Schlüsselkomponente integrierte Wegmessung

Autor / Redakteur: Rüdiger Keller / Karl-Ullrich Höltkemeier

Präzision in der Bearbeitung erfordert genaues Messen und Positionieren. Mit dem Integrierten Messsystem für Kugel- und Rollenschienenführungen bietet Rexroth die robusteste Methode hochgenauer Positionierung.

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Abb.1: Byspeed Laserschneidesystem
Abb.1: Byspeed Laserschneidesystem
( Archiv: Vogel Business Media )

Mario Duppenthaler, Product Manager Lasercutting bei Bystronic schwärmt: „Hoch dynamisch ist, wenn der Hauptbalken unserer Byspeed bei einem Eigengewicht von einer halben Tonne, mit bis zu 30 m/s2 in seinen Achsen beschleunigt wird.“ Und das mit Recht, denn schließlich werden mit diesen enormen Massen Achs- bzw. Positionier-geschwindigkeiten bis 169 m/min erreicht. Für den Anwender bedeutet dies, je nach Werkstück und Material, maximale Schneidgeschwindigkeiten bis zu 50 m/min.

Zu außergewöhnlich dynamischen Werten bietet das Laserschneidsystem der Hochleistungsklasse auch hervorragende Werkstückpräzision. Die Genauigkeit der Blechteile hängt wesentlich vom jeweiligen Material und dessen Vorbehandlung sowie der Tafelgröße und deren Erwärmung ab.

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Eine grundlegende Voraussetzung ist allerdings ein sehr genaues Messsystem. „In diesem Maschinentyp ist das in die Rexroth-Linearführungen integrierte Wegmesssystem eine Schlüsselkomponente“, betont Thomas Scheidegger, Electronics Manager Development bei Bystronic.

Kompetenz in Schneiden und Biegen

Bystronic ist ein weltweit agierender Anbieter von Lösungen für das Schneiden und Biegen von Blechen. Das renommierte Schweizer Unternehmen produziert und vertreibt Laser- und Wasserstrahlschneidsysteme sowie Abkantpressen der Hämmerle-, Beyeler- und AFM-Serien. Ergänzend werden Lösungen für die Automation des gesamten Material- und Datenflusses der Prozesskette Schneiden-Biegen angeboten. Die Byspeed 3015 (Arbeitsbereich 3000 x 1500 mm) und 4020 (Arbeitsbereich 4000 x 2000 mm) bietet echtes Highspeed-Schneiden im Bereich dünner bis mitteldicker Bleche.

Zu den wichtigsten und leistungsbestimmenden Komponenten zählt er neben Laserstrahl-quelle und Schneidkopf die eigene Steuerung. Zudem sorgen im Kern der Achsen speziell entwickelte Direct Helial Motors (DHM) für den entscheidenden Produktivitätsvorsprung. Mit dem einzigartigen Motorkonzept ist es gelungen, alle relevanten Parameter ideal abzustimmen. Mit lediglich 1/25 der Magnetfläche konventioneller Linearmotoren wird eine ebenso starke Antriebskraft erzeugt.

Integriertes Messsystem hält was es verspricht

Um das Längenmesssystem der Rexroth-Linearführungen zu integrieren, wurde es im Vorfeld eingehend getestet. Im Mittelpunkt stand die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung. „Wir erfassen Messsignale im Mikrosekunden-Bereich und verarbeiten, sprich aktualisieren die Daten in unserer NC-Steuerung ebenso schnell“, fasst Scheidegger die Hauptanforderung zusammen.

Einen wesentlichen Vorteil sieht er in der im Sensorkopf integrierten Interpolationseinheit, die eine entsprechende Geschwindigkeit in der Signalverarbeitung ermöglicht. Die Signalausgänge verfügen über eine Echtzeitauswerteelektronik, die selbst bei hoch-dynamischen Bewegungen bis 5 m/s verlässliche Positionsdaten garantiert. Andere systembedingte Vorteile des Integrierten Messsystems nennt Scheidegger zwar an zweiter Stelle, sie sind ihm jedoch für die Performance der Laserschneidsysteme nicht minder wichtig. Im Vordergrund steht hier die Integration des Messsystems in die Kugelschienenführung.

Aufbauend aus Standard-Führungselementen bildet Führungs- und Messsystem eine Einheit. Basis ist eine in die Führungsschiene eingearbeitete Maßverkörperung. Es handelt sich um ein Stahlband, in das durch einen photolithographischen Prozess eine hochpräzise Periodenteilung eingeätzt ist. Die Maßverkörperung ist in ihrer gesamten Länge durch ein dicht verschweißtes Edelstahlband geschützt. Diese Verbindung hält auch extremen Vibrationen und Stößen bis zu 10 G stand.

Bis zu einer Messlänge von 2500 mm erreicht die eingearbeitete Maßverkörperung eine absolute Genauigkeit von ± 3 µm. Selbst bis 4000 mm Messlänge mit einteiliger Maßverkörperung sind ± 5 µm kein Problem.

Gemessen wird über einen direkt am Führungswagen verschraubten Lesekopf mit integrierter Sensorik und Elektronik für die Signalkonditionierung. Durch eine neue Adapterlösung kann die Sensorik vom Führungswagen getrennt werden. Dies ermöglicht eine Lagerhaltung der Sensorik und reduziert seitens Rexroth die Lieferzeit erheblich. Die relative, kontaktlose Bewegung zwischen Maßverkörperung und Lesekopf erzeugt sinusförmige Messsignale. Diese werden vom Lesekopf direkt als analoge Inkrementalsignale (1 Vss) mit einer Periodenlänge von 1000 µm geliefert. Durch Interpolation der analogen Spannungswerte entstehen Rechtecksignale. Je nach Interpolationsfaktor ergeben sich daraus Auflösungen bis 0,25 µm.

Robust, präzise und einfach in der Anwendung

Das induktive Messsystem ermöglicht eine berührungslose Abtastung, was letztlich Wartungsfreiheit gewährleistet. Wasser, Öl, Staub oder Späne können die zuverlässige Funktion des Integrierten Messsystems nicht beeinflussen. Darüber hinaus erleichtert die Verbindung der Funktionen Führen und Messen in einer Einheit die Maschinenkonzeption. Sie spart zusätzlichen Bauraum oder Anbauflächen für externe Messsysteme und damit auch den dafür erforderlichen Konstruktions- und Montageaufwand.

Verfügbarkeit entscheidend

Als einen der wichtigsten Entscheidungskriterien das Integrierte Messsystem zu nutzen fügt Scheidegger abschließend die Verfügbarkeit der Rexroth-Produkte hinzu: „Wir verwenden seit vielen Jahren Rexroth-Führungssysteme. Die gute Zusammenarbeit, nicht zuletzt auch mit AMSLER LINEAR, dem zuständigen Vertriebspartner der Bosch Rexroth AG in der Schweiz, war für uns mit ausschlaggebend, nun auch das integrierte Messsystem als Schlüsselkomponente in Byspeed Laserschneidanlagen einzusetzen.“

Eng mit der Thematik Lieferfähigkeit verbunden und schon immer als Vorteil der Rexroth Linearführungen betrachtet wird die Austauschbarkeit von Führungswagen und Führungsschiene der gleichen Baugröße. Durch präzise Fertigung lassen sich sogar Führungswagen und Sensor getrennt voneinander auswechseln.

Bosch Rexroth

Tel. +49(0)9721 937 395

Rüdiger Keller, Produktmanager Integriertes Messsystem, Linear Motion and Assembly Technologies, Bosch Rexroth AG

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