Ziel der Entwicklung
Die immer weiter voranschreitende Automatisierung und Digitalisierung der industriellen Fertigung geht einher mit einem wachsenden Bedarf an leistungsfähigen und industrietauglichen Messsystemen. Messtechnische Größen müssen sicher und zuverlässig erfasst, verarbeitet und über entsprechend etablierte und standardisierte Schnittstellen dem Anwender oder direkt der Regelung von Maschinen, Anlagen und Geräten zur Verfügung gestellt werden. Die Messsysteme sollen hier verschiedenen Anforderungen entsprechen: Einerseits sollen diese unter industriellen Bedingungen klein, leicht, kostengünstig, störsicher und robust sein. Andererseits sollen sie sehr präzise sein, um die stetig steigenden Anforderungen an die Genauigkeit zu erfüllen. Derartig hohe Anforderungen kommen beispielweise aus den Bereich der Montage- und Prüfautomation für integrierte Handlings- und Robotersysteme. Die Messsysteme müssen in Echtzeit, auch bei hohen Geschwindigkeiten über 300 Millimeter pro Sekunde, Positionsänderungen erfassen und an die entsprechenden Schnittstellen weiterleiten können. Durch die Zeitersparnis bei den Positionswechseln sollen kürzere Durchlaufzeiten bei der Fertigung, Montage und Prüfung und somit eine schnellere Amortisation getätigter Investitionen erreicht werden. Die Zielstellung des Projektes war somit die Entwicklung eines hochdynamischen inkrementellen Wegmesssystems auf Basis des magnetoresistiven Messprinzips, bestehend aus den Komponenten der Sensorik, der Analog-Digital-Wandlung sowie der Datenverarbeitung und -übertragung. Die technischen Zielparameter betrafen insbesondere die Baugröße, das Gewicht, die Messunsicherheit in Abhängigkeit des Messbereichs, die interne und externe Datenrate sowie die Stromaufnahme. Um eine hohe Messgenauigkeit erreichen zu können, bestand als weiteres Ziel, einen neuartigen Auswertealgorithmus sowie ein für die Spezifik der Anordnung von Sensor und Maßstab angepasstes Korrekturverfahren zu entwickeln. Zur Umsetzung einer hohen Datenrate war der Einsatz eines leistungsfähigen Mikrocontrollers vorgesehen. Um das hochdynamische magnetoresistive Messsystem mit den angestrebten Zielparametern testen und verifizieren zu können, bestand die Notwendigkeit, ein speziell dafür ausgelegtes Prüfsystem zu entwickeln und hardwaremäßig umzusetzen.
Vorteile und Lösungen
Ausgehend von der Zielstellung erfolgte zuerst die Konzipierung des inkrementellen Wegmess- und Prüfsystems. Danach schloss sich die Schaltungs- und Layoutentwicklung des Messsystems unter Berücksichtigung der geometrischen Vorgaben für die Integration des Systems in Werkzeug- und Maschinenkomponenten an. Zur Inbetriebnahme des Messsystems waren die Firmware und neuartige Auswertealgorithmen zu entwickeln. Parallel zu diesen Arbeiten erfolgten das Design, die Konstruktion und die Realisierung des Prüfsystems für die systematischen Tests des magnetoresistiven Messsystems. Das Prüfsystem war so auszulegen, dass die Abhängigkeiten zwischen Messgeschwindigkeit, Messweg und Messunsicherheit systematisch erfasst und analysiert werden können. Die für das Prüfsystem notwendige steuerungstechnischen Entwicklungen erfolgten parallel zum Aufbau des Prüfsystems. Die systematischen Tests und die Validierung des Messsystems auf dem Prüfsystem bildeten den Abschluss der Entwicklungsarbeiten.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielmärkte für den Einsatz des entwickelnden hochdynamischen Weg- und Positionsmesssystems sind verschiedenste Bereiche der Industrie. Unter Berücksichtigung der weiter voranschreitenden Digitalisierung wird es in den verschiedenen Bereichen der Industrie zunehmend notwendig, Prozesse mit höchster Geschwindigkeit hinsichtlich des Weges und der Position messtechnisch in Echtzeit zu erfassen und diese für Steuerungs- und Regelungsabläufe direkt zu nutzen. Als Zielmärkte sind daher vor allem die Automatisierungstechnik für den Einsatz in Fertigungs- und Prüflinien, die Elektronikfertigung sowie die Robotertechnik für hochdynamische Anwendungen und deren direkte Integration in Maschinen für die Erhöhung der Flexibilität und Effektivität der Prozessabläufe zu nennen. Weitere Zielmärkte sind der Geräte- und Anlagenbau für die additive Fertigung wie auch der Maschinenbau und die Werkzeugindustrie.
