Browsing by Author "Hopp, David Maximilian"

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Inkrementale und absolute Kodierung von Positionssignalen diffraktiver optischer Drehgeber
(2012) Hopp, David Maximilian; Osten, Wolfgang (Prof. Dr.)
Zur Erfassung mechanischer Drehbewegungen werden Drehgeber eingesetzt. Auf dem Markt existiert aktuell eine breite Palette von Funktionsprinzipien zur Winkelerfassung. Werden hohe Winkelauflösungen benötigt, kommen hauptsächlich optische Drehgeber zum Einsatz, deren Funktionsprinzipien sich lithographisch hergestellter Kodierscheiben aus Glas mit binären Maßverkörperungen bedienen. Sowohl die Fertigung dieser Kodierscheiben als auch die häufig erforderliche Justage beim Zusammenbau der Sensoren sind erhebliche Kostenfaktoren. In der vorliegenden Arbeit wird das Prinzip diffraktiver Kodierungen vorgestellt, deren Maßverkörperung als mikrostrukturiertes Phasengitter unter Einsatz eines herkömmlichen Spritzprägeverfahrens gefertigt werden kann. Durch die Gitterstruktur entsteht bei Beleuchtung ein Beugungsbild, dessen Intensitätsverteilung zur Generierung von Winkelsignalen genutzt werden kann. Die Arbeit knüpft an Untersuchungen zur inkrementalen diffraktiven Kodierung des Instituts für Mikroaufbautechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft an und stellt Simulationen sowie experimentelle Untersuchungen zur Auslegung und Charakterisierung einer optimierten, inkrementalen Maßverkörperung vor. Diese beziehen sich schwerpunktmäßig auf eine diffraktive Maßspur zur Generierung inkrementaler, differenzieller und richtungskodierter Ausgangssignale mit einer interpolierten Auflösung von 15 Bit inklusive einer Referenzmarke. Des Weiteren wird eine absolute Positionskodierung eingeführt, welche das Prinzip der Schwerpunktdetektion auf positionssensitiven Detektoren zur Generierung eines kaskadierten Gray-Codes nutzt. Die absolut kodierte Maßspur ermöglicht die parallele Auswertung von inkrementalen und absoluten Signalen auf vier Detektoren mit einer gemeinsamen absoluten Auflösung von 2000 Winkelinkrementen. Durch Interpolation werden hier 14 Bit erreicht. Für beide Kodierungen wird die Auslegung und Toleranzierung kompakter und justagefreier Aufbaukonzepte sowie das Design und die Auswahl optischer Komponenten für den Beleuchtungsstrahlengang durchgeführt. Der unvermeidlichen Exzentrizität der Kodierscheibe und dem damit einhergehenden Winkelfehler bei einem justagefreien Sensoraufbau wird mit dem neuartigen Ansatz einer rein optischen Kompensation begegnet. Anhand der Simulation eines möglichen Aufbaukonzepts erfolgt eine Charakterisierung deren Funktionsprinzips.