ligt hoger dan bij een incrementele encoder’, weet Reuijl. ‘Het is nu eenmaal sneller om de pulsen uit de incrementele encoder door te geven.’

Verstappen vult aan: ‘Fpga’s hebben echter een flinke ontwikkeling doorgemaakt. Ze zijn heel snel en veel goedkoper geworden. In absolute encoders zijn ze nu verantwoordelijk voor de interne processen. Met die parallelle rekenkracht kun je veel sneller je output genereren.’

 advertorial 

The waves of Agile - Value delivery in medium and large organizations

Derk-Jan de Grood creëerde een rijke bron van kennis voor Agile-coaches en -leiders. Met praktische tips om een ​​lerende organisatie te creëren die kwalitatieve oplossingen levert met zakelijke waarde. Order 'The waves of Agile' hier.

Desondanks blijven absolute encoders altijd langzamer dan incrementele. ‘Je moet dan denken in de orde van enkele honderden microseconden’, schat Verstappen. ‘Als dat geen probleem is voor je regellus, kun je dus prima voor absoluut gaan. Maar die vertraging kan in sommige gevallen wel degelijk effect hebben op de stabiliteit van je gesloten-lussysteem en dus een showstopper zijn.’

Homing

Een belangrijk voordeel van een absolute encoder is dat je daarmee – zoals de naam al zegt – altijd exact weet waar je bent. Incrementele oplossingen meten slechts een relatieve positie maar hanteren een workaround. ‘Veel toepassingen in de markt werken met een homingpositie, een referentiepunt waarop het systeem zijn positiebepaling baseert’, aldus Verstappen. ‘Dat proces kost natuurlijk tijd, dus dat wil je liever niet. Bovendien is homen niet altijd mogelijk. Een operatierobot kan na een powerdip immers niet even terug naar zijn startpositie.’ In de medische markt wordt sowieso al vaak gekozen voor absolute encoders.

Voor veel andere toepassingen klinkt zo’n homingprocedure helemaal niet zo dramatisch, toch? ‘Dat is het ook niet’, geeft Verstappen toe. ‘Daarom zijn incrementele encoders nog steeds zeer succesvol. In veel gevallen valt de keuze nog altijd op incrementele oplossingen. Dat komt ook omdat je daarmee een zeer hoge resolutie kunt halen, met optische technologie tot wel 1,2 nanometer. Dat red je met absolute encoders niet.’

Reuijl stem daarmee in: ‘Als je de allerhoogste nauwkeurigheden nodig hebt, zou ik eerder een incrementele encoder kiezen. Nauwkeurigheid is trouwens overgewaardeerd; het gaat vaak om de performance van het complete systeem. Een goede herhaalnauwkeurigheid kan soms veel interessanter zijn dan de absolute nauwkeurigheid.’

Een pluspunt voor absolute-encodersysteem zijn de hogere snelheden en versnellingen die kunnen worden gedetecteerd. ‘Bij incrementeel liggen daar immers grenzen omdat alle pulsen moeten worden geteld en geregistreerd. Positie 1000 bestaat pas na positie 999’, legt Verstappen uit. ‘In een absoluut systeem is dat geen noodzaak. Daar ligt het voor de hand om de sampling aan te passen aan de snelheden.’

Fysische grens

Een mogelijk beperkende factor is het bereik van absolute encoders. ‘Welk fysisch meetprincipe je ook gebruikt, er zit een limiet aan de hoeveelheid informatie die je op een gegeven afstand kwijt kunt’, legt Verstappen uit. ‘De minimale pitch van bijvoorbeeld noord- en zuidpolen op een magneettrack bepaalt direct het oplossend vermogen. Er zijn trucs om die limiet wat op te rekken, maar je loopt uiteindelijk toch tegen een vaak fysische grens aan. Daar kun je gewoon niet omheen.’

De groene lijn representeert het ‘budget’ in kwaliteit, logistiek, technologie en kosten. Verschuift een van de eisen, dan komt er spanning op de andere.

Als het unieke patroon – bij een gegeven oplossend vermogen – niet meer past op de scale, valt een absolute encoder af. ‘Of als je een zeer grote slag nodig hebt met een hoog oplossend vermogen, zou het kunnen dat je voor een incrementele encoder moet kiezen’, zegt Verstappen. De lengte van de slag is dus in potentie een showstopper. Heel snel zul je niet tegen die barrière aanlopen, want er zijn oplossingen op de markt voor slagen van meer dan een meter. ‘Uiteraard hangt daar wel een prijskaartje aan’, waarschuwt Verstappen. ‘Het is dan aan Sentech om het gesprek aan te gaan en samen met de klant te overleggen of we de positiebepaling op basis van de QLTC-principes niet beter anders kunnen oplossen.’

Dat gesprek gaat Sentech sowieso aan. Verstappen constateert namelijk dat niet alle oem’s en machinebouwers even goed thuis zijn in sensortechnologie. ‘Er zijn natuurlijk bedrijven waar dat totaal geen probleem is en ze dagelijks de grenzen van de natuurwetten opzoeken. Maar er zijn er ook genoeg die niet dagelijks met dat bijltje hakken. Aan ons de taak om alle mogelijkheden en onmogelijkheden boven tafel te krijgen. En om klanten te helpen in hun keuze en welke impact die heeft op zaken als maakbaarheid, kosten, risico’s en integratie.’