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Optische Messsysteme von Renishaw verkürzen Maschinenstillstandszeiten

Interpolationstechnologie
Optische Messsysteme von Renishaw verkürzen Maschinenstillstandszeiten

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Das Quantic-Messsystem mit integrierter Filteroptik und Interpolationstechnologie von Renishaw ist ein digitales, inkrementelles, offenes, optisches Komplettmesssystem mit hoher Leistungsfähigkeit. Es wurde für einen gesteigerten Durchsatz in der Großserienfertigung entwickelt und bietet potenziell Zeit- und Kosteneinsparungen für OEM-Kunden. Endnutzer profitieren außerdem von niedrigeren Betriebskosten, da sich die Maschinenstillstandszeiten für Service- und Wartungseinsätze verkürzen.

» Albert Rundel, Produktmanager EMEA, Renishaw GmbH, Pliezhausen

Inhaltsverzeichnis

1. Wie können Quantic-Messsysteme die Rentabilität steigern und Durchlaufzeiten reduzieren?
2. Höhere Installationstoleranzen
3. Schnellere Maschinenkalibrierung mit weniger Wartungsaufwand
4. Konstruktive Flexibilität
5. Wissenswertes zur Quantic-Messsystembaureihe

Die Herausforderung, Maschinenbaugruppen mit immer engeren Bearbeitungstoleranzen zu niedrigen Produktionskosten fertigen zu müssen, ist nur allzu gut bekannt. Die heute verfügbaren Konstruktions- und Fertigungsverfahren können zu Kostensenkungen beitragen, Werkstücke mit engen Toleranzen sind allgemein jedoch mit höheren Kosten verbunden. Toleranzketten (auch „Toleranzsummierungen“ bezeichnet) treten auf, wenn Module aus Bauteilen montiert werden, die zusammenpassen müssen. Die Gesamttoleranz einer Baugruppe kann berechnet werden, indem die Toleranzen aller einzelnen Merkmale addiert werden. Daher kann sich die erforderliche Maßhaltigkeit jedes Teils mit zunehmender Anzahl der Teile in der Toleranzkette proportional erhöhen. Wird die Gesamtsumme der Maßtoleranzen einer Baugruppe erhöht, lassen sich erhebliche Kostensenkungen erzielen, da die Toleranzvorgaben für jede Einzelkomponente weniger streng sind. Zudem lässt sich die Zeit für die Ausrichtung und Montage von Baugruppen durch schnellere, gut durchdachte Installationsverfahren reduzieren, die dazu beitragen, sowohl die damit verbundenen Kosten als auch die Produktvorlaufzeiten zu minimieren.

Wie können Quantic-Messsysteme die Rentabilität steigern und Durchlaufzeiten reduzieren?

Optische Positionsmesssysteme werden in einer Vielzahl von Maschinen und Geräten eingesetzt. Sie bestehen aus einem elektrisch-optischen Lesekopf (Sensor) und einer codierten rotativen beziehungsweise linearen Maßverkörperung. Der Lesekopf misst die lineare Position oder Rotation durch die optische Erfassung der inkrementellen Teilungsperioden an der Maßverkörperung und gibt diese Information als analoges oder digitales Signal aus.

Höhere Installationstoleranzen

Betrachten wir das Beispiel eines Drehgebers, der auf einer Antriebswelle installiert ist. Die Welle ist so ausgeführt, dass eine Presssitzmontage eines Winkelmessrings, wie des RESM40 von Renishaw, möglich ist. Der Lesekopf wird auf einer Halterung so über dem Ring befestigt, dass der Abstand (Lesekopfabstand) zwischen der Oberfläche der Maßverkörperung und dem Lesekopf innerhalb einer Toleranz von ±0,1 mm gehalten wird. Würde die Toleranz des Lesekopfabstandes verdoppelt werden, könnten die Toleranzen an der Wellen- und Ringbaugruppe sowie der Lesekopfhalterung ebenfalls verdoppelt werden. Dies würde auf lange Sicht zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen in der Produktion führen.

Quantic, die neueste Messsystembaureihe mit integrierter Filteroptik und Interpolationstechnologie des Herstellers, ist ein inkrementelles, offenes, optisches Messsystem mit hoher Leistungsfähigkeit und kompakter Bauform. Dank einer neuen Photodetektorkonstruktion und einer gröberen Teilungsperiode von 40 µm zeichnen sich diese Messsysteme durch große Installationstoleranzen sowie eine hervorragende Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung aus. Beispielsweise betragen die Installationstoleranzen für Lesekopfabstand und Gierwinkel jetzt ±0,2 mm beziehungsweise ±0,9°.

Schnellere Maschinenkalibrierung mit weniger Wartungsaufwand

Die Zeit, die ein erfahrener Bediener mit der Installation und Kalibrierung mehrerer Messsysteme auf einer Maschine verbringt, stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Da das Messsystem für eine einfache und intuitive Installation und Kalibrierung konzipiert ist, sodass auch nicht spezialisierte Mitarbeiter diese Aufgabe ausführen können, reduzieren sich der Lohn- und Zeitaufwand. Die einfache Einrichtung und Kalibrierung der Messsysteme wird ermöglicht durch das Advanced Diagnostic Tool (ADT), das sowohl die ADTi-100-Hardware als auch die ADT-View-Softwarekomponenten umfasst. Das Tool erhält umfassende Echtzeitdaten vom Lesekopf und hilft bei der schnellen, einfachen Installation des Messsystems und der sofortigen Fehlersuche. Dadurch lässt sich Zeit sparen und die Installations- und Wartungskosten sinken. Während der planmäßigen und vorbeugenden Wartung kann dieses Offline-Diagnosewerkzeug wichtige Leistungsparameter des Messsystems, wie Signalstärke, Lesekopfneigung und Lissajous-Darstellung, überprüfen. Die Messsysteme senken außerdem die Gesamtbetriebskosten für den Endnutzer, da sich die Ausfallzeiten für planmäßige Wartungsarbeiten dank robuster Konstruktionsmerkmale, wie zum Beispiel höhere Verschmutzungsunempfindlichkeit und großzügigere Betriebstoleranzen, verkürzen.

Konstruktive Flexibilität

Entwickler können verschiedene Optionen für ein Quantic-Messsystem wählen, wie beispielsweise Auflösung, Signalausgang, Art der Maßverkörperung, Referenzmarken und Kabellängen. Ein Vorteil des Messsystem-Designs ist der Verzicht auf zusätzliche sperrige Interface-Einheiten, was besonders bei Anwendungen mit begrenzten Platzverhältnissen nützlich ist. Dieser innovative Ansatz wurde erstmals bei den Vionic-Messsystemen von Renishaw verwendet. Quantic-Abtastköpfe bieten nun digitale oder analoge Ausgänge und sind kompatibel mit linearen, teilkreisförmigen und rotativen Maßverkörperungen. Je nachdem, ob ein digitaler oder analoger Signalausgang gewählt wird, ist eine direkte Signalmanipulation innerhalb der Steuerung möglich. Dies kann für hochdynamische Anwendungen, die eine präzisere Geschwindigkeits- und Beschleunigungssteuerung erfordern, vorteilhafter sein.

Für rotative Anwendungen hat der Kunde die Wahl zwischen RESM40-Ringen (A-Sektion) mit Konusmontage für hochpräzise Anwendungen oder dünnen -Ringen (B-Sektion) für Anwendungen mit geringer Trägheit. Das Winkelmesssystem eignet sich auch für Anwendungen, die große Durchgangsbohrungen erfordern. Zu den verfügbaren linearen Maßbandoptionen zählen das RTLC40, das in Führungsschienen (Fastrack) montiert wird, sowie das selbstklebende RTLC40-S. Beide ermöglichen eine zum Installationsuntergrund unabhängige Maßbandausdehnung und vereinfachen dadurch die Kompensation thermischer Fehler. Die Messsysteme sind außerdem mit der RKLC40-S-Maßverkörperung kompatibel, die flexibel ist und sich sowohl für lineare als auch rotative Anwendungen eignet. Das RKLC ist ein thermisch am Untergrund fixiertes Wegmesssystem, das so konzipiert ist, dass es das thermische Verhalten eines darunter liegenden Untergrunds mit hoher thermischer Masse übernimmt und so eine passive Kompensation thermischer Fehler ermöglicht. Es bietet die bewährte, robuste Ausführung in Edelstahl mit ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Lösungsmitteln sowie Aufrollbarkeit für eine einfache Aufbewahrung und Zuschnitt auf die gewünschte Länge. Bei Anwendungen mit besonders hoher Geschwindigkeit kann das Messsystem mit Wegmessgeschwindigkeiten von bis zu 24 m/s und Drehachsengeschwindigkeiten von bis zu 8800 min-1 (bei einer Auflösung von ≥1 µm) betrieben werden.

Wissenswertes zur Quantic-Messsystembaureihe

Quantic-Messsysteme gewährleisten eine sehr gute Bewegungssteuerung bei einer Vielzahl verschiedener Weg- und Winkelmessanwendungen durch die Minimierung von Positionsfehlern bei Maßbandverschmutzung und die Maximierung von Installations- und Betriebstoleranzen. Der Lesekopf des Systems ist entweder mit einem universellen digitalen Signalausgang erhältlich, der zusätzliche sperrige Interface-Einheiten überflüssig macht, oder mit einem analogen Signalausgang, der eine direkte Signalmanipulation innerhalb der Steuerung ermöglicht. Eine einfache Einrichtung und Kalibrierung ermöglicht das Advanced Diagnostic Tool (ADT), das sowohl die ADTi-100-Hardware als auch die ADT View-Softwarekomponenten umfasst. Das Diagnosewerkzeug bietet folgende Funktionen und Vorteile: Fernüberwachung; optische und akustische Anzeige der Signalstärke, Endschalter und Lesekopfneigung; Digitalanzeige der Lesekopfposition, Lissajous-Darstellung und die Möglichkeit, Daten in mehreren gängigen Dateiformaten zu speichern.

Renishaw-Messsysteme für große Werkstücke

Die Leseköpfe sind mit der bewährten Filteroptik des Herstellers ausgestattet, die den Durchschnitt vieler Teilungsperioden ermittelt und nicht-periodische Eigenschaften wie Schmutz herausfiltert. Messsignale werden durch eine Reihe von elektronischen Signalverarbeitungsalgorithmen wie Auto Gain Control (AGC), Auto Offset Control (AOC) und Auto Balance Control (ABC) weiter verbessert. Eine neue Detektorkonstruktion sorgt außerdem für eine zusätzliche Signalfilterung zur Eliminierung nicht-harmonischer Signalfrequenzen, sodass ein geringer zyklischer Fehler (SDE) und nur minimale Signalveränderungen bei Schmutz oder Verunreinigungen auf dem Maßband gewährleistet sind. Zu den verfügbaren linearen und rotativen Maßbandoptionen zählen das RTLC40, das in Führungsschienen montiert wird, sowie das selbstklebende RTLC40-S mit linearen Auflösungen bis 50 nm. Die rotative Maßverkörperung (RESM40) bietet eine große Auswahl an Größen (Ø 52 mm bis Ø 550 mm) und Winkelauflösungen bis 0,04 Winkelsekunden. Die Produktfamilie besitzt die CE-Kennzeichnung und wird von Renishaw unter Anwendung von Verfahren hergestellt, die einer strengen Qualitätskontrolle unterliegen und nach ISO 9001:2008 zertifiziert sind. Außerdem steht für die Messsystem-Baureihe – wie für alle Messsysteme des Herstellers – ein weltweiter Kundendienst zur Verfügung, der schnelle und kompetente Unterstützung bietet. (jg)

Mehr Informationen zu den Quantic-Messsystemen von Renishaw:
hier.pro/bcXOp

Kontakt:
Renishaw GmbH
Karl-Benz Straße 12
72124 Pliezhausen
Tel. +49 7127 981–0
germany@renishaw.com
www.renishaw.de

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