„Mit Software und Sensor-Fusion in die Zukunft“

Mit optisch-reflektierenden Drehgeber-ICs lassen sich vielfältige Lösungen realisieren, vom einfachen kodierten Drehschalter bis hin zu Robotik-Anwendungen in der Industrie und im Consumer-Bereich. Wir sprachen mit Goran Pandza, Sales and Application Microsysteme und LED-Produkte bei IC-Haus über die Trends und neuesten Entwicklungen

Klassische Encoder gibt es viele am Markt. IC-Haus hat sich seit vielen Jahren auf optische Encoder-ICs spezialisiert. Wo liegen die Vorteile und wie grenzen sich diese Technologien voneinander ab?

Im Encoder-Bereich oder bei Encoder-ICs sind vier Wirkprinzipien im Markt dominant: Magnetisch und optisch abtastende Encoder sowie induktive und kapazitive Lösungen, wobei die größte Menge an Encodern aus dem magnetischen und optischen Bereich kommt. Induktive und kapazitive Sensorik spielen bei Drehgebern eine kleinere, aber nicht minder wichtige Rolle. Die größten Unterscheidungen bedingen sich durch die Anwendung. So benötigen optische Encoder eine saubere Umgebung. Dementsprechend sind das oft geschlossene Systeme. Auf der magnetischen und induktiven Seite ist man dann im Gegensatz dazu, z. B. bei Anbau-Encodern, immuner gegen Verschmutzungen. Von Technologieseite her sind optische Encoder sicherlich der Primus, da mit ihnen hochauflösende Systeme geschaffen werden können. Magnetische Systeme haben hier allerdings mittlerweile nachgezogen.

Die Miniaturisierung bringt sicherlich für viele Anwendungen Vorteile. Welche weiteren Vorteile sehen Sie für die „Minis“? 

Mini steht nicht nur für die geometrische Größe des Bauelements in X- und Y- und Z-Richtung, sondern vor allem für die Integrierung der Sensorik. Wir wollen nicht nur das Sensorelement verkleinern, sondern auch die Peripherie. Das Mini beinhaltet also nicht nur das optische Frontend, sondern auch die weitere Signalverarbeitung und -aufbereitung, die Digitalisierung und die Schnittstellen, was dann dementsprechend zu einem Mini-Encoder führen kann. Hinzu kommt, dass gerade unsere aktuelle Baureihe iC-PZ bereits eine enorme Vorverarbeitung von Daten ermöglicht, bis hin zur Ausgabe von fünf verschiedenen Schnittstellenformaten.. Die Digitalisierung ist also sehr stark gewachsen.

IC-Haus ist in vielen Industrieanwendungen unterwegs? Und gib es Anwendungen, die für Sie besonders spannend sind?

Gerade mit den neuen reflexiven Bausteinen haben sich für uns viele Märkte geöffnet. Durch die Einfachheit des integrieren Sensors mit seinen großen mechanischen Toleranzen und der Aufbautechnik kommen wir in völlig neue Bereiche rein. Ganz stark ist die Robotik, bei der in der Vergangenheit eher klassische Anbau-Encoder eingesetzt wurden. Wir sehen, dass die Roboterhersteller verstärkt selbst integrieren und nicht mehr auf starre vorgefertigte Encoder zurückgreifen möchten. Der spannendste Bereich ist für mich aber im Moment das autonome Fahren. Gerade bei Lidar-Systemen ist die Nachfrage nach Lösungen zur Bestimmung des Laserwinkels stark gestiegen. Hier können und werden wir mit unseren Encoder-Technologien zukünftige Ideen und Anwendungen stark unterstützen.

Vor 7 Jahren habt ihr die ersten optisch-reflexiblen Encoder in den Markt gebracht. Zwei Jahre später kam mit EncoderBlue eine weitere Innovation mit blauem Licht. Wie ging es dann weiter?

Wir haben unsere ersten Sensoren deutlich ausgebaut, vor allem was die Aufbereitung der Signale und weitere Alleinstellungsmerkmale der BlueReflex-Technologie betrifft. So ist unser bereits angesprochenes Flaggschiff PZ entstanden. Das Wirkprinzip hat sich nicht geändert, aber wir haben hier zahlreiche Features ergänzt, die es ermöglichen, noch smartere Lösungen anzubieten.

Welche Vorteile bringt dabei vor allem der Einsatz von blauem Licht? 

Beim blauen Licht hat sich von Anfang an gezeigt, dass es einige Reihe von Vorteilen bringt. Wir haben natürlich hier stark von der LED-Entwicklung in der Beleuchtungsindustrie profitiert. Hinter dem weißen Licht eines LED-Leuchtmittels steht letztlich immer eine blaue LED, die deutlich an Robustheit und Effizienz gewonnen hat. Das war ein entscheidender Punkt, diese Lichtquelle auch für unsere Sensorik zu nutzen. Diese Weiterentwicklungen haben wir im klassischen Bereich der Infrarottechnik, wie sie in der Messtechnik meist zum Einsatz kommt, nicht mehr gesehen. 

Gibt es weitere Vorteile?

Hier sind vor allem die on-Chip-Funktionen FlexCount und FlexCode zu nennen, wodurch Auflösungen und Scheibendurchmesser weitgehend frei wählbar sind. Dadurch sind die Encoder-ICs noch flexibler einsetzbar zur optischen Abtastung von Maßverkörperungen in rotatorischen und linearen Lagemesssystemen. Das erleichtert die Integration beim Kunden enorm. So kann z. B. ein Roboter-Hersteller für alle fünf oder sechs Achsen den gleichen Sensor einsetzen. Er muss lediglich den Codescheiben austauschen oder andere Features softwareseitig anpassen, aber nicht die Elektronik ändern. Das spart Zeit und Kosten.

Unter dem Motto „World of Mini Encoder iCs“ möchte IC-Haus Anwendern helfen, den optimalen Encoder für ihre Applikationen zu finden. Was bedeutet das und welche Hilfestellungen darf der Kunde erwarten? 

World of Mini Encoder ICs soll die Möglichkeiten und die Vielfältigkeit unserer Encoder ICs in Abhängigkeit von der Kundenapplikation zeigen. Wie nun Signale aufbereitet werden sollen, welche Schnittstellen benötigt werden, wie hoch die Auflösung sein soll, welcher Stromverbrauch oder welche Umgebungstemperatur gefragt sind, entscheidet immer die Anwendung. Mit jedem Kunden gibt es daher zunächst einen groben Austausch zu den jeweiligen Bedürfnissen, um ihm dann aufzuzeigen, welche optimalen Lösungen es für seinen Bereich gibt. Hier kann man kein vorgefertigtes Schema darüber setzen, da die Variantenvielfalt extrem groß ist. Diese Produkte lassen sich nicht von der Stange verkaufen und so führen wir unsere Gespräche in der Regel direkt mit den Entwicklungsingenieuren unserer Kunden. Hier gewährleisten wir einen tiefgreifenden technischen Austausch.

Sie stellen dem Kunden also eine universelle Sensor-Plattform zur Verfügung. Kommt dem Kunden das gerade heute in Sachen Digitalisierung, aber auch Nachhaltigkeit und Ressourcenknappheit entgegen? 

Natürlich haben die Kunden hohe Anforderungen in Sachen Energie- oder Stromverbrauch ihrer elektronischen Lösungen. Der Sensor ein Teil davon und so müssen sich auch in Richtung immer niedrigerer Stromverbräuche entwickeln. So gibt es z. B. Anfragen bezüglich der Versorgungsspannung des Sensors. Die Industrie bewegt sich zwar immer noch sehr stark in der 5-Volt-Technologie, aber die Tendenz geht klar zu 3,3 Volt und weniger. Das hat auch mit den Interface-Bausteinen zu tun, und das die Entwicklungen bei FPGAs und Mikrocontrollern auch voranschreiten. Beim Thema Nachhaltigkeit sind natürlich die klassischen Normen zu erfüllen.

Die Entwicklungen gehen weiter. Was erwartet der Kunde denn in Zukunft von IC-Haus?

Dadurch, dass die Sensoren immer weiter digitalisiert werden, erwarten unsere Kunden vor allem Hilfestellungen von IC-Haus. Sie möchten eine möglichst gut vorbereitete Software-Implementation vorfinden, weil es eben ohne diese Software nicht mehr geht. Wir müssen dementsprechend in neuen Bausteinen eine Fülle von Software-Bibliotheken bereitstellen, damit die Kunden die Encodersysteme möglichst schnell und reibungslos integrieren können. Das tun wir selbstverständlich, weil diese unseren Kunden ganz neue Möglichkeiten eröffnen, als wenn wir nur den reinen Sensor liefern würden. 

Wo gehen die Entwicklungen in den kommenden Jahren hin? Noch kleiner? Noch andere und breitere Anwendungen? Oder Anwendungen im Safety-Bereich?

Anwendungen im Safety-Bereich haben bereits sehr stark zugenommen und haben ein großes Zukunftspotenzial – denken wir nur an Applikationen in der Automobilindustrie, aber auch in der klassischen Automatisierung. Ich sehe im Thema Sensor-Fusion aber die größten Potenziale, also die Frage nach der Integration verschiedener Sensorik in ein System. Auch hier ist wieder die Robotik ein gutes Beispiel. Natürlich ist die Positionssensorik essenziell für den Roboter, um immer höhere Genauigkeiten zu ermöglichen. Aber ich sehe auch, dass z. B. Beschleunigungs-, Temperatur- oder Gyrosensoren weitere wichtige Informationen über den Zustand einer Maschine liefern können. Unser IC-PZ hat daher heute schon eine Schnittstelle, über die externe Sensoren angebunden werden können. Deren Informationen können dann über das Biss-Protokoll übertragen, ausgelesen und schnell bereitgestellt werden. Es geht also weniger um Miniaturisierung, sondern vielmehr um die Vielfalt der Aufbereitung von Informationen.

World of Mini-Encoder