Wegmesssysteme nach kundenspezifischen Anforderungen Induktiv zur Präzision - KEM

Wegmesssysteme nach kundenspezifischen Anforderungen

Induktiv zur Präzision

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Die Pasim Direktantriebe GmbH aus Suhl hat sich auf die Entwicklung, Herstellung, den Vertrieb und Service von luftgelagerten Direktantrieben spezialisiert, wie sie in Planarmotoren verwendet werden. Dabei werden kundenspezifische Anforderungen mit Wegmesssystemen, Steuerungskomponenten und Führungs- sowie Gestellelementen komplett zu leistungsfähigen Systemlösungen zusammengefügt. Bei den Wegmesssystemen vertraut das Unternehmen auf Lösungen der oberösterreichischen AMO GmbH.

Exklusiv in KEM Der Autor ist Engelbert Hager, Quality Management, Application Engineering bei der AMO GmbH, St. Peter am Hart

Die Planarantriebe von Pasim zeichnen sich durch eine verschleißfreie Lagerung, hohe Parameterkonstanz sowie stick-slip-freie Bewegungen aus. Durch das verwendete Einebenenprinzip und die dadurch erreichte geringe Bauhöhe lassen sich die hochdynamischen Antriebe vielseitig anwenden, je nach Ausführung als Schritt- (ROP) oder geregelt als Servomotor (RSP). Dabei sind auch Konstruktionen möglich, bei denen sich mehrere Läufer gleichzeitig und unabhängig auf einem Stator bewegen.
Der Planarantriebsstator mit einer Größe bis zu 1000 mm x 1500 mm besteht aus einer präzise gearbeiteten Edelstahlplatte, in die eine orthogonale Zahnstruktur eingearbeitet ist. In den Läufer sind Permanentmagnete, Luftdüsen sowie jeweils um 90° versetzte Spulenpaare eingebaut. Nach Zuführung von Druckluft bildet sich zwischen Stator und Läufer ein definiertes Luftlager aus, das eine freie Bewegung des Läufers in X- und Y-Richtung ermöglicht. Der Antrieb läuft dabei im Mikroschrittbetrieb. Dieses Wirkprinzip gilt für Bewegungen in X- oder Y-Richtung, aber auch gleichzeitig für eine zusammengesetzte Bewegung aus X- und Y-Komponenten.
Positionsmessung weder optisch noch magnetisch
Der RSP (Reluktanz Servo-Planarmotor) besitzt gegenüber dem ROP (Reluktanz Open loop Planar) ein Wegemesssystem von AMO, das in Verbindung mit dem Lesen der Verzahnungsstruktur einen geregelten Betrieb der Achsen in X- und Y-Richtung ermöglicht. Die PASIM-Ingenieure verwenden dabei nicht den gesamten Abtastkopf des österreichischen Herstellers, sondern lediglich das Innenleben mit der innovativen Technologie von AMO. „Ein alternativer Hall-Sensor würde nicht die geforderte Auflösung von 0,25 µm erreichen, und da bei vielen unserer Anwendungen weder optische noch magnetische Messlösungen in Betracht kommen, arbeiten wir seit 2006 in der Entwicklung eng mit AMO zusammen“, so Oliver Matipa, Geschäftsführer Technischer Vertrieb bei PASIM. „Zudem hat AMO als einziger Anbieter Messsysteme, die die Zahnteilungen unserer Antriebe auslesen können. Und deren Feuchtigkeitsbeständigkeit ist nahezu unschlagbar.“
Innovatives Funktionsprinzip
Das verwendete magnetlose Längenmesssystem basiert auf dem induktiven Amosin-Messsystem von Amo. Die Messsysteme funktionieren nach dem Prinzip eines Transformators mit beweglichem Reluktanzkern. Das AMOSIN-System besteht im Wesentlichen aus einer planaren Spulenstruktur und einer Maßverkörperung. Die Spulenstruktur wird auf einem Substrat in Mikro-Multilayer-Technik gefertigt. Dabei sind die einzelnen Hauptelemente mit Primär- und Sekundärspulen in Messrichtung gestreckt. Die Maßverkörperung ist ein Edelstahlband mit einer hochgenauen fotolithografisch geätzten periodischen Teilung von variabler Reluktanz. Die AMOSIN-Längenmesssysteme werden als offene berührungslose oder als geführt gekapselte Systeme geliefert.
Die relative Winkelbewegung in Messrichtung zwischen Sensorstruktur (im Abtastkopf) und der Maßverkörperung ändert periodisch die Gegeninduktivität der einzelnen Spulen und erzeugt zwei sinusförmige 90°-phasenverschobene Signale (SIN u. COS). Die ausgezeichnete Signalgüte und Stabilität gegen Umwelteinflüsse führt dazu, dass nach der Signalkonditionierung in der Auswerteelektronik Abweichungen von nur 0,1 % der Ideal-Sinusform (Oberwellenanteil) bleiben. Dies ermöglicht hohe Interpolationsfaktoren (Unterteilungsstufen) in der Signaldigitalisierung, entweder im Messsystem oder in der Nachfolgeelektronik (CNC usw.). Ein wesentliches Merkmal des Funktionsprinzips ist, dass nach dem AMOSIN-Verfahren keine Messhysterese als Maschinen-Umkehrfehler entsteht. Durch das hochfrequente Wechselfeld wird – anders als beim Einsatz von magnetischen Systemen – die Material-Hysterese vollständig unterdrückt.
Das Abtastprinzip verbindet die Präzision optoelektronischer Geber mit der Robustheit induktiver Abtastung. Bei der baulichen Nähe der Motormagnete zum Messsystem greift eine besondere Eigenschaft der induktiven Messsysteme: die Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern. Bedingt durch das induktive Abtastprinzip enthält das Messsystem keine magnetischen Teile (weder Maßverkörperung noch Abtastkopf) und ist dadurch unempfindlich gegen jede Art von elektromagnetischen Störungen. Der störungsfreie Betrieb muss auch bei Kontakt mit Kühl- und Schmiermitteln sowie Emissionen aus der Bearbeitung gewährleistet sein – ein weiteres Argument für ein nicht-optisches Abtastprinzip. Die Signalgüte und die hohe Auflösung ermöglichen eine sehr steife Reglerabstimmung und einen exzellenten Gleichlauf, wie sie bis dato nur mit optoelektronischen Systemen erreicht wurden.
Die Auswerteelektronik interpretiert die Sensorsignale, die nach einem neuartigen Schaltungsprinzip kontinuierlich ohne Strobe-Zeiten interpoliert werden. Anschließend werden die verarbeiteten Signale per Leitungstreiber an Schnittstellen zur differentiellen Signalübertragung ausgegeben, entweder als TTL- oder 1Vss-Signal. Durch die Verschmelzung von Messsystem und Mechanik wird der Aufbau einfacher, die Fertigung und der Zusammenbau gehen leichter, schneller und dadurch wirtschaftlicher vonstatten. Durch die hohe Widerstandsfähigkeit der Systeme steigt die Zuverlässigkeit. Kostspielige Ausfälle und Maschinen-Stillstandszeiten werden so weiter reduziert. Induktive Winkelmesssysteme unterstützen die Optimierung von Direktantrieben und erfüllen deren Anforderungen an Bauform, Signalqualität und Robustheit. Aus den genannten Gründen finden diese Geräte sehr breite Verwendung, unter anderem bei Rundtischen, Werkzeugmaschinen, Positionieraufgaben und Bestückungsautomaten, an Drehmaschinen und Linearachsen sowie an Anlagen in der Halbleiterindustrie und Medizintechnik.
Über AMO
Seit mehr als 18 Jahren befasst sich die oberösterreichische AMO GmbH mit der Entwicklung, Herstellung und dem weltweiten Vertrieb von induktiven Längen- und Winkelmesssystemen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung ermöglichte es, dass diese Produkte seit Jahren auch im High-End-Bereich von Werkzeugmaschinen, Halbleiteranlagen und in der Medizintechnik Verwendung finden. Mit Niederlassungen in Deutschland, Italien und den USA sowie Vertretungen in den wichtigsten Industrieländern ist das Unternehmen praktisch weltweit präsent.
AMO, Tel.: 07403 913283, E-Mail: m.koblitz@amo-gmbh.com
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