Winkelmessung Messsysteme für Direktantriebe

Amo hat seine Messsysteme um absolute Varianten ergänzt. Basierend auf dem absoluten induktiven Amosin-Abtastprinzip stellt das Unternehmen die Baureihen WMIA zur Winkel- und LMIA

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AMO Automatisierung Messtechnik Optik GmbH

Amo hat seine Messsysteme um absolute Varianten ergänzt. Basierend auf dem absoluten induktiven Amosin-Abtastprinzip stellt das Unternehmen die Baureihen WMIA zur Winkel- und LMIA zur Längenmessung vor. Zu den Anwendungen, die ein absolutes Messsystem erfordern und die Amo damit abdeckt, gehören Rundtische, Dreh- und Schwenkachsen, Pressen, Extruder und Spritzgussmaschinen sowie Linerachsen. Die absoluten Systeme sind für Messringdurchmesser ab 80 mm bis nahezu unbegrenztem Außendurchmesser sowie für Längen bis 32 m verfügbar.

Beim absoluten Messverfahren ist die Position in jedem Moment in absolutem Bezug zur Anlage vorhanden, unabhängig davon ob die Achse steht oder sich bewegt. Diese Position wird in der gewünschten Auflösung über die serielle Schnittstelle der Steuerung bei Abfrage zur Verfügung gestellt. Dabei sind Auflösungen von unter einem Mikrometer möglich. Vor allem bei der Kommutierung von Direktantrieben und im Hinblick auf die Betrachtung von Anlagen-Taktzeiten, Produktivität und Anlagensicherheit ist das absolute Messverfahren von Vorteil.

Bedingt durch die Entwicklung der Messtechnik und die lange Zeit begrenzte Verfügbarkeit absoluter Messsysteme ist die inkrementelle Positionserfassung heute wesentlich stärker im Markt vertreten. Sie funktioniert, indem die laufende Position durch ein Auf- oder Abaddieren von Messinkrementen bezogen auf eine festgelegte Referenzlage bestimmt wird.

Nachfrage nach absoluten Messverfahren steigt

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, dem sogenannten Homing, bei der Initialisierung der Achse 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 ständige Entwicklung der Antriebs-, Steuerungs- und Datenübertragungstechnik in Verbindung mit den immer höheren Ansprüchen der Anlagentechnik an die Leistung und Sicherheit ihrer Produkte haben die Nachfrage nach absoluten Messsystemen in den letzten Jahren massiv erhöht. Basierend auf dem eigenen induktiven Messprinzip Amosin hat Amo die Systemfamilie Absys entwickelt, die mit Längen- und Winkelmesssystemen dieser Anforderung nachkommt.

So unterscheiden sich inkrementale und absolute Messverfahren

Am Beispiel des Längenmesssystems werden die Unterschiede zwischen einem inkrementalen und einem absoluten Messverfahren dargestellt. Die einzelnen Sensorelemente werden symbolisch als planare Signalspulen abgebildet. Durch die relativen Bewegungen in Messrichtung zwischen Maßstab und Abtastkopf tasten die einzelnen Spulen unterschiedliche Bereiche ab und erzeugen dadurch positionsabhängige Signale.

Die Inkrementalsensoren in beiden Abtastköpfen erzeugen sinusförmige Signale mit zwei phasenverschobenen Ausgängen für Sinus und Cosinus. In der Annahme, dass der Analog/Digitalwandler, der die Inkremental-Signale verarbeitet, eine Periode λ von 1 mm in 1000 Inkremente aufteilt (Interpolationsfaktor 1000), wird ein Inkrement 1µm Länge betragen.

Inkrementales Messverfahren: annähernd rechteckige Signale

Beim inkrementalen Messverfahren hat der Maßstab zwei parallele Messspuren: eine Referenzspur mit einzelnen Marken und eine periodische Inkrementalspur. Die Signale, die der Referenzsensor im inkrementalen Abtastkopf sowie die Absolutsensorelemente erzeugen, sind annähernd rechteckig.

Zum absoluten Maßstab gehören eine Random Code-Spur und eine inkrementale Spur. Die Random Code-Spur ist so konzipiert, dass jede Kombination von „n“ benachbarten Teilungsbereichen der Länge λ (Teilungsperiode der inkremental Teilung λ=1 mm ) nur ein einziges Mal auf der gesamten Messstrecke vorkommt. Das Beispiel in Bild 3 zeigt die Random Code-Spur mit n=8.

Für beliebig angenommene drei nacheinander folgende Kombinationen von 8 Bit werden die abgelesenen Codewerte durch eine Look-up-table (LUT) in binären Code umgewandelt. Im Beispielfall sind die dezimal dargestellten Werte für die drei Perioden 121, 122 und 123 mm.

Absolute Messverfahren: Signale stehen der Steuerung quasi in Echtzeit zur Verfügung

Als ganzzahlige Werte bilden sie für den ausgegebenen Positionswert die sogenannte grobe Absolutposition. Der feine Positionswert, also die Nachkommastellen, entspricht dem Winkel Theta aus der inkrementellen Teilung. Dieser wird anhand der Sinus- und Cosinussignale über die Bildung des Arcustangens bestimmt.

Der endgültige Positionswert wird durch das Zusammenfügen der beiden Absolutlagen grob und fein gebildet und bei jeder Abfrage der übergeordneten Steuerung neu ermittelt und quasi in Echtzeit zur Verfügung gestellt und seriell übertragen.

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