Positionserfassung: Unter der Abdeckung befindet sich der stationär angebrachte Lesekopf (Bildmitte

Positionserfassung: Unter der Abdeckung befindet sich der stationär angebrachte Lesekopf (Bildmitte links). Er erfasst berührungslos über den codierten Maßkörper die Position der Achse.

Messen muss nicht teuer sein. Magnetband-Längenmesssysteme arbeiten nicht nur präzise und verschleißfrei, sie lassen sich auch auf die Länge zuschneiden. Und sie widerstehen rauen Umgebungen.

Glasmaßstäbe bieten zwar eine hohe Genauigkeit, sind aber auch mit zunehmender Länge überproportional teuer“, schildert Andreas Schnöll, Hardware-Entwickler des Salzburger Werkzeugmaschinenspezialisten Emco Maier das Dilemma. Doch das Unternehmen hat eine Alternative gefunden, die beweist, dass Messen zwar teuer sein kann, aber nicht muss: Es setzt in seinen Universalfräsmaschinen Emcomat FB-450 L und FB-600 L zur Positionsüberwachung der x-, y- und z-Achsen Magnetband-Längenmesssysteme ein.

Positionserfassung: Unter der Abdeckung befindet sich der stationär angebrachte Lesekopf. Er erfasst berührungslos über den codierten Maßkörper die Position der Achse.

„Sie bieten mit einer Auflösung von ein bis zehn Mikrometer eine vollkommen ausreichende Genauigkeit, kosten allerdings nur einen Bruchteil im Vergleich zu Glasmaßstäben“, sagt Schnöll. Grund genug also, die Alternative näher unter die Lupe zu nehmen: Mit den BML-Wegsensoren von Balluff setzt der Werkzeugmaschinenspezialist auf ein robustes, sehr genaues und schnell arbeitendes Messsystem. Es besteht aus einem Sensorkopf und einem magnetisch codierten Magnetband-Maßkörper. Da die komplette Elektronik in das Metallgehäuse des Sensors integriert ist, findet das System auch in kleinen Einbauräumen Platz.

Präzise im Messen, hart im Nehmen

Für die Messung gleitet der Sensorkopf im Abstand von bis zu 0,35 mm über einen Maßkörper, ein Kunststoffband mit alternierenden magnetischen Nord- und Südpolen aus synthetisch gebundenem, ferritischem Material. Durch Zählen der magnetischen Perioden, die je nach Sensorausführung als analoges Sinussignal oder als digitales RS-422-Rechtecksignal ausgegeben werden, lässt sich eine präzise Aussage über den zurückgelegten Weg treffen.

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Da das Messsystem magnetisch arbeitet, ist es im Gegensatz zu optischen Systemen sehr unempfindlich gegenüber Verschmutzungen, wie durch Öl oder Staub, was es für den Einsatz in rauer, staubiger Industrieumgebung geradezu prädestiniert. Die Auflösung ist frei konfigurierbar und erstreckt sich bis zu 1 µm. Dabei werden Genauigkeitsklassen von ± 10 bis ± 20 µm erreicht und dies bei einer erlaubten Verfahrgeschwindigkeit von bis zu 10 m/s, die jedoch die Anforderungen der Drehmaschine von fünf Metern pro Minute bei Weitem übertrifft. Trotz der sehr hohen Geschwindigkeit sind Abstände über 0,35 mm – circa 30 Prozent der Polbreite – zwischen dem Sensorkopf und dem Maßkörper zulässig. Der gemessene Positionswert steht dann in Bruchteilen von Mikrosekunden, also in Echtzeit, der Steuerung zur Verfügung.

Exaktes Positionieren

Um die Weginformation aufzunehmen, wird der Sensorkopf berührungslos über den Maßkörper geführt.

Aber nicht nur das Magnetband-Längenmesssystem, sondern auch ihr Wirkungsort arbeitet anspruchsvoll: Die beiden konventionellen Universalfräsmaschinen Emcomat FB-450 L und Emcomat FB-600 L zeichnen sich durch vielfältige Einsatzmöglichkeiten und eine hohe Bedienungsfreundlichkeit aus. Der Anwender bekommt für sein Geld jeweils eine leistungsfähige und robuste Anlage mit 10 kW-Hauptmotor mit hoher Dynamik und Präzision. Ihren Einsatz finden die Anlagen sowohl bei der Einzel- oder Kleinserienfertigung als auch bei der Fertigung einfacher oder komplexer Werkstücke. Diese bewährten Maschinen werden gerne in der Ausbildung eingesetzt, denn sie verfügen als eine der wenigen am Markt für diesen Zweck zusätzlich zu ihrer konventionellen Ausstattung noch über besondere Merkmale wie beispielsweise Handräder. Für das exakte Positionieren der Achsen und für höhere Eilgänge sind die Maschinen mit einer Kugelumlaufspindel und Linearführungen sowie für die Positionserfassung in allen drei Achsen mit Balluff Magnetband-Längenmesssystemen BML ausgestattet. Nach unten schwenkbare Späneschutztüren ermöglichen ein sauberes und sicheres Arbeiten sowie einen uneingeschränkten Zugang zum Werkstück. Vom Einsatz der BML-Systeme profitiert die Werkzeugmaschine in vielerlei Hinsicht. Die hohe Linearität und eine Auflösung von bis zu 1 µm bei einer Systemgenauigkeit von bis zu ±10 µm gewährleisten eine hohe Laufruhe im Antrieb.

Who is who

Balluff: Sensortechnikspezialist aus Neuhausen
Das 1921 gegründete und seit vier Generationen familiengeführte Unternehmen Balluff verfügt über 2200 Mitarbeiter, sowie über Produktions- und Entwicklungsstandorte, Niederlassungen und Repräsentanzen rund um den ganzen Globus.
Balluff bietet ein Komplettangebot an hochwertigen Sensoren, Wegmess- und Identifikationssystemen sowie Networking- und Connectivitylösungen für alle Bereiche der Fabrikautomation.
Gefertigt wird nicht nur im Stammhaus in Neuhausen a. d. Fildern in der Nähe von Stuttgart, sondern auch in sechs weiteren modernen Produktionsstätten in Ungarn, der Schweiz, den USA, Brasilien und China.

Berührungsloses Zählen magnetischer Perioden

Andreas Schnöll

Andreas Schnöll ist von Magnetbandmesssystemen überzeugt: „Sie bieten mit einer Auflösung von ein bis zehn Mikrometer eine vollkommen ausreichende Genauigkeit, kosten allerdings nur einen Bruchteil im Vergleich zu Glasmaßstäben“, sagt er.

Doch wie arbeitet das Balluff-Messsystem in den Universalfräsmaschinen? Das funktioniert so: Um die Weginformation aufzunehmen, wird der Sensorkopf berührungslos über den Maßkörper geführt. Diese Magnetbänder sind bei den Balluff-Systemen BML durchmagnetisiert und bieten ein absolut homogenes Magnetfeld. Durch Zählen der magnetischen Perioden lässt sich eine präzise Aussage über den zurückgelegten Weg treffen. Im Sensorkopf befinden sich dazu zwei Magnetfeldsensoren einschließlich der kompletten Elektronik. Damit die Wegstrecke auch richtungsabhängig gemessen werden kann, sind beide Magnetfeldsensoren so angeordnet, dass sie bei ihrer gemeinsamen Bewegung entlang der Messtrecke versetzte Signale ausgeben. Üblicherweise werden sie dazu im Abstand von einer halben oder eineinhalb Magnetfeldperioden zueinander im Sensorkopf angeordnet. Um eine Auflösung des Messsystems bis in den Mikrometerbereich zu erreichen, ist eine genaue Bestimmung der aktuellen Position innerhalb der magnetischen Periode notwendig. Diese Aufgabe übernimmt ein in den Sensorkopf integrierter Interpolator.

Bei Bedarf auf die Länge zuschneiden

Übrigens bieten Magnetband-Längenmesssysteme einen weiteren besonderen Vorteil: Während Glasmaßstäbe immer für die entsprechende Applikation bereits fertig vorkonfektioniert mit der richtigen Länge eingekauft werden müssen, kann das Magnetband auf Rolle gekauft und spontan bei Bedarf auf die richtige Länge zugeschnitten werden. Interessant ist dies auch deshalb, weil sich die Länge der Messstrecken nicht nur bei den Maschinen untereinander, sondern auch noch zwischen den jeweiligen x-, y, und z-Achsen in ihrer Länge unterscheiden. Magnetbänder bieten hier mehr Flexibilität und helfen darüber hinaus auch noch die Lagerhaltung zu vereinfachen.

Who is who

Emco-Group: ein Werkzeugmaschinenverbund
Die Salzburger Emco-Group, ein Verbund europäischer Anbieter aus der Werkzeugmaschinenbranche, entwickelt und produziert mit über 630 Mitarbeitern High-Tech-Produktionslösungen für die zerspanende Industrie.
Das Spektrum reicht von konventionellen Dreh- und Fräsmaschinen über CNC-Fräsmaschinen, CNC-Drehzentren bis hin zu Hochgeschwindigkeitsfräszentren.
Headquarter und zentraler Produktionsstandort der Emco-Group mit den Firmen Emco, Famup, Mecof und Magdeburg ist Hallein bei Salzburg. Darüber hinaus gibt es noch Produktionsstandorte in Deutschland und Italien sowie eigene Vertriebsniederlassungen in Deutschland, Italien, Tschechien, den USA und Taiwan.

Universalfräsmaschine FB-450 L

Wegen ihrer Ausstattung auch beliebt für den Einsatz in der Ausbildung: Die Universalfräsmaschine FB-450 L kurz vor dem Versand zum Kunden.

Und nicht nur das. Berührungslos und damit verschleißfrei arbeitend verfügen die Magnetband-Längenmesssysteme über eine nahezu unbegrenzte Lebenserwartung. „Wird das System nicht mutwillig beschädigt, hält es ein Maschinenleben lang“, weiß Schnöll zu berichten. Die Montage ist einfach. Nach dem Zuschneiden auf die richtige Länge kleben die Maschinenbauer von Emco das Band auf den jeweiligen Achsen in eine vorgefräste Nut. Anschließend muss man es lediglich noch mit einem Stahlband abdecken, um es vor Beschädigung zu schützen und die Enden mechanisch zu fixieren.

Optional ist das inkrementelle System auch mit Referenzimpuls erhältlich. Dann ist der Maßkörper in zwei Spuren, die Inkremental- und die Referenzspur geteilt, die jedoch einen eigenen Sensor im Sensorkopf erfordert. Beim Einschalten des Messsystems muss dann eine Referenzfahrt bis zum Referenzpunkt durchgeführt werden, was im schlimmsten Falle die gesamte Messlänge sein kann. Emco hat dafür eine andere Lösung. Hier wird ein eigener Nullpunkt auf der Achse, ein induktiver Näherungsschalter mit dem Motorgeber, angefahren, was eine Referenzspur auf dem Magnetband überflüssig macht. Eine weitere interessante Alternative dazu ist das neue, absolut arbeitende Magnetbandmesssystem BML-S1H. Da es immer die absolute Position ausgibt, erübrigt sich jegliche Referenzfahrt. Bleibt eigentlich nur noch eines zu erwähnen: Das Balluff-System verfügt derzeit über die wohl weltweit kleinste Bauform eines absoluten magnetischen Messsystems. aru

Autor: Dr. Detlef Zienert, Balluff