antriebstechnik 10/2015

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Ohne magnetische Komponenten Induktive Winkelmesssysteme für jede Anwendung Engelbert Hager Die inkrementellen und absoluten Winkelmesssysteme von AMO kommen völlig ohne magnetische Komponenten, Hysterese oder Entmagnetisierungseffekte aus. Lesen Sie, wie sie unterschiedliche Abtastköpfe mit integrierter Auswertelektronik kombinieren, in Miniaturausführung oder mit Mehrkopfabtastung mit hochgenauen Maßverkörperungen als Messring oder Messflansch. Die Spulenstruktur wird auf einem Substrat in Mikro-Multilayer-Technik gefertigt. Dabei sind die einzelnen Hauptelemente mit Primär- und Sekundärspulen in Messrichtung gestreckt. 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 (SIN u. COS). Die ausgezeichnete Signalgüte und Stabilität gegen Umwelteinflüsse führt dazu, dass nach der Signalkonditionierung in der Auswertelektronik Abweichungen von nur 0,1 % der Ideal-Sinusform (Oberwellenanteil) bleiben. Dies ermöglicht eine präzise Positionserfassung und eine hohe Auflösung von bis zu 0,125 µm. Ein wesentliches Merkmal des Funktionsprinzips ist auch, dass nach dem Amosin-Verfahren durch das hochfrequente Wechselfeld keine Messhysterese entsteht. Robuste Systeme Durch die Verschmelzung von Messsystem und Mechanik wird der Aufbau der Systeme einfacher, die Fertigung und der Zusammenbau gehen leichter, schneller und dadurch wirtschaftlicher vonstatten. Deren hohe Robustheit gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit, kostspielige Ausfälle und Stillstandszeiten lassen sich reduzieren. Induk- Engelbert Hager ist im Quality Management/ Application Engineering tätig bei AMO GmbH tive Winkelmesssysteme unterstützen die Optimierung von Direktantrieben und erfüllen deren Anforderungen an Bauform, Signalqualität und Robustheit. Entsprechend finden diese Geräte sehr breite Verwendung, unter anderem bei Rundtischen, Fräsköpfen, C-Achsen an Drehmaschinen sowie an Anlagen in der Halbleiterindustrie und Medizintechnik. Bei den Winkelmesssystemen können Anwender zwischen absoluten und inkrementellen Lösungen wählen. Beim absoluten Messverfahren ist die laufende Position in jedem Moment in absolutem Bezug zur Anlage vorhanden – und zwar unabhängig davon, ob die Achse steht oder sich bewegt. Diese Position wird in der gewünschten Auflösung über die serielle Übertragung der Steuerung bei Abfrage zur Verfügung gestellt. Dabei sind Auflösungen von Bruchteilen eines Mikrometers 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. Mit der neuen leistungsstarken Drive-Cliq-Schnittstelle lassen sich die absoluten Messsysteme von AMO direkt an Sinamics- und Sinumerik-Komponenten von Siemens anbinden. Diese Kombination eignet sich insbesondere für Anwendungen mit Direktantrieben bzw. Torquemotoren. Interessant für Anwendungen in der Robotik bzw. der Automation: Fanuc hat die Schnittstellen der absoluten Winkelmesssysteme der Firma AMO offiziell als kompatibel zum Fanuc- Protokoll für die seriellen Schnittstellen (Typ α) zertifiziert. Beliebt aus gutem Grund Inkrementelle Systeme funktionieren, indem die laufende Position durch addieren bzw. subtrahieren von Messinkrementen bezogen auf den Standpunkt der Achse oder auf eine festgelegte Referenzlage bestimmt wird. Sie erfreuen sich nach wie vor großer Beliebtheit und werden u. a. gerne in Werkzeugmaschinen eingesetzt − z. B. von Trumpf, einem der weltweit führenden Unternehmen bei Blechbearbeitungsmaschinen. Der renommierte Hersteller verbaut z. B. in seiner Abkantpresse der Trubend Serie 7 000 ein induktives Amosin-Winkelmesssystem, das die Drehzahl des Antriebes erfasst. Es besteht aus einem Abtastkopf WMK-200 und einem dünnen, nur 0,65 mm starken Winkelmessring WMR-100. Der Winkelmessring wird kundenseitig montiert und erlaubt eine optimale kundenspezifische Integration des Winkelmesssystems in den Torquemotor. 01 Die inkrementellen und absoluten Winkelmesssysteme von AMO eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen 66 antriebstechnik 10/2015

Hochpräzise Messtechnik In Werkzeugmaschinen kommt auch der Spindelgeber von AMO zum Einsatz, der ebenfalls auf dem induktiven Amosin-Messprinzip basiert. Er vereint hohe Signalgüte und EMV-Festigkeit für Drehzahlen bis zu 26 000 min -1 . Unterschiedliche Bauformen des Abtastkopfes erlauben ein sehr kompaktes, platzsparendes Design in axialer oder radialer Richtung. Die Ausgangsschnittstelle unterstützt das inkrementelle 1Vss-Signalformat. Der zulässige Bereich der Betriebstemperatur reicht von -10 °C bis +100 °C. Eine besondere Eigenschaft des Spindelgebers ist die Kompatibilität zum Siemens-Gebertyp Simag H2. Wenn es um höchste Präzision geht, sind die Amosin-Winkelmesssysteme mit Mehrkopfabtastung geeignet. Sie ermöglichen absolute Genauigkeiten von wenigen Winkelsekunden für Rund- und Schwenkachsen. 02 Die Amosin-Winkelmesssysteme bestehen aus einer planaren Spulenstruktur im Messkopf und einer Maßverkörperung Der Einfluss einer exzentrischen Montage des Messflansches auf die Positioniergenauigkeit wird eliminiert und die Systemgenauigkeit des Messsystems erhöht sich um bis zu Faktor 2 mit einem MHS (Multiple Head Solution)-Winkelmesssystem mit zwei Abstastköpfen und bis zu Faktor 4 mit einem CHS-Winkelmesssystem. Bei letzterem ist ein Kalibrierkopf erforderlich, allerdings wird im Betrieb nur ein Abtastkopf benötigt. Die einmalige Kalibrierung bei der Inbetriebnahme ermöglicht die hohen Genauigkeiten. Messtechnik für Ex-Bereiche Die AMO-Winkelmesssysteme der Baureihen WMK-2xx/2x5x und WMK-3xx sind auch in EX-Ausführung erhältlich. Diese speziellen Lösungen bewähren sich zum Beispiel bei der Starlinger & Co. GmbH aus Wien, die weltweit Maschinen zur Herstellung und Bedruckung von Kunststoffsäcken entwickelt, 03 Trumpf verbaut in seiner Abkantpresse ein induktives Amosin-Winkelmesssystem, das die Drehzahl des Antriebes erfasst fertigt und vertreibt. Im Sortiment des Unternehmens befindet sich u. a. die Baureihe Dynaflex. Die Rasterwalzen und Klischeezylinder dieser Gewebedruckmaschinen werden mit High-Torque-Motoren angetrieben, bei denen sich die Gebersysteme zwangsläufig im Ex-Bereich befinden. Starlinger benötigte also ein entsprechend zertifiziertes, berührungsloses Messsystem mit sehr guter Auflösung. AMO konnte helfen: Die gesamte Auswertelektronik und Sensorik des Gebers ist bereits im Gehäuse in Schutzart IP67 integriert, sodass der Abtastkopf robust gegenüber Staub, Feuchtigkeit und Vibrationen ist. Als offenes, berührungsloses Hohlwellenmesssystem benötigt der Geber keine Kupplung für den mechanischen Anschluss und zeichnet sich durch eine sehr hohe Genauigkeit und Auflösung aus. Der für die konkrete Anwendung im Ex-Bereich wichtigste Punkt ist aber das rein induktive Amosin-Messprinzip, das keinerlei magnetische Komponenten benötigt, keine Hysterese aufweist und unempfindlich gegenüber Magnetfeldern ist. Als Maßverkörperung wurde eine Sonderanfertigung auf Basis des Messflansches entwickelt. Das Edelstahlband mit einer hochgenauen, fotolithografisch geätzten periodischen Teilung verfügt neben der eigentlichen Messspur über eine Referenzspur − diese kann wahlweise mit einzeloder abstandskodierten Referenzmarken ausgeführt werden. www.amo-gmbh.com antriebstechnik 10/2015 67