Induktive Längen- und Winkelmessung Einfach integriert – KEM
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Induktive Längen- und Winkelmessung
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Die Längen- und Winkelmesssysteme der AMO GmbH vereinen mit ihrem induktiven Abtastprinzip Amosin seit 20 Jahren hohe Genauigkeit mit hoher Robustheit. Damit die Messsysteme einfach in Neukonstruktionen oder bereits bestehende Anlagen integriert werden können, haben die Öster- reicher nicht nur hochpräzise Inkrementalgeber für Längen- oder Winkelmessungen, sondern auch Absolutwertgeber im Angebot – letztere mit einer zunehmenden Unterstützung auch herstellerspezifischer Schnittstellen.

Der Autor: Engelbert Hager, Quality Management/Application Engineering, Amo GmbH, St. Peter am Hart, Österreich

Das rein induktive Arbeitsprinzip der AMO-Messsysteme basiert auf der berührungslosen Abtastung eines strukturierten Edelstahlmaßstabs durch eine planare Mikrospulenstruktur. Der inerte Maßstab kann nicht durch externe elektromagnetische Felder zerstört werden und zeigt – im Gegensatz zu magnetischen Systemen – prinzipbedingt keine Hysterese. Die Messsysteme funktionieren nach dem Prinzip des Transformators mit beweglichem Reluktanzkern. Die Gegeninduktivität der Primär- und Sekundärwicklung eines Transformators ändert sich dabei in Abhängigkeit der Lage des Kerns. Mit diesem von AMO „Amosin“ getauften Messprinzip zur Längen- und Winkelmessung wurde eine leistungsfähige Generation von Messsystemen geschaffen. Es besteht aus hochentwickelten induktiven Sensoren und integrierter Auswerte-Elektronik (ASIC), bei der eine hochgenaue Teilung aus in Stahl fotolithografisch geätzten Strukturen abgetastet wird.
Die induktiven Messsysteme sind in Schutzart IP67 ausgeführt und widerstehen damit auch widrigen Einsatzbedingungen. Die Längenmesssysteme von AMO werden als offene berührungslose oder als geführt gekapselte Systeme geliefert, die Amosin-Winkelmesssysteme sind offene Hohlwellengeber. Sie haben dadurch generell keine Eigenlagerung, benötigen keine Kupplungen für den mechanischen Anschluss und können daher optimal in Anwendungen integriert werden. Die hohe Genauigkeit ist hauptsächlich auf das Herstellungsverfahren des stabilen Stahl-Maßbands und auf das exakte Sensorsignal mit Sinusgenauigkeits-Abweichungen von <0,1 % zurückzuführen (Oberwellenanteil als Maß der erreichbaren Interpolationsgenauigkeit innerhalb einer Teilungsperiode). Das Messsystem hat keine magnetischen Teile (weder Maßverkörperung noch Abtastkopf) und ist dadurch, im Gegensatz zu magnetischen Messsystemen, völlig unempfindlich gegen jede Art von elektromagnetischen Störfeldern und hysteresefrei.
Die breite Anwendungspalette der Längen und Winkelmesssysteme von AMO reicht von extrem genauen Positionierungen bei Werkzeugmaschinen, Blechbearbeitungsmaschinen bis hin zu Anwendungen in der Elektronik- und Halbleiterindustrie. Großteils werden diese Produkte in Kombination mit Direktantrieben verwendet, bei denen hohe Dynamik und Steifigkeit gefordert sind.
Messsysteme auch mit Absolutwerten
Bis heute erfolgt die Positionserfassung in der Industrie häufig mit Hilfe von Inkrementalgebern. Hierbei wird die laufende Position durch ein Auf- oder Abaddieren von Messinkrementen bezogen auf eine festgelegte Referenzlage bestimmt. Nach diesem Verfahren beginnt bei jedem Einschalten der Achse unabhängig von der Achsposition das Zählen von Null oder einem voreingestellten Wert. Erst nach einer Referenzfahrt während der Initialisierung der Achse, dem sogenannten Homing, wird ein absoluter Bezug der Messung berücksichtigt. Falls keine zusätzliche Lageinformation für die Motorpollage vorhanden ist, wird die Referenzfahrt nun mit einem geschätzten Kommutierungswinkel durchgeführt. Auch nach jeder Störung der Achse ist eine erneute Referenzfahrt erforderlich.
Die Notwendigkeit dieser Referenzfahrten kompliziert viele Neukonstruktionen, beispielsweise bei der Kommutierung von Direktantrieben und im Hinblick auf die Betrachtung von Anlagen-Taktzeiten, der Produktivität und Anlagensicherheit. Hier sind absolute Messverfahren im Vorteil, bei denen auch ohne Referenzfahrt jederzeit die Position in absolutem Bezug zur Anlage gemessen werden kann, unabhängig davon ob die Achse steht oder sich bewegt. Dabei sind Auflösungen von unter einem Mikrometer möglich. Aufgrund der wachsenden Nachfrage hat AMO daher, basierend auf dem eigenen induktiven Messprinzip Amosin, die Systemfamilie Absys entwickelt, die mit Längen- und Winkelmesssystemen diese Anforderungen erfüllen.
Das absolute Messverfahren Absys nutzt zusätzlich parallel zu der periodischen eine kodierte Teilung. Diese Kodierung wird durch den Abtastkopf bitweise induktiv erfasst. Das gewonnene Binär-Wort kommt für den ganzen Messbereich nur ein einziges Mal vor und wird durch einen „look up table“ in einen absoluten Längen- bzw. Winkelwert umgewandelt. Für die hochauflösende Lageinformation wird die Auswertung der inkrementellen Teilung in Ergänzung zum Absolutwert beigefügt. Nach dieser Methode können Messbereiche von bis zu etwa 30 000 mm bzw. Durchmesser von nahezu 10 000 mm mit Auflösungen im Submikrometerbereich erreicht werden.
Die Absys-Baureihen WMIA zur Winkel- und LMIA zur Längenmessung werden beispielsweise in Rundtischen, Dreh- und Schwenkachsen, Pressen, Extrudern, Spritzgussmaschinen sowie Linearachsen eingesetzt. Die Absolut-Systeme sind standardmäßig für Messringdurchmesser ab 80 mm bis 650 mm erhältlich, theoretisch jedoch mit nahezu unbegrenztem Außendurchmesser sowie für Längen bis 32 m erhältlich. Die Baureihen sind zum einen als Längenmesssysteme, bestehend aus einem Abtastkopf und einem Maßband erhältlich. Dabei kann der Kunde zwischen einem Maßband zum Aufkleben auf das Maschinenbett oder zur Montage in einem Maßbandträger aus Edelstahl wählen. Zum anderen kann für die Winkelmesssysteme zwischen einem dünnwandigen Messring zur kundenseitigen Montage und einem Trägerflansch mit werkseitig montierter Maßverkörperung gewählt werden. Es werden Teilungsgenauigkeiten von ± 10 µm, ± 5 µm oder ± 3 µm angeboten. Die Auflösung der absoluten Abtastköpfe beträgt derzeit 1 µm oder 0,25 µm für alle Schnittstellen.
Anschlussfreudig
Klassischerweise werden die gewonnenen Positionsdaten über serielle Schnittstellen oder als analoge 1Vss-Signale bei inkrementellen Systemen übertragen, daher verfügen auch die AMO-Messsysteme natürlich über diese Schnittstellen. Bei den Absolutwertmesssystemen sind in den letzten Jahren jedoch weitere, herstellerspezifische Kommunikationsschnittstellen entwickelt worden. Diese leistungsstarken Schnittstellen werden zunehmend auch von den AMO-Systemen unterstützt. So werden auch SSI, BiSS/C, Fanuc, Drive-Cliq und demnächst auch die Mitsubishi- und Yaskawa-Protokolle unterstützt. In Kombination mit der hohen Genauigkeit und Robustheit der AMO-Messsysteme ergeben sich damit zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, in denen hohe Regelgüten gefordert werden. Durch diese breite Schnittstellenunterstützung gestaltet sich die Integration der AMO-Messsysteme in bestehende oder neue Konstruktionen sehr einfach. I

Info & Kontakt

AMO Automatisierung Messtechnik Optik GmbH
Tel.: +43 7722 658 56-0 office@amo.at
Ausführliche Informationen zu den Amosin-Produkten
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