Optischer Encoder iC-PXL3212: Funktionen und Anwendungen

Optischer Encoder Von Prothetik bis zu Lidar und Drohnen

18.04.2024 Ein Gastbeitrag von Goran Pandza* 3 min Lesedauer

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Der iC-PXL3212 ist ein optischer, reflexiver und linsenloser Encoder-IC. Er verfügt über integrierte HD-Phased-Array-Fotosensoren und einen blauen LED-Chip. Der Encoder-IC eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen.

Optischer Encoder: Der von iC-Haus entwickelte iC-PXL3212 lässt sich sowohl in linearen als auch rotatorischen Anwendungen einsetzen. Eingesetzt werden können die Encoder ICs in der Medizintechnik, im Automobilbau oder der Industrie.
(Bild: iC-Haus)

Die iC-PX Serie von iC-Haus bietet optische, reflexive, linsenlose Encoder-ICs mit integrierten HD-Phased-Array-Fotosensoren und einem blauen LED-Chip. Die aktuelle Generation der Encoder-ICs des Typs iC-PXL3212 bietet einen erweiterten Funktions- und Leistungsumfang bei gleichbleibend kompakter Bauform, da sie auf den 180-Nanometer-CMOS-Prozess zurückgreift.

Die neu hinzugekommenen Funktionen umfassen eine höhere digitale Interpolation und die Möglichkeit des Betriebs im Analogmodus. Die verbesserte Verstärkerschaltung realisiert besonders hochwertige Analogsignale. Zudem gibt es das OPT Flex Count, welches eine anwendungsindividuelle Festlegung der Auflösung des Interpretations-Kerns bereits in der Fabrik ermöglicht. Ein weiterer Vorteil des iC-PXL3212 ist, dass er sowohl in linearen als auch rotatorischen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Einblick in den Encoder IC

Der iC-PXL3212 nutzt eine blaue LED mit einer Wellenlänge von 460 bis 480 nm. Zusammen mit einem optisch hochauflösenden Sensor wird diese LED eingesetzt, um ein direkt in Edelstahl und andere Metalle eingraviertes oder geätztes Strichmuster als Maßverkörperung abzutasten. Die Funktionsweise beruht darauf, dass die blaue LED Licht mit einer Wellenlänge emittiert, das vom optischen Sensor besonders gut detektiert werden kann.

Durch den Einsatz von blauen LEDs anstelle von herkömmlichen Infrarot-LEDs kann der Sensor die Maßverkörperung mit hoher Auflösung und Genauigkeit erfassen. Dieser Ansatz ermöglicht besonders dichte und robuste Anwendungen, da die Maßverkörperung direkt ins Metall eingetragen wird, anstatt eine zusätzliche Klebefolie zu verwenden. Die Kombination aus blauer LED und hochauflösendem Sensor im iC-PXL3212 ermöglicht eine präzise Positionserfassung. Dies ist besonders vorteilhaft für Anwendungen wie Prothetik, Lidar-Systeme oder Robotik.

Optischer Encoder für die Medizintechnik: Beispiel Prothetik

Die technologische Weiterentwicklung des iC-PX führt nicht nur zur Verbesserung bekannter Anwendungen wie Inkrementaldrehgeber, Miniaturmotoren, Aktuatoren, X-Y- und Lineartische oder Robotern für die Fabrikautomation, sondern eröffnet diesem Encoder auch ganz neue Anwendungsbereiche. Ein besonders aussichtsreiches Segment ist dabei die Prothetik innerhalb der Medizintechnik, insbesondere der Trend zu aktiven Prothetik-Systemen. Aktive Prothesen bieten dem Träger verbesserte Stabilität und Lageerkennung durch Gleichstrom-Miniaturmotoren und intelligente Mikroprozessor-Steuerung. Dadurch wird eine stabile und effiziente Bewegung ermöglicht, die dem natürlichen Bewegungsapparat viel näher kommt als bei passiven Prothesen.

Der eingesetzte Mikroprozessor erhält Daten von hochauflösenden Winkel- und Drucksensoren, anhand derer er Bewegungs- und Dämpfungsmechanismen steuert. Eine verwandte Anwendung sind aktive Exoskelette, die zunehmend in der Arbeitssicherheit und Gesundheitsvorsorge in Logistik, Baugewerbe und Industrie eingesetzt werden. Der iC-PXL3212 ist aufgrund seiner Genauigkeit, Prozessortleistung und Funktionalität für solche komplexen Aufgaben bestens geeignet. Die kleine Bauform und großzügigen Ausrichtungstoleranzen von etwa ±0,5 mm radial und tangential erfüllen typische Anforderungen in der Prothetik.

Einsatz unter besonderen Umgebungsparameter: Lidar und Drohnen

Lidar-Sensoren (Light Detection and Ranging) spielen eine Schlüsselrolle in einer Vielzahl von Anwendungen, vom autonomen Fahren bis hin zu Echtzeitmessungen und Drohnennavigation. In diesen Systemen ist die präzise Steuerung der Drehspiegel, die das Laserlicht rotierend verteilen, für die Genauigkeit und Leistung der Lidar-Messungen unerlässlich. Optische Encoder spielen dabei eine entscheidende Rolle bei der Regelung der Bewegung von Drehspiegeln, die das Laserlicht rotierend verteilen. Für die verwendeten Komponenten ist stets eine kompakte Bauweise und eine einfache Integration in Maschinensysteme gefordert. Der iC-PXL3212 bietet eine hohe Genauigkeit und individuelle Parametrierung der Auflösung. Besonders bei Drohnen ist der weite Temperaturbereich von -40 bis 125 °C von Vorteil.

Lasergravur für die Maßverkörperung

Das Prinzip der Reflexionsabtastung sorgt für eine weitere Flexibilisierung der Anwendungsmöglichkeiten des optischen Encoders iC-PXL3212. Dabei wird eine blaue LED mit einer Wellenlänge von 460 bis 480 nm eingesetzt. Der optisch hochauflösende Sensor kann ein direkt in Edelstahl und ausgewählte andere Metalle mit Lasern eingraviertes Strichmuster als Maßverkörperung verwenden. Im Gegensatz zu aufgeklebten Maßverkörperungen entstehen besonders dichte und robuste Anwendungen, die den hohen Anforderungen an Qualität und Standzeiten in der Medizintechnik, im Automobilbereich oder in anspruchsvollen Industrieapplikationen gerecht werden.

Entwicklung und Integration in die Anwendungsproduktion

iC-Haus bietet umfassende Evaluations-Kits an, um den Einsatz seiner Produkte in Kundenapplikationen zu unterstützen. Diese Kits ermöglichen eine schnelle und effiziente Prüfung und Bewertung des Sensors im Labor. Der iC-PXL3212 ist auf einer Leiterplatte vormontiert, zusammen mit entsprechenden Maßverkörperungen oder Codescheiben. Durch die Verbindung mit einer zweiten Platine können sämtliche Ausgangssignale erfasst werden, was das Durchtesten verschiedener Betriebsmodi erleichtert. Der Hersteller iC-Haus bietet maßgeschneiderte Layouts für Codescheiben an, um den individuellen Anforderungen und Anwendungen der Kunden gerecht zu werden. (heh)