Inkrementelles Messsystem: A/B-Signale, Zählung und Referenz

6. September 2026 Patrick Mehner

Ein inkrementelles Messsystem erfasst Positionsänderungen und zählt sie von einem Bezug aus. Zwei phasenversetzte Signale können zusätzlich die Bewegungsrichtung liefern. Die absolute Zuordnung des Zählwerts und die erreichbare Messgenauigkeit sind eigene Fragen.

Inkrementelle Geber gibt es für Drehwinkel und lineare Wege. Ein Drehgeber am Motor erfasst zunächst den Motorwinkel; ein Längenmessgerät am Tisch erfasst dessen Position relativ zum Maßstab. Beide können inkrementell arbeiten. „Inkrementell“ sagt also noch nicht, an welcher Stelle einer Maschine gemessen wird.

Was die beiden Kanäle A und B verraten

Im vereinfachten digitalen Quadraturbeispiel folgen die Zustände 00, 10, 11, 01 und wieder 00 aufeinander. Für diesen Artikel definieren wir diese Folge als positive Bewegung. In Gegenrichtung wird die Folge rückwärts durchlaufen. In jedem idealen Übergang wechselt genau ein Bit; die Reihenfolge ermöglicht die Richtungsbestimmung.

Eigene Zustandsdarstellung, kein Oszilloskopbild. Die Animation markiert echte digitale Einzelzustände; Zwischenwerte wie „A = 0,5“ werden nicht erfunden.

Das Prinzip Schritt für Schritt

Startet nur auf Wunsch. Pause hält den aktuellen Stand fest. Die Darstellung läuft in Lerngeschwindigkeit; sie simuliert keine Maschinensteuerung. Ohne Bewegung erklären Grafik und Liste denselben Inhalt.

Station 1: A/B = 00, Zähler = 0. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 2: A/B = 10, Zähler = 1. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 3: A/B = 11, Zähler = 2. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 4: A/B = 01, Zähler = 3. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 5: A/B = 00, Zähler = 4. Der Signalzustand wiederholt sich, der Zähler hat aber vier Schritte erfasst.
Station 6: A/B = 01, Zähler = 3. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 7: A/B = 11, Zähler = 2. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 8: A/B = 10, Zähler = 1. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.
Station 9: A/B = 00, Zähler = 0. Die festgelegte Richtung und die bisher gezählten Flanken bestimmen die Position.

Vierfachauswertung richtig rechnen

Bei einer Vierfachauswertung zählt jede steigende und fallende Flanke beider Kanäle: vier Zählschritte je vollständiger Signalperiode. LinuxCNC beschreibt dieses Verhalten für den x4-Modus seines Encoder-Bausteins. Die Bezeichnungen Impulse, Linien, Perioden und Counts werden in Datenblättern nicht immer gleich verwendet; eine bereits vierfach ausgewertete Angabe darf nicht nochmals vervierfacht werden.

Eigenes Beispiel: Ein Drehgeber liefert ausdrücklich 1.000 Signalperioden pro Umdrehung. Vierfachauswertung ergibt 4.000 Counts/Umdrehung. Bei direkt gekoppelter Spindel mit 5 mm Weg pro Umdrehung sind das 800 Counts/mm. Der rechnerische Schritt beträgt 1/800 mm = 0,00125 mm. Eine vorhandene Übersetzung müsste zusätzlich berücksichtigt werden.

Auflösung und Genauigkeit trennen

Die 1,25 µm aus dem Beispiel sind ein rechnerisches Positionsraster. Sie beweisen nicht, dass der Tisch oder das Werkstück auf 1,25 µm genau positioniert wird. Signalqualität, Montage, Maßstab, Temperatur und die Übertragung zwischen Messort und Bearbeitung wirken ebenfalls. Auch eine feiner angezeigte Zahl beseitigt keine mechanische Abweichung.

Eine nützliche Kontrollfrage lautet deshalb: Was wurde tatsächlich gemessen, und was nur aus einem anderen Wert berechnet? Die Abgrenzung vertieft der Beitrag über direkte und indirekte Wegmessung.

Woher kommt der Bezug nach dem Einschalten?

Bei einem gewöhnlichen inkrementellen Aufbau geht die eindeutige Zuordnung ohne erhaltenen Zählstand verloren. Ein Referenzverfahren kann sie wiederherstellen, beispielsweise über einen Schalter und eine Referenzmarke. Nicht jedes System muss dafür denselben Weg oder dieselbe Reihenfolge verwenden. Messgeräte können auch abstandscodierte Referenzmarken oder ergänzende Speicherverfahren verwenden.

Die Referenzmarke des Messgeräts ist dabei nicht automatisch der Werkstücknullpunkt. Die Maschine ordnet der gefundenen Lage einen Maschinenbezug zu; das Werkstück wird gesondert eingerichtet. Siehe Referenzfahrt, Maschinenursprung und Werkstücknullpunkt.

Was vor einer Nachrüstung zu prüfen ist

Signalart, elektrische Schnittstelle und Auswertung müssen zusammenpassen.
Perioden pro Umdrehung beziehungsweise Teilungsperiode eindeutig von ausgewerteten Counts unterscheiden.
Zählrichtung, Skalierung und Bezug mit unabhängigen Beobachtungen prüfen.
Die erforderliche Zählrate bei maximal geplanter Geschwindigkeit berücksichtigen.
Eine Anzeige nur dann als Rückführung bezeichnen, wenn sie tatsächlich in den Regelkreis eingebunden ist.

Beim CNC-Umbau meiner Optimum BF 20 ist hier kein konkreter Gebertyp bestätigt. Die Zahlen sind Lehrbeispiele. Für die Diagnose einer geregelten Bewegung führt der nächste Schritt zum Schleppabstand; dort entscheidet die Herkunft des Istwerts über die Aussage der Anzeige.

Quellen und fachliche Einordnung

Primärquellen, geprüft am 24.10.2026. Eigene Lehrbeispiele und schematische Grafiken. Befehlsdetails gelten jeweils für die genannte Steuerung.

CNC Modellbau