Wegmesssystem Robuste magnetische Wegmessung erreicht Genauigkeit optischer Systeme

Magnetkodierte Weg- und Winkelmesssysteme mit absolutem oder inkrementellem Ausgangssignal sind sehr robust und können als echtzeitfähige Systeme hochdynamische Weg- und Winkelmessaufgaben unterstützen, beispielsweise bei der digitalen Druckplattenbelichtung.

Anbieter zum Thema

Lenord, Bauer & Co. GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Balluff GmbH

Die digitale Druckplattenbelichtung (CTP – Computer to Plate) ist ein Verfahren in der Druckvorstufe, bei dem Druckplatten vom PC aus direkt im Plattenbelichter bebildert werden. Renommierter Hersteller von CTP-Lösungen ist die Dotline GmbH mit Stammsitz in Bielefeld, zu deren Produktportfolio unterschiedliche sowie halb- und vollautomatische CTP-Systeme für den Akzidenz- und Zeitungsdruck gehören.

Konstante Bewegung mit hoher Reproduzierbarkeit

Die für unterschiedliche Einsatzbereiche ausgelegten Systeme haben eines gemeinsam: Wenn der modulierte Laserstrahl die Druckplatten Zeile für Zeile beschreibt, ist bei diesem Scan eine extrem gleichmäßige, konstante Bewegung mit hoher Reproduzierbarkeit obligatorisch. „Sonst entstünden bereits durch minimale Abweichungen und Rasterüberlagerungen unerwünschte Moire-Effekte; eine hohe Druckqualität wäre dann nicht erreichbar“, erläutert Tobias Kaufhold, Geschäftsführer von Dotline. Erschwerend komme hinzu, dass meist auch auf hohe Geschwindigkeit gefordert ist: Die Dotline VMAX 400 z.B. belichtet bis zu 400 Platten pro Stunde bei einer Auflösung von 1270 dpi.

Dazu muss der für die gleichmäßige Bewegung der Druckplatte zuständige Linearachsantrieb mit extrem hoher Gleichlaufgüte arbeiten und darf sich weder von Querkräften noch Schwingungen beeinträchtigen lassen. Er ist daher auf ein hochpräzises Wegmesssystem angewiesen; beim Belichten ist lediglich ein Versatz von weniger als 1 µm tolerierbar. „Für die Wegmessung hatten wir zunächst optische Systeme im Einsatz“, berichtet Tobias Kaufhold. „Sie boten zwar die notwendige Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, waren aber kostspielig und konnten leicht beschädigt werden.“ Die CTP-Spezialisten suchten deshalb nach einer anderen Lösung. Fündig wurden sie schließlich bei Balluff. Mit dem BML hat der Sensorikspezialist ein leistungsfähiges magnetisches Wegmesssystem entwickelt, das sich für den Einsatz in den CTP-Systemen gleich aus mehreren Gründen empfahl.

Unempfindlich gegen Verschmutzung

Das BML besteht aus dem Sensorkopf, einem magnetkodierten Maßkörper wahlweise für den linearen oder rotativen Einsatz und Zubehör wie Zählerdisplay oder Führungssystem. Um die Weginformation aufzunehmen, wird der Sensorkopf berührungslos über den Maßkörper geführt, ohne mechanischen Verschleiß. Auch eventuelle Verschmutzungen oder Temperaturschwankungen beeinträchtigen die Messungen nicht, Beschädigungen sind ebenfalls nicht zu befürchten. Der Sensor wird geschützt eingebaut und der Permanentmagnet-Maßkörper durch ein Edelstahlband abgedeckt. Dabei lässt sich der zur Verfügung stehende Raum optimal nutzen, da der Einbau des Sensorkopfes längs oder quer zum Maßkörper möglich ist.

Durch präzise Fertigung und ausgefeilte Auswerteverfahren sind dem robusten, magnetischen System ähnlich hohe Auflösungen erreichbar wie mit optischen Verfahren. Eine wichtige Voraussetzung für diese hohe Präzision liefert die spezielle Magnetisierung: Die Maßverkörperung der BML-Wegmesssysteme ist senkrecht (perpendikular) magnetisiert und bietet ein absolut homogenes Magnetfeld. Bekannt ist diese Form der Magnetisierung vor allem als Schreibverfahren bei magnetischen Datenträgern und gilt seit einigen Jahren als Standard für moderne Festplatten.

Perpendikulare Magnetisierung

Bei der perpendikularen Magnetisierung stehen die magnetischen Momente nicht parallel zur Oberfläche des Maßbandes (longitudinal), sondern senkrecht dazu. Salopp formuliert gehen die Magnete gewissermaßen in die Tiefe. Dies führt zu einer potenziell wesentlich höheren Feld-Dichte, bei gleicher Oberfläche lassen sich also mehr einzelne Magnete unterbringen. Da bei diesem Verfahren im Gegensatz zur longitudinalen Magnetisierung nahezu alle Elementarmagnete voll ausgerichtet sind, lässt sich eine sehr hohe, langzeitstabile und temperaturunabhängige Genauigkeit realisieren. Denn es gilt als erwiesen, dass magnetische Bereiche nur langzeitstabil bleiben, wenn die Elementarmagnete voll ausgerichtet sind. Durch die „stehende“ Ausrichtung können zudem die Sensoren im für sie optimalen Abtastbereich arbeiten, was ebenfalls der Messqualität zugutekommt.

Für eine präzise Aussage über den zurückgelegten Weg werden die magnetischen Perioden gezählt. Im Sensorkopf sind dazu viele einzelne Magnetfeldsensoren einschließlich der entsprechenden Auswerteelektronik integriert. Diese Sensoren sind innerhalb des Sensorkopfs so angeordnet, dass sie bei ihrer Bewegung entlang der Messstrecke um 90 Grad versetzte Signale ausgeben. Dadurch ist eine richtungsabhängige Messung der Wegstrecke möglich. Der Messwert wird von der Elektronik als Absolutwert ausgegeben.

Echtzeitsignale mit hohen Sample-Raten

Mit der übergeordneten Steuerung kommunizieren die Sensoren wahlweise über eine BISS-C oder SSI-Schnittstelle. Zusätzlich stellt die Auswerteelektronik dem Anwender für schnelle Regelanwendungen mit hohen Sample-Raten Echtzeitsignale in Form von sinusförmigen Analogsignalen 1 Vss oder wahlweise interpolierten digitalen Rechtecksignalen über eine RS422-Schnittstelle bereit. „Dadurch sind die Wegmesssysteme für ein schnelles Feedback in den elektrischen Antriebsachsen der CTP-Systeme geradezu prädestiniert“, freut sich Tobias Kaufhold.

Da die magnetkodierten Wegmesssysteme auch im Hinblick auf Flexibilität punkten können, eignen sie sich für sehr viele Einsatzbereiche. Für unterschiedliche Anwendungsfälle stehen verschiedene Standard-Ausführungen zur Verfügung. Besonders flexible Einsatzmöglichkeiten bieten beispielsweise Maßkörper als Rollenware, die bis 48 m Länge verfügbar sind und vor Ort konfektioniert werden können. Auch für eher spezielle Anwendungen gibt es maßgeschneiderte Lösungen, denn bei Bedarf lassen sich auch höhere Auflösungen oder Verfahrgeschwindigkeiten sowie größere Detektionsabstände realisieren. Sie erfüllen serienmäßig die Anforderungen der Schutzart IP67 und, wenn sie nicht mutwillig beschädigt werden, halten sie in der Regel ein Maschinenleben lang. Auch von Störeinstrahlungen lassen sie sich nicht beeinträchtigen, denn die Balluff-Entwickler haben ihr Augenmerk auf ein extrem EMV-festes Elektronik- und Gehäusedesign gerichtet. (jv)

Motek 2014: Halle 3, Stand: 3328

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