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Messsystem Robuste und hoch präzise Messtechnik für Werkzeugmaschinen

| Redakteur: Jan Vollmuth

Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung müssen robust sein und präzise arbeiten. Dabei helfen hochgenaue Längen- und Winkelmessgeräte von AMO aus Österreich.

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In der NC-Presse SP 500 wird ein absolutes Längenmesssystem von AMO zur absoluten Positionsangabe verwendet.
In der NC-Presse SP 500 wird ein absolutes Längenmesssystem von AMO zur absoluten Positionsangabe verwendet.
(Bild: AMO)

Schnell und präzise: So lauten die wichtigsten Anforderungen von Anwendern aller Branchen an Werkzeugmaschinen. Damit Werkzeugmaschinen so präzise wie gewünscht arbeiten können, müssen sie mit hochwertiger Messtechnik ausgestattet sein, die nicht nur äußerst genau, sondern auch ziemlich robust sein sollte, da die Maschinen oft in rauen Umgebungen zum Einsatz kommen.

Ein Spezialist für die Entwicklung und Fertigung hochgenauer Messgeräte ist die AMO GmbH aus Österreich, Erfinder des patentierten induktive Amosin-Messsystems, das auf dem induktiven Abtastprinzip beruht. Das Unternehmen bietet sowohl Längen- als auch Winkelmessgeräte basierend auf dieser Technologie an. Die gesamte Auswerteelektronik und Sensorik des Gebers ist bereits im Gehäuse integriert, daher erfordert der Einbau der Geräte kaum Platz, betont AMO. Dank Verkapselung sind Elektronik und Sensorik gegen äußere Einflüsse wie Staub, Schmutz oder Spritzwasser bestens geschützt.

Kombination aus Messkopf und Maßband

Wie funktioniert das Amosin-System? Es besteht im Wesentlichen aus einer planaren Spulenstruktur im Messkopf und einer Maßverkörperung (Maßband). 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 basiert auf einem Edelstahlband mit einer hochgenauen, fotolithografisch geätzten periodischen Teilung. Die relative Bewegung in Messrichtung zwischen Sensorstruktur (im Abtastkopf) und der Maßverkörperung ändert periodisch die Gegeninduktivität der einzelnen Spulen und erzeugt zwei sinusförmige 90°-phasenverschobene Signale.

Der Winkelmessring WMR 100 von AMO bietet eine Teilungsperiode von 1000 µm und Teilungsgenauigkeiten von ±10 µm, ±5 µm oder ±3 µm.
Der Winkelmessring WMR 100 von AMO bietet eine Teilungsperiode von 1000 µm und Teilungsgenauigkeiten von ±10 µm, ±5 µm oder ±3 µm.
(Bild: AMO)

Nach der Signalkonditionierung in der Auswertelektronik betragen die Abweichungen lediglich 0,1 % der Ideal-Sinusform (Oberwellenanteil). Die Positionsabweichung liegt unter 0,3 μm innerhalb einer Signalperiode. Darüber hinaus verfügen die Sensoren über die absoluten Schnittstellen Endat 2.2 und Mitsubishi und inkrementelle Schnittstellen. Auch die Laufruhe bei Direktantrieben hat sich durch die weiter optimierte Signalqualität der Längen- und Winkelmessgeräte verbessert. Eine optimierte automatische Signalkompensation (Amplitude, Offset und Phase) reduziert das Signalrauschen und sorgt so für eine höhere Regeldynamik der Messgeräte. Mit der aktuellen Gerätegeneration sind Auflösungen von maximal 0,05 µm bis zur Drehzahl 26.000 min-1 realisierbar.

Erste Wahl für Pick-and-Place-Module

Die hohe Präzision der AMO-Messgeräte überzeugte bereits in der Vergangenheit etwa die Firma Bihler, ein mittelständisches Familienunternehmen mit Schwerpunkt auf Stanzbiege-, Schweiß- und Montagetechnik. Bei Bihler kommt alles aus einer Hand: Die Palette reicht von Maschinensystemen, flexibel einsetzbaren Prozessmodulen und Peripheriegeräten, über Steuerungstechnik und Werkzeuge bis hin zur kompletten Automatisierungslösung.

Mit der Entwicklung seiner Pick-and-Place-Module ist Bihler auf die absoluten Längenmesssysteme von AMO aufmerksam geworden. Die Anwendung stellte hohe Anforderungen an die Präzision der Messtechnik, da sehr kurze Zykluszeiten sowie höchste Positionier- beziehungsweise Wiederholgenauigkeiten erreicht werden sollten. Darüber hinaus sollte sie resistent gegen Erschütterungen sowie Öle oder Fette in der Maschine sein. Ebenfalls wichtig: eine hohe Ausfallsicherheit, um Anlagenstillstände zu minimieren.

Unempfindlich gegenüber Magnetismus

Der Abtastkopf LMKA 11100 und das Maßband LMBA 1110.2 von AMO eignen sich für Einsatz in rauer Industrieumgebung und für große Messlängen.
Der Abtastkopf LMKA 11100 und das Maßband LMBA 1110.2 von AMO eignen sich für Einsatz in rauer Industrieumgebung und für große Messlängen.
(Bild: AMO)

Bihler entschied sich für ein Messgerät von AMO zur Positionserfassung: Das System besteht aus dem Abtastkopf LMKA 11100 und dem Maßband LMBA-1110.2 mit einer Genauigkeit von ± 5 µm/m. Das robuste Gerät ist dank Schutzart IP67 unempfindlich gegenüber Staub, Kühlschmiermittel und Öl – auch gegenüber Magnetismus ist die Technik absolut unempfindlich. Eine laut AMO einzigartige Kombination.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Da sich die Maschinen von Bihler aus einem individuellen Baukastensystem zusammensetzen, wird das Längenmesssystem von AMO heute in verschiedenen standardisierten Prozessmodulen des Unternehmens zur absoluten Positionsangabe eingesetzt, z.B. in den Schlittenaggregaten NCA-5 und NCA-7, die auf Servo-Stanzbiegeautomaten zum Einsatz kommen, in einem Materialeinzug mit Linearmotor, der auf der Siemens-Schweißstraße Bimeric BW 4500 eingesetzt wird, sowie zur Steuerung werkzeugbezogener Längsbewegungen einer Maschine.

Messgerät mit bis zu 30 Metern langem Maßband

Das induktive Längenmesssystem LMI-310 von AMO bringt präzise Ergebnisse auf Verfahrwegen bis 30 m.
Das induktive Längenmesssystem LMI-310 von AMO bringt präzise Ergebnisse auf Verfahrwegen bis 30 m.
(Bild: AMO)

Ein weiteres Längenmessgerät von AMO ist das LMI-310. Es besteht aus einer Stahl-Führungsschiene in Einzelstücken mit bis zu 4 m Länge, die zu über 30 m langen Messgeräten zusammensetzbar sind. An der Oberseite der Schienenstücke befindet sich jeweils eine Nut, in die nach der Montage ein durchgehendes Maßband eingelegt wird. Ein Abdeckband aus Federstahl, das auf der Oberseite der Schiene einschnappt, verschließt diese Nut sicher. Diese Montageart gewährleistet eine wiederholte, einfache Montage und Demontage. Der Abtastkopf, ausgeführt in Schutzart IP67, befindet sich im Messwagen, der ihn über die Führung bewegt. Messkopf und Führungselemente sind gleichermaßen durch Abstreifer geschützt.

Durch die induktive Abtastung und die hochwertige Auswerteelektronik im Messwagen gibt das LMI-310 in Echtzeit und hysteresefrei entweder ein sinusförmiges 1-Vss-Signal mit einer Signalperiode von 20 µm oder ein TTL-Signal mit einer Auflösung von bis zu 0,1 µm aus. Die Referenzmarken sind bereits im Maßband integriert und können einzeln, mehrfach oder auch abstandskodiert ausgeführt werden. (jv)

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