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Wegsensor

Optischer Messsensor mit Nanometer-Genauigkeit

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Das Interferometer von Attocube

Einem Forscherteam der Attocube Systems AG um Prof. Dr. Khaled Karraï ist es nun gelungen, mit dem Industrial Displacement Sensor IDS3010 die extrem hohe Messgenauigkeit und -flexibilität von Interferometern erstmals in Form einer robusten, sehr kompakten und wirtschaftlichen Lösung für den industriellen Einsatz bereitzustellen.

Die Sensorköpfe des Industrial Displacement Sensors IDS3010 sind nur wenige Millimeter groß und werden mittels einer einfachen Glasfaser an die Basiseinheit gekoppelt. Bis zu drei Sensorköpfe sind an eine Basiseinheit anschließbar. Ein einziges Messsystem kann somit drei Achsen erfassen. Die erreichte und von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt offiziell bestätigte Messabweichung des Systems beträgt 0,0 ppm im Messbereich von 0 bis 3000 mm. Das bedeutet, der Sensor ist beliebig genau. Kalibrierungen von Maschinen bzw. Achsen sind nicht mehr erforderlich, wenn der Sensor dort integriert wird.

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Das glasfaserbasierte Design, die sehr kleinen Sensorköpfe und die beliebig platzierbare Basiseinheit ermöglichen Messungen an räumlich stark eingeschränkten bzw. schwer zugänglichen Stellen. Die berührungslose Messung direkt auf das Target (Werkstück, Werkzeug, Maschinenteile) vermeidet die beschriebenen Messfehler und die hohe Bandbreite erschließt völlig neue Anwendungsfelder in der Schwingungsanalyse von Maschinen und Prozessen.

Breites Anwendungsspektrum

Daraus resultiert für den IDS ein extrem breites Anwendungsspektrum als

  • Wegsensor in der Qualitätssicherung:
    - für die Kalibrierung von Achsen und ganzen Maschinen
    - in Koordinatenmessmaschinen
    - als universelles Mess- und Prüfmittel in der Qualitätssicherung (Feinmessräume)
  • Wegsensor in der Produktion:
    - als integriertes Wegmesssystem mit bis zu drei Achsen in hochpräzisen Fertigungsmaschinen (Werkzeugmaschinen)
    - als Resolversystem für hochpräzise Servoantriebe (exakte Bahnkurven in der CNC-Technik) und für die Positionsregelung von Achsen
  • Messsystem in der Produktion:
    - für die serienbegleitende Werkstückprüfung
    - maschinenintegriertes Messsystem für die Messung von Werkstücken. Hier bietet der IDS sogar das Potenzial, die Zyklenzeiten in der Fertigung beträchtlich zu verringern. Auch thermische Drifts werden erkannt.
  • Vibrometer:
    - für die Echtzeit-Prozessanalyse und -kontrolle
    - für Echtzeit-Schwingungsmessungen an Maschinen und Anlagen zur Detektion von Maschinenschäden, zur Standzeitermittlung von Werkzeugen, für Predictive Maintenance
    - für die Detektion von Unwuchten
    - für Echtzeit-Vibrationsmessung zur aktiven Schwingungskompensation

Dank glasfaserbasierter Sensorköpfe flexibel einsetzbar

Während konventionelle Interferometer vorwiegend auf hochreflektiven Oberflächen messen können, ist es bei dem von Attocube entwickelten Sensor durch Umformung des Laserstrahls in einen fokussierten Strahl möglich, auch direkt auf rauen Oberflächen mit sehr geringer Reflektivität zu messen, wie z. B. auf Siliziumwafer, Glas und Keramik. Des Weiteren sind Messungen auf Oberflächen aus Kunststoffen, Aluminium, Kupfer und poliertem Stahl möglich. Genügt die Reflektion der Oberfläche nicht, können plane Spiegel mit 5 bzw. 9 mm Durchmesser oder sogenannte Retroreflektoren aus dem Zubehörprogramm von attocube eingesetzt werden.

Der für den Industriemarkt speziell entwickelte IDS3010 ist mit einem Webserver ausgestattet und macht den Sensor kompatibel für Industrie 4.0-Anwendungen: Datenaustausch, Ausrichtung, Initialisierung und Konfiguration können per Remote-Zugang von jedem beliebigen Ort gesteuert, angepasst und überwacht werden. Ein integrierter sichtbarer Pilotlaser vereinfacht das Ausrichten und Einstellen, ein Bargraph zeigt dabei die aktuelle Signalstärke an. Nach dem mechanischen Ausrichten wird der IDS initialisiert und zeigt sofort die Distanz zwischen Sensorkopf und Targets an.

Dimensionssprung in die Nanowelt

Die sehr kompakten Abmaße der Basiseinheit, die sehr kleinen Sensorköpfe sowie die Präzision des IDS sind so außergewöhnlich, dass Entwickler und Ingenieure bestehende Lösungen im Präzisionsmaschinenbau neu bewerten und überdenken können. Attocube liefert mit dem IDS eine leicht integrierbare „enabling technology“ für den Dimensionssprung in die Nanowelt. (jv)

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