Lineartechnik Flexibles Messsystem auf Achse

Ein Gastbeitrag von Andrea Blos

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Zur Qualitätssicherung sind automatisierte, hochgenaue Messsysteme ein wichtiger Baustein. Für seine laserbasierten Systeme nutzt Mesacon nun Linearachsen mit Zahnriemenantrieb von Hiwin: Das vergrößert die Wartungsintervalle und reduziert den Aufwand bei der Konstruktion sowie das Gewicht.

Das laserbasierte Messsystem von Mesacon nutzt Linearachsen von Hiwin, um Dickenmessungen von Flachprodukten durchzuführen.
Das laserbasierte Messsystem von Mesacon nutzt Linearachsen von Hiwin, um Dickenmessungen von Flachprodukten durchzuführen.
(Bild: Hiwin )

Mit den Ansprüchen an Industrie 4.0 steigen zunehmend die Anforderungen an die Digitalisierung von Produktionsdaten und in diesem Zusammenhang auch an die Datendichte. Eine höhere Datendichte führt zu einem immer besseren Produktionsverständnis und damit zu einer höheren, dokumentierten Qualität – ein Schlüssel für die Wettbewerbsfähigkeit in vielen Herstellungsprozessen.

Vor allem in der Metall-, Kunststoff- und Textilindustrie spielt die Produktionsüberwachung, Qualitätssicherung und Maschinensteuerung mithilfe einer automatisierten Dickenmessung häufig eine wichtige Rolle.

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Hochgenaue Messsysteme als Plug-and-Play-Lösung

Auf dem Gebiet der berührungslosen Dickenmessung gehört die Firma Mesacon Messelektronik aus Dresden als Sondermaschinenbauer mit über 60 Jahren Erfahrung und Know-how zu den Marktführern bei den Messsystemherstellern. Weltweit überzeugen Mesacon-Anlagen durch hochgenaue Messungen, kurze Lieferzeiten und guten Service vor Ort.

„Unsere Messsysteme lassen sich einfach in nahezu jede Fertigungslinie integrieren“, so Alexander Rasch, Prokurist von Mesacon.

Insbesondere die hochgenauen, laserbasierten Messsysteme sind universell für viele Prozesslinien einsetzbar. Durch die wartungsarme und kompakte Bauweise können die Lasersysteme als Plug-and-Play-Lösung zur berührungslosen und legierungsunabhängigen Dickenmessung von Flachprodukten, wie Metallbändern oder Platten, Folien oder Kunststoff- und Textilbahnen, eingesetzt werden.

Das Messprinzip basiert auf zwei gegenüberliegend positionierten Laser-Abstandssensoren. Neben der hohen lokalen Auflösung und dem sehr kleinen Messfleck ist die damit verbundene Messwertaufnahme bis nah an den Randbereich des Messguts einer von vielen Vorteilen gegenüber alternativen Messverfahren.

Laserbasierte Messsysteme bieten eine effiziente und hochwertige Lösung, um der Produktion im Hinblick auf Qualität und Produktivität unter die Arme zu greifen. Martin Kuss, Vertriebsingenieur bei Mesacon: „Die Vorteile liegen unter anderem in der einfachen und kompakten Bauweise sowie den vergleichsweise geringen Anschaffungskosten und dem geringen Wartungsaufwand. Weiterhin entfallen Themen wie Strahlenschutz und Zulassungsgenehmigungen, die bei dem Betrieb und für den Umgang mit radiometrischen Messsystemen erforderlich sind.“

Genaues Messen in dynamischen Prozessen

Präzision und gleichbleibende Bewegungen sind für Messungen und deren Aussagekraft essenziell. „Bis vor etwa zehn Jahren sind unsere Messsysteme je nach Anwendung noch klassisch aus Komponenten mit Führungsschienen und einem Zahnstangenantrieb gebaut worden. Die Mechanik war damit sehr schwer und auch wartungsintensiv“, so Kuss. Die Umstellung auf eine Linearachse mit Zahnriemenantrieb hatte gleich mehrere Vorteile:

  • Der Antrieb und die Führung sind kompakt in einer Einheit vereint. Damit reduziert sich der Aufwand bei der Konstruktion und auch bei der Montage erheblich.
  • Ein weiterer Pluspunkt der Hiwin-Linearachsen: das Abdeckband und der integrierte Sperrluftanschluss, der einen geringen Überdruck in der Achse erzeugt. Die Komponenten sind so optimal vor Schmutzeintrag geschützt und die Wartungsintervalle können verlängert werden.

Mesacon verwendet unter anderem die HM- sowie HT- und HD-Linearachsen als Antrieb in ihren unterschiedlichen Messsystemen. Besonders in den laserbasierten Messsystemen können die Lineareinheiten mit ihren Vorteilen glänzen. Ihre Aufgabe ist es, den C-Bügel inklusive Sensorik so präzise und laufruhig wie möglich zu verfahren. „Hinzu kommt, dass die Lineareinheiten am Messsystem sehr platzsparend montiert werden können“, ergänzt Kuss.

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Dynamisch mit Riemenantrieb

Linearachsen mit Zahnriemenantrieb eignen sich für zahlreiche Aufgaben, deren Präzision nicht genauer als 0,1 Millimeter sein muss – beispielsweise als Positioniermodul oder in der Fördertechnik. Dafür punkten sie mit hoher Dynamik und erreichen hohe Geschwindigkeiten.

Bei Hiwin ist unter der Bezeichnung HM-B eine einzelne Achse erhältlich. Die Lineartische HT-B sind mit einer integrierten Doppelführung ausgestattet. Außerdem sind die Doppelachsen HD verfügbar: Sie bestehen aus zwei Riemenachsen der Baureihe HM-B, die über eine Synchronwelle miteinander verbunden sind. Der Hub sowie der Abstand zwischen beiden Achsen ist in Millimeterschritten frei wählbar. Diese Doppelachsen eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen eine breite Anschraubfläche sowie ein zusätzlicher Schlitten zur Abstützung in Y-Richtung oder als Basis für Mehrachssysteme erforderlich ist.

Das Messsystem zeichnet sich insbesondere durch sein Baukastenprinzip aus. Mithilfe der modularen Komponentenbauweise lassen sich Sensorik, Elektronik und vor allem die Mechanik kundenindividuell an jede Applikation anpassen. „Durch unser flexibles Baukastenprinzip muss auch die Linearachse – als zentrales Element der Mechanik – flexibel anpassbar sein.

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Mit Hiwin haben wir hierfür den richtigen Partner gefunden“, berichtet Martin Reger, Projektleiter bei Mesacon. „Durch das Hiwin-Baukastensystem lässt sich auch die Achse flexibel und individuell konfigurieren – ein Hub in Millimeterschritten, eine spezifische Schlittenlänge, die richtige Antriebsadaption oder ein Abdeckband sind im Handumdrehen konfiguriert. Das ist ein echter Vorteil.“

Verfahrgeschwindigkeit bestimmt die Messgenauigkeit mit

Mit einer Genauigkeit ab ± 1 Mikrometer erzielen laserbasierte Messsystem von Mesacon Messelektronik vergleichbare Präzision wie taktile und Röntgen-basierte Messgeräte. Grundlegend beruht bei allen laseroptischen Messsystemen das Messprinzip der Differenzmessung auf konstanten Abständen zwischen den Einzelsensoren.

Basierend auf dem Prinzip der Laserabstands- bzw. Differenzmessung wird je nach Anwendung das Laser-Triangulationsverfahren oder das konfokal-chromatische Messverfahren angewendet. Dabei misst ein in der Mechanik integriertes, sich gegenüberliegend platziertes Sensorpaar berührungslos von oben und unten gegen die Materialoberfläche.

Bei den Lasersystemen hat auch die Verfahrgeschwindigkeit einen wesentlichen Anteil an der Messgenauigkeit. „Richtig präzise Messungen erfolgen am besten mit etwa 100 Millimetern pro Sekunde. Hierbei können die meisten Messinformationen aufgenommen werden“, berichtet Martin Reger von Mesacon. „Wir haben auch Projekte mit Verfahrungen von 1 Meter pro Sekunde realisiert. Das ist aber schon sehr schnell, vor allem, wenn man bedenkt, was an Mechanik und damit an Gewicht dranhängt. Da müssen alle Komponenten perfekt aufeinander abgestimmt sein.“

Die in den Linearachsen verbauten Linearführungen mit Kugelkette sorgen auch bei hohen Geschwindigkeiten für einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf. Die ebenfalls aus dem Hause Hiwin kommenden Linearführungen haben deshalb auch einen essenziellen Anteil an der Richtigkeit der Messergebnisse.

Termintreue sorgt für Wettbewerbsvorteil

„Die kurze und termintreue Lieferzeit von Hiwin ermöglicht es uns, individuelle Kundenprojekte zügig zu realisieren. Das war und ist nach wie vor einer der großen Wettbewerbsvorteile von Hiwin. Die gute Zusammen- und Zuarbeit durch den Außendienst und der außerordentliche Service, auch durch die Auslegungs- und CAD-Tools auf der Website von Hiwin, sind nicht zu unterschätzen“, lobt Prokurist Rasch. „Mit dieser Unterstützung im Rücken können wir Anlagen schnell umkonfigurieren und passend auf jeden Kunden adaptieren.“ Dabei liefert Hiwin nicht nur Standardprodukte an den Messsystemhersteller, sondern auch kundespezifische Produkte.

Mit den jahrzehntelangen Erfahrungen im Bereich der berührungslosen Dickenmessung hat die Firma Mesacon Messelektronik ein System entwickelt, das trotz seiner Einfachheit mit hoher Präzision punktet. Zusammen mit den Linearachsen des Offenburger Antriebsspezialisten Hiwin liefert das Unternehmen gemeinsam nicht nur Standardlösungen, sondern auch kundenindividuelle Messsysteme.

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