Etablierte Verfahren zur Drehwinkelbestimmung an rotierenden Wellen verwenden Codierscheiben oder kabelgebundene Sensorik, welche sich negativ auf die Laufeigenschaften, den Verschleiß oder den Installationsaufwand auswirken können. Schneider et al. demonstrierten ein neuartiges Verfahren zur optischen Drehwinkelbestimmung an lasercodierten Wellen, welches eine kontaktlose Bestimmung des absoluten Drehwinkels ohne Aufbauten oder Verkabelungen an rotierenden Wellen ermöglicht. Gegenwärtig wird die industrielle Anwendung dieses Verfahrens noch durch hohe Belichtungszeiten, große Hardwarekosten und eine mangelnde Echtzeitfähigkeit beschränkt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie durch eine Modularisierung des Messaufbaus und die Verwendung leistungsfähiger Linearsensoren die Belichtungszeit von einigen Millisekunden auf 26 µs reduziert und die Abtastrate auf 1000 Frames*s-1 und mittelfristig 34 000 Frames*s-1 gesteigert werden kann. Messungen an einer rotierenden Welle mit 96,4 U*min-1 bei 1000 Frames*s-1 wurden durchgeführt und in Echtzeit durch einen Field Programmable Gate Array (FPGA) verarbeitet und dekodiert. Die Kosten des Versuchsaufbaus konnten dabei um mehr als den Faktor 20 reduziert werden.   Existing methods for measuring the rotation angle of rotating shafts use encoding disks or cable-based sensors, which can have a negative effect on the running characteristics, abrasion or installation costs. Schneider et al. demonstrated a novel method for optical rotation angle measurement on laser-coded shafts, which allows contactless measurement of the absolute rotation angle without additional setups or cabling. Currently, the industrial application of this method is still limited by high hardware costs and a missing real-time capability. In this work, we show how modularization of the measurement setup, and the use of high-performance linear sensors can reduce the exposure time from a few milliseconds to 26 µs, while the scanning rate can be increased to 1,000 frames*s-1 and 34,000 frames*s-1 in the medium term. Measurements on a rotating shaft at 96,4 rpm at 1,000 frames*s-1 were performed and real-time processed and decoded by a Field Programmable Gate Array (FPGA). The cost of the setup was reduced by a factor more than 20.

Zusammenfassung Die optische Absolutdrehwinkelmessung ermöglicht die kontaktlose und referenzfreie Messung von Winkelpositionen an rotierenden Wellen, ohne dass zusätzliche Aufbauten oder Verkabelungen an dieser angebracht werden müssen. Neben den klassischen Methoden zur Steigerung der Robustheit und Effizienz des Messverfahrens durch optimierte Hardware, Messdatenverarbeitung oder Fehlerkorrekturen stellt die Auseinandersetzung mit der zugrundeliegenden Codierung einen vielversprechenden und bisher wenig betrachteten Ansatz dar. Im Rahmen dieser Arbeit wird anhand einer realen Welle gezeigt, wie durch die Verwendung geeigneter Suchverfahren und einer angepassten Codierung die erforderliche Codewortlänge um über 40% verkürzt werden kann. Dadurch wird die Rechenlast und der Speicherbedarf für die Dekodierung deutlich verringert und die Robustheit des Verfahrens gesteigert. Weiterhin wird praktisch gezeigt, wie durch Verkürzung der Codewortlänge eingesparten Stellen genutzt werden können, um Messfehler durch eine zusätzliche Redundanz effektiv zu minimieren.