Messsysteme am Puls der Zeit

Im Bereich der Werkzeugmaschinen hat sich die Technik in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Um diesem Trend gerecht zu werden, hat die Automatisierung Messtechnik Optik (AMO) eine neue Generation ihrer absoluten und inkrementellen Längen- und Winkelmesssysteme vorgestellt. Dank der neuen Elektronik zeichnen sich die Abtastköpfe durch eine bessere Performance, höhere Auflösungen sowie zusätzliche Schnittstellen bei reduziertem Montageeinfluss auf die Messgenauigkeit aus.

Der Autor: Engelbert Hager ist Vertriebsleiter bei AMO in St. Peter am Hart

Seit 21 Jahren realisiert das österreichische Unternehmen AMO Messsysteme für geometrische Größen basierend auf dem induktiven Abtastprinzip Amosin. Es besteht aus induktiven Sensoren und integrierter Auswertelektronik (ASIC), bei der eine genaue Teilung aus in Stahl fotolithografisch geätzten Strukturen abgetastet wird. Die Amosin-Längenmesssysteme werden als offene berührungslose oder als geführt gekapselte Systeme geliefert. Als Bauformen stehen absolute und inkrementelle Längenmesssysteme zur Verfügung.

Die Amosin-Winkelmesssysteme basieren auf offenen Hohlwellen. Sie haben dadurch generell keine Eigenlagerung, benötigen keine Kupplungen für den mechanischen Anschluss und können daher optimal in die Anwendungen integriert werden. Als Bauformen stehen absolute und inkrementelle Messsysteme sowohl für Außen- als auch für Innenabtastung zur Verfügung. Messsysteme speziell für Spindelanwendungen sowie eine Mehrkopfabtastung für hohe Genauigkeit runden die Produktpalette ab.

Besondere Merkmale der Messsysteme von AMO sind die Schutzart IP67 sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, wodurch Präzision und Robustheit gleichermaßen gewährleistet sind. Das große Entwicklungspotenzial der Längen- und Winkelmesssysteme stellt der Hersteller mit einer noch leistungsfähigeren Auswerteelektronik unter Beweis.

Messsysteme für hohe Anforderungen

Bereits im Jahr 2005 haben sich die Messsysteme von AMO mit integrierter Auswerteelektronik am Markt etabliert. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Applikationen der Kunden stiegen jedoch auch die Anforderungen an die Performance der eingesetzten Messsysteme. Das betrifft vor allem den High-End-Bereich der Werkzeugmaschinen, Rundtische und Komponenten sowie direkt angetriebene Achsen, die z.B. auch in der Automatisierungs- oder Medizintechnik zum Einsatz kommen. Auch spezifizierte Kundenanforderungen an die Positioniergenauigkeit der Werkzeugmaschine sind immer anspruchsvoller geworden. Um diesem Trend auch in Zukunft gerecht zu werden, hat AMO eine neue Auswerteelektronik für die nächste Generation von Messsystemen entwickelt, die genau auf diese Bereiche abzielt. Zukünftig sollen alle Abtastköpfe – ob rotativ oder linear – mit der komplett überarbeiteten Elektronik versehen werden.

Performance bei optimierter Signalqualität

Das System ermöglicht eine wesentliche Leistungssteigerung: Höhere Auflösungen von bis zu 0,05 µm sind bis zur maximalen Drehzahl von bis zu 26.000/min realisierbar. Die neue Generation vereint zudem höhere Drehzahlen und exzellente Langsamlauf-Eigenschaften in ein und demselben Sensor. Bei den rotativen Abtastköpfen können die Drehzahlen für hochgenaue Anwendungen auch verdoppelt werden. Darüber hinaus erreicht die Messtechnik eine noch höhere Wiederholgenauigkeit von unter einem Mikrometer bzw. unter einer Winkelsekunde. Ein drastisch reduziertes Signalrauschen sorgt aufgrund verbesserter automatischer Signalkompensation (Amplitude, Offset und Phase) für eine höhere Regeldynamik der Messsysteme. Außerdem wurde der Toleranzbereich für die zulässige Versorgungsspannung der Abtastköpfe erweitert.

Absolute Messsysteme mit seriellen Schnittstellen

Der Trend geht in allen Bereichen in die Richtung, absolute Messsysteme mit rein seriellen Schnittstellen zur Übertragung der Positionswerte einzusetzen. So ist direkt nach dem Einschalten der Maschine die Position der Achse verfügbar, die inkrementellen Systeme benötigen hingegen eine Referenzfahrt zur Positionsbestimmung der Achse. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine störanfälligen Analogsignale verwendet werden und die Daten über größere Kabellängen übertragen werden können. Dafür muss das Messsystem allerdings an die verschiedensten Steuerungstypen über die jeweils verwendeten absoluten Schnittstellenprotokolle anschließbar sein. Deshalb hat AMO die Auswahl an verfügbaren Schnittstellen kontinuierlich erweitert. So kann der Anwender die Messsysteme unabhängig vom Steuerungstyp einsetzen. Die neue Sensoren-Generation verfügt über die absoluten Schnittstellen EnDat 2.2, Mitsubishi und Yaskawa sowie die inkrementellen Schnittstellen 1 Vpp bis zu 20 μm und TTL bis zu 0,05 μm sowie weitere serielle Schnittstellen.

Flexibel integrierbare Messsysteme

Bei Torquemotoren oder Drehachsen wird das Messsystem nicht von außen angeflanscht, sondern direkt in das mechanische Design der Anwendung integriert. Von Vorteil sind dabei vor allem die individuell anpassbaren Messringe der Winkelmesssysteme. Die Sensoren von AMO sind mechanisch und elektrisch voll kompatibel zu bisherigen Längen- und Winkelmesssystemen und kommen zum Beispiel in Werkzeugmaschinen, Maschinen für die Blech- und Metallverarbeitung, Bestückungsautomaten, Direktantrieben und in der Medizintechnik zum Einsatz. Einige der neuen Geräte befinden sich bereits im Serieneinsatz bei großen, namhaften Werkzeugmaschinenherstellern.

Auch die Nachrüstung beziehungsweise der Umstieg auf die neue Generation in bestehenden Applikationen ist jederzeit mit geringem Aufwand möglich. Das mechanische Design der Messsysteme bleibt gleich, somit kann der Umstieg auf die neue Generation ohne konstruktive Anpassungen in der Maschine erfolgen. Außerdem sind mit der neuen Produktpalette auch in Bezug auf elektrische Daten, wie Auflösung, maximale Drehzahlen etc. voll rückwärtskompatible Varianten realisierbar. Die Geräte der neuen Generation werden von AMO Schritt für Schritt in den Markt eingeführt. Die komplette Umstellung der Geräte soll bis Ende 2017 abgeschlossen sein.