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AMO / Bihler

Präzision in der Positioniertechnik: Hart im Nehmen und sehr genau

| Autor/ Redakteur: Engelbert Hager / M.A. Frauke Finus

Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung müssen präzise arbeiten. Die österreichische AMO Automatisierung Messtechnik Optik GmbH entwickelt und fertigt hochgenaue Längen- und Winkelmessgeräte für Anwendungen in diesem Bereich.

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Der Winkelmessring WMR 100 von AMO bietet eine Teilungsperiode von 1000 μm und Teilungsgenauigkeiten von +/- 10 μm, 5 μm oder +/- 3 μm
Der Winkelmessring WMR 100 von AMO bietet eine Teilungsperiode von 1000 μm und Teilungsgenauigkeiten von +/- 10 μm, 5 μm oder +/- 3 μm
(Bild: AMO)

Mit etwa 80 Milliarden Euro Jahresumsatz ist die metallverarbeitende Industrie einer der größten Wirtschaftszweige in Deutschland – und einer der vielfältigsten: Die Unternehmen der Branche produzieren als Zulieferer für Automobilhersteller ebenso wie für die Elektro- und Bauindustrie, den Maschinenbau oder den Handel. Ihre Anforderungen an die Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren, die sie einsetzen, sind hoch.

Sie sollen nicht nur kurze Taktzeiten gewährleisten, sondern auch mit höchster Präzision arbeiten. Der Grund dafür sind immer strengere Vorgaben der Abnehmer im Hinblick auf die Lieferzeiten und die Qualität der Halbzeuge. So fordert die Automobilindustrie von ihren Zulieferern besonders leichte Bauteile, um den Spritverbrauch der Fahrzeuge zu minimieren. Das Gewicht der Teile hängt jedoch eng mit der Genauigkeit ihres Zuschnittes zusammen. Damit die Werkzeugmaschinen der Metallverarbeiter so präzise wie gewünscht arbeiten können, müssen sie mit hochwertiger Messtechnik ausgestattet sein. Diese Messgeräte sollten nicht nur äußerst genau, sondern auch ziemlich robust sein, da sie oft in sehr rauen Umgebungen zum Einsatz kommen.

Hochgenau und bestens geschützt vor äußeren Einflüssen

Ein Spezialist für die Entwicklung und Fertigung solcher hochgenauen Messgeräte ist die AMO GmbH aus Österreich. Hier wurde das patentierte induktive Amosin-Messsystem erfunden, das auf dem induktiven Abtastprinzip beruht. AMO bietet sowohl Längen- als auch Winkelmessgeräte basierend auf dieser Technologie an, die durch ihren kompakten Aufbau zahlreiche Vorteile bietet. Da die gesamte Auswerteelektronik und Sensorik des Gebers bereits im Gehäuse integriert ist, erfordert der Einbau der Geräte kaum Platz. Dank der Verkapselung sind außerdem Elektronik und Sensorik gegen äußere Einflüsse wie Staub, Schmutz oder Spritzwasser geschützt. Das Amosin-System besteht im Wesentlichen aus einer planaren Spulenstruktur im Messkopf und einer Maßverkörperung (Maßband). Die Spulenstruktur wird auf einem Substrat in Mikro-Multilayer-Technik gefertigt. Dabei sind die einzelnen Hauptelemente mit Primär- und Sekundärspulen in Messrichtung gestreckt. Die Maßverkörperung basiert auf einem Edelstahlband mit einer hochgenauen, fotolithografisch geätzten periodischen Teilung. 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).

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Die ausgezeichnete Signalgüte und Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen führt dazu, dass nach der Signalkonditionierung in der Auswertelektronik Abweichungen von nur 0,1 % der Ideal-Sinusform (Oberwellenanteil) bleiben. Mit der 2015 neuentwickelten Elektronik für die Abtastköpfe hat AMO die bisher schon sehr geringe Positionsabweichung noch weiter reduziert, auf unter 0,3 μm innerhalb einer Signalperiode. Darüber hinaus verfügen die Sensoren jetzt über die absoluten Schnittstellen EnDat 2.2 und Mitsubishi und die inkrementellen Schnittstellen (1Vpp bis zu 10/ μm, TTL bis zu 0,05 μm). Auch die Laufruhe bei Direktantrieben hat sich durch die weiter optimierte Signalqualität der Längen- und Winkelmessgeräte verbessert. Ein drastisch reduziertes Signalrauschen aufgrund optimierter, automatischer Signalkompensation (Amplitude, Offset und Phase) sorgt für eine höhere Regeldynamik der Messgeräte. Zudem sind mit der neuen Generation höhere Auflösungen von bis zu 0,05 µm bis zur maximalen Drehzahl von bis zu 26.000 U/min realisierbar.

Mehr Präzision für Pick-and-Place-Module

Schon vor der Weiterentwicklung der Elektronik überzeugte die hohe Präzision der AMO-Messgeräte unter anderem die Firma Bihler, einem mittelständischen Familienunternehmen mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Stanzbiege-, Schweiß- und Montagetechnik. Bei Bihler kommt alles aus einer Hand: von leistungsstarken Maschinensystemen über flexibel einsetzbare Prozessmodule und Peripheriegeräte, intelligente Steuerungstechnik, erstklassige Werkzeuge bis hin zur kompletten Automatisierungslösung. Mit der Entwicklung seiner Pick-and-Place-Module ist Bihler auf die absoluten Längenmessgeräte von AMO aufmerksam geworden. Die Anwendung stellte hohe Anforderungen an die Präzision des Systems, da nicht nur extrem kurze Zykluszeiten, sondern auch höchste Positionier- beziehungsweise Wiederholgenauigkeiten erreicht werden sollten. Darüber hinaus sollte die verbaute Messtechnik resistent gegen Erschütterungen sowie Öle oder Fette in der Maschine sein. Ein weiteres wichtiges Kriterium, das es zu erfüllen galt, war eine hohe Ausfallsicherheit, um Anlagenstillstände zu minimieren.

Schlussendlich fiel die Entscheidung des Maschinenbauers auf ein Messgerät von AMO zur Positionserfassung: Das System beinhaltet den Abtastkopf LMKA 11100 und das Maßband LMBA-1110.2 mit einer Genauigkeit von +/- 5µm/m. Der große Vorteil des Systems ist der robuste Aufbau und die Unempfindlichkeit gegenüber Staub, Kühlschmiermittel und Öl. Es entspricht nicht nur der Schutzart IP67, auch gegenüber Magnetismus ist die Technik absolut unempfindlich.

Da sich die Maschinen von Bihler aus einem individuellen Baukastensystem zusammensetzen, wird das absolute Längenmesssystem von AMO heute nicht mehr nur bei Pick-and-Place-Anwendungen, sondern in verschiedensten standardisierten Prozessmodulen zur absoluten Positionsangabe eingesetzt, beispielsweise in den Schlittenaggregaten NCA-5 und NCA-7, die auf Servo-Stanzbiegeautomaten zum Einsatz kommen, in einem Materialeinzug mit Linearmotor, der auf der Siemens-Schweißstraße Bimeric BW 4500 eingesetzt wird, sowie zur Steuerung werkzeugbezogener Längsbewegungen einer Maschine.

Ideal für Anwendungen mit langen Verfahrwegen

Ein weiteres vielfach bewährtes Längenmessgerät aus dem Hause AMO ist das LMI-310. Dieses besteht aus einer Stahl-Führungsschiene in Einzelstücken mit bis zu 4 m Länge, die insgesamt zu über 30 m langen Messgeräten zusammensetzbar sind. An der Oberseite der Schienenstücke befindet sich jeweils eine Nut, in die nach der Montage ein durchgehendes Maßband eingelegt wird. Ein Abdeckband aus Federstahl, das auf der Oberseite der Schiene einschnappt, verschließt diese Nut sicher. Neben der sicheren Befestigung gewährleistet diese Montageart auch eine wiederholte, einfache Montage und Demontage. Dies ist besonders in großen Maschinen wichtig, die zur Auslieferung nach der ersten Inbetriebnahme wieder auseinander gebaut werden. Das LMI-310 hatte AMO ursprünglich für Anwendungen mit sehr langen Verfahrwegen konzipiert. Deshalb ist es standardmäßig einfach erweiterbar und leicht zu montieren.

Die Montageelemente gleichen außerdem Toleranzen und Parallelitätsfehler aus, die durch den Anbau entstehen. Sie bieten eine steife Ankopplung der Messgeräte in Längsrichtung. Der Abtastkopf, ausgeführt in Schutzart IP67, befindet sich im Messwagen, der ihn über die Führung bewegt. Messkopf und Führungselemente sind gleichermaßen durch Abstreifer geschützt. Durch die induktive Abtastung und die hochwertige Auswerteelektronik im Messwagen gibt das LMI-310 in Echtzeit und hysteresefrei entweder ein sinusförmiges 1Vss-Signal mit einer Signalperiode von 20 µm oder ein TTL-Signal mit einer Auflösung von bis zu 0,1 µm aus. Die Referenzmarken sind bereits im Maßband integriert und können einzeln, mehrfach oder auch abstandskodiert ausgeführt werden.

Wer schon AMO-Messgeräte verwendet, kann diese übrigens leicht nachrüsten: Das mechanische Design der Geräte ist gleichgeblieben.

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