Die passende Sensorik für jeden Anwendungsfall

Die passende Sensorik für jeden Anwendungsfall
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MagLine / OptoLine berührungslose Weg- und Winkelmessung
27.08.2015 | Die Anforderungen an Längen- oder Winkelmessverfahren sind sehr unterschiedlich, in den letzten Jahren hat sich deshalb ein breites Produktspektrum entwickelt. Die Auswahl eines passenden Systems lässt sich durch frühe Klärung bestimmter Eckdaten deutlich vereinfachen.

Vergleich optischer und magnetischer Längen- und Winkelmesssysteme:

 

1. Einleitung 

Präzise Längenmessung gehört zu den Grundanforderungen industrieller Produktion. Die Spezifikationen der Messsysteme sind dabei so unterschiedlich wie die Anwendungsbereiche, in denen die Sensoren zum Einsatz kommen. Während es in der Lagerlogistik vorkommen kann, dass Messstrecken von bis zu hundert Metern bei frostigen Bedingungen erfasst werden müssen, liegt die größte Herausforderung im Maschinenbau im Bereich der Genauigkeit. Häufig erschwert die Verschmutzung durch Umgebungsmedien den Messprozess zusätzlich: In der Holzbearbeitung beispielsweise müssen Sensoren trotz hoher Staubbelastung zuverlässig funktionieren. Bei Nassbearbeitungen in CNC-gesteuerten Fräsmaschinen sind die Sensoren dauerhaft Kühlschmierstoffen ausgesetzt. Die Funktion der Messsysteme, mit anderen Worten die Zuverlässigkeit der Messergebnisse, darf nicht unter Verschmutzungen wie z. B. umherfliegenden Spänen leiden. Die Leistungsfähigkeit des Messsystems auch unter rauen Umgebungsbedingungen ist zusammen mit der Genauigkeit und der Wirtschaftlichkeit des Systems eines der Hauptargumente für die Auswahl der geeigneten Messtechnik. In den letzten Jahren hat sich in der Längenmesstechnik aufgrund dieser diversen Anforderungen ein breites Produktspektrum entwickelt. Die magnetischen Sensoren grenzen technologisch gesehen an den Genauigkeitsklassen der optischen Systeme. Jedoch gibt es Anwendungen, die eine so hohe Präzision erfordern, dass nur die optischen Systeme in Frage kommen. Diese sind im Vergleich zu den magnetischen wiederum empfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen wie Staub oder Flüssigkeiten. Durch Verkapselung der Sensoren lassen diese sich beispielsweise beim CNC-Fräsen vor beeinträchtigenden Emulsionen schützen. Der Aufwand hierfür ist jedoch hoch und kostenintensiv. Bei der Auswahl eines passenden Messsystems kommt es also darauf an, die Anforderungen wie notwendige Präzision bei möglichst wenig Beeinträchtigung durch externe Einflüsse so zu erfüllen, dass eine wirtschaftliche Lösung erzielt wird – eine Kombination aus Leistungsfähigkeit und Bezahlbarkeit. Für den Endanwender ist es nicht leicht, die Orientierung am Markt zu bewahren. Doch die Auswahl eines maßgeschneiderten Systems, das entweder auf dem optischen oder auf dem magnetischen Messprinzip basiert, lässt sich durch frühe Klärung bestimmter Eckdaten deutlich vereinfachen. 

2 Grundüberlegungen für die Vorauswahl eines geeigneten Längenmessverfahrens
Zunächst gilt bei der Auswahl eines geeigneten Längenmessverfahrens zu beachten: Je genauer die Messung sein muss, desto wichtiger werden optische Messverfahren. Hinsichtlich der Einsatzumgebung lässt sich folgende Grundregel aufstellen: Je stärker die Verschmutzung der Einsatzumgebung durch Stäube und Flüssigkeiten ist, desto deutlicher kommen die Vorzüge magnetischer Lösungen zum Tragen. Nach Erfahrung von Uwe Frey aus dem technischen Vertrieb MagLine des im Schwarzwald ansässigen Messtechnikherstellers SIKO ist die erforderliche Exaktheit der Messung das Schlüsselkriterium bei der Suche nach passenden Sensoren: „In erster Linie entscheiden die Anforderungen an die Genauigkeit. Ist die Vorgabe des Kunden einen Bereich zu vermessen, der mit einer Genauigkeit von ± 5 Mikrometer toleriert ist, so ergibt sich daraus ohne große Rückfragen, dass ein optisches System zum Einsatz kommt. Im magnetischen Bereich kann ein Genauigkeitsbereich von bis zu ± 10 Mikrometer abgebildet werden“. Er weist jedoch zugleich darauf hin, wie viel sich in der Vergangenheit im Bereich der magnetischen Systeme verändert hat: „Noch vor wenigen Jahren waren Werte von kleiner als ± 25 Mikrometer für magnetische Systeme unerreichbar. Damit mussten hochpräzise Anwendungen zwangsläufig mittels optischer Messverfahren realisiert werden.“ Durch geringere Polteilung der Messstreifen, die durch hochmoderne Produktionsverfahren erreicht werden, ließ sich die Systemgenauigkeit magnetischer Messverfahren erheblich steigern. Die Firma SIKO hat sich seit 1963 als Messtechnik-Anbieter für unterschiedliche Aufgaben wie Längen-, Winkel- und Drehzahlmesstechnik sowie das Messen von Neigung oder Geschwindigkeit etabliert. Das Unternehmen aus dem Schwarzwald rundet ihr umfassendes Portfolio magnetischer Sensoren mit der optischen Sensorik hinsichtlich Präzision nach oben ab. So hat sich die Produktlinie für magnetische Längen- und Winkelmessung „MagLine“ in den letzten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. Die MagLine Micro ist die Produktsparte, bei der die höchsten System- und Wiederholgenauigkeiten erreicht werden. Der digitale Magnetsensor MSK1000 beispielsweise kann Auflösungen von bis zu 0,2 Mikrometern (200 Nanometer) realisieren und verfügt dabei über eine Wiederholgenauigkeit von ±1 Mikrometern. Die Magnetbänder werden mit höchster Sorgfalt und unter Einsatz hochpräziser Anlagen im eigenen Hause gefertigt. Für die Codierung der Messbänder hat der Hersteller ein spezielles Verfahren entwickelt. Je nachdem ob es sich um ein inkrementales oder ein absolutes Messverfahren handelt, werden ein oder mehrere magnetische Codespuren aufgebracht. Auch in den Bereichen der Wiederholgenauigkeit und der umsetzbaren Achsgeschwindigkeiten ist die jüngere Produktentwicklung beeindruckend. Mit dem optischen Sensor LSC20 und dem optischen Maßband TS20 werden Längen und Winkel nach dem optischen Messprinzip erfasst. Das hochgenaue Messsystem zählt die Messschritte auch bei hoher Verfahrgeschwindigkeit (3 m/sec bzw. 1,5 m/sec) zuverlässig. Der optische Maßstab TS20 ist als Längenmesssystem mit bis zu 30 Metern Messlänge, aber auch als Winkelmesssystem für Messungen von kleiner als 360 Grad verwendbar.

Ein ausführliches White Paper ist als Download erhältlich.


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