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Folie 1
Mit höherer Genauigkeit neue Wege beschreiten
• Dr. Torsten Becker • BOGEN Electronic GmbH
BOGEN electronic GmbH Potsdamer Str. 12-13 14163 Berlin Germany Tel +49 30 810002-0 Fax +49 30 810002-60 www.bogen-electronic.com [email protected]
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• Vorstellung der BOGEN electronic GmbH • Entwicklung zu höherer Genauigkeit • Trend 1: Closed-Loop • Trend 2: Absolutmessung • Trend 3: Energieeffizienz • Magnetisches Messen • BOGEN Lösungsportfolio • Anhang
Mit höherer Genauigkeit neue Wege beschreiten
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Genauigkeit, Auflösung und Wiederholgenauigkeit
• Genauigkeit: – Grad der Übereinstimmung
zwischen angezeigtem und richtigem Wert
• Auflösung – Der kleinste Bewegungsschritt,
der messbar ist • Präzision
– Früher: Wiederholgenauigkeit – Die maximalen Abweichungen
voneinander unabhängiger Ermittlungsergebnisse werden, wenn ein Prüfer ein festge-legtes Ermittlungsverfahren mehrfach unter vorgegebenen Bedingungen anwendet
Meßsystem
2 3
Auflösung
Zielposition Genauigkeit
Idealer Referenzmaßstab
4 1
-20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20
Angezeigter Wert
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Toleranzklasse IT01 für Nennmaß 100 mm bedeutet 1 µm Toleranzbreite
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Die Genauigkeitsanforderungen steigen
Ultrapräzisionsbearbeitung
Laser-Inferometer
Optische Strukturen
Magnetische Strukturen
Bearbeitung auf konventioneller Werkzeugmaschine
IT Toleranzfelder
Mikrometerschraube
Schieblehre Messmittel Werkstück
Maßstab
Mechanische Strukturen
Laserlicht
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Das Richtige
messen
Weniger
Aufwand zum
Messen
Richtig
messen
Neue Wege zu mehr Genauigkeit folgen drei Trends
1 Closed Loop
2 Absolutmessung 3
Energie- effizienz
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Messen, worauf es ankommt Semi Closed Loop Closed Loop
• Messen mit Drehencoder an Achse oder im Motor
• Position wird aus Achsdrehung abgeleitet
• Messen mit Wegencoder an Wirkstelle
• Position wird direkt bestimmt • Kraftfrei
• Messen mit Drehencoder mit Übersetzung
• Position wird aus Übersetzung abgeleitet
• Messen mit Drehencoder an Wirkstelle
• Position wird direkt bestimmt
1
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Beispiel: Lineare magnetische Messung Produktion Maßverkörperung
Erzeugen eines magnetischen Musters
Anwendung Auswerten des
magnetischen Musters
Definierte Länge • Verschleißfreies Lesen der Länge oder Position
• Schmutzunempflindlich • Im Nassraum der Maschine
Position 47,213
1
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• Außendurchmesser von 3 mm bis 2.100 mm
• Innendurchmesser von 150 mm bis 2.000 mm
• Auf der Flanke mit Durchmesser 3 mm bis 2.100 mm
• Anzahl Spuren – Eine Spur – Mehrere Spuren
• Direkt auf Welle, Nabe oder aufgepresstem Ring
Beispiel: Rotative magnetische Messung 1
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Closed Loop erfordert weniger Kompensationen und reduziert Ungenauigkeiten
Semi Closed Loop Closed Loop
• Temperatur • Durchhängen • Spiel • Spindelfehler
• Temperatur
Kompensationsnotwendigkeit
Kompensationsmöglichkeit
• Encoderfehler mit Multiturn
• Umkehrspiel • Verwindung
• Encoderfehler
1
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• Ausgangssituation – Optische Messung – Messung in der Mitte
• Auflösung bis 29 Bit = 6*10-7
• Genauigkeit ±8´´ pp bei Messdurchmesser 400 mm • Freier Innendurchmesser maximal 100 mm
• Eingesetzte Lösung – Magnetische Messung – Winkelauflösung ergibt sich aus dem Winkelelement am Umfang
• Durchmesser 400 mm • 0,5 µm Auflösung entspricht 0,00014° • Genauigkeit ±60´´ pp • Freier Innendurchmesser maximal 300 mm
– Messung am Umfang – Keine Verformungen zu berücksichtigen
Beispiel: Ringmessung
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2. Trend: Inkremental- durch Absolutmessung ersetzen
Inkremental Absolut
• Messen durch Zählen • Messen in Bezug auf
Referenz • Nach Ausschalten Rückkehr
zur Referenz
• Messen einer Information • Messen in Bezug zu einer
vercodeten Position • Erfordert nach Ausschalten
keine Referenzfahrt
2
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Welche Möglichkeiten gibt es zum Messen?
Einspurige, inkrementale Messung
Zweispurige, inkrementale Messung mit Referenzmarke
Vierspurig, absolute Messung 4 Bit Binärmuster
Vierspurig, absolute Messung 4 Bit Gray-Muster
2
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Alternative Möglichkeiten zum absoluten Messen
Zweispur-Nonius-Lösung
Inkrementalspur mit Zusatzspur Pseudorandomcode
Patentiertes Spezialmuster
2
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Die Signale werden durch Interpolation verfeinert
Aus sinusförmigen Signalverläufen können Zwischenwerte interpoliert werden • Bis zum Faktor 8000
2
Hall-Sensor
MR-Sensor
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• Nach ETH/IWF erzeugen energieeffiziente Maschinen weniger Abwärme und verbessern andere Eigenschaften – Höhere Präzision – Weniger Verschleiß – Bessere Arbeitsbedingungen
• Energieeffiziente Maschinen erfordern daher eine geänderte Thermokompensation
Energieeffizienz wirkt auf die Genauigkeit 3
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Hohe Kosten entstehen für teure Druckluftanteile 3
Quelle: ETH/IWF
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Magnetisches Messen reduziert den Druckluftbedarf
• Optisch
• Licht • Auswertung
• Kapselung • Pneumatik für
– Überdruck in Maßstab – Überdruck in Maschine
• Magnetisch
• Auswertung
• Geringe Kapselung • Keine Pneumatik
3
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Das Richtige
messen
Weniger
Aufwand zum
Messen
Richtig
messen
Neue Wege zur Genauigkeit haben drei Ziele
1 Closed Loop
2 Absolutmessung 3
Energie- effizienz
• Neue Messkonzepte können nur in neue Produktgenerationen integriert werden
• Es gibt derzeit interessante Alternativen zu den inkrementalen Messsystemen an Achsen
• Lineare magnetische Lösungen sind energieeffizienter als optische Messlösungen
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• Zählen auch Sie auf magnetische Produkte
• Vielen Dank
• Dr.-Ing. Torsten Becker Geschäftsführer BOGEN Electronic GmbH Potsdamer Str. 12-13 14163 Berlin Tel +49 30 810002-0 Email [email protected]
BOGEN produziert magnetische Produkte, die zählen
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Anhang
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Mehr Informationen: www.bogen-electronic.com
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• International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM), Document produced by Working Group 2 of the Joint Committee for Guides in Metrology (JCGM/WG 2).
• Internet: – Lukas Weiss: Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen,
http://www.iwf.mavt.ethz.ch/ConfiguratorJM/talks/Werkzeugma_132681778231640/iwf_inspire_ee_lw_2011_05_18_final.pdf
Quellen
