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Elektronische Längenmesstechnik bei HAHN+KOLB

Elektronische Längenmesstechnik – Induktive und inkrementale Messtaster

Vom Einzelmessplatz bis zur Automation

Bei elektronischen Längenmesstastern handelt es sich um taktile Sensoren, die über eine angeschlossene Elektronik die Position des Messbolzens als Messwert ausgeben. Die mechanische Position bzw. Bewegung des Messbolzens wird dabei über ein induktives oder inkrementales Verfahren in ein elektrisches Signal mit spezifischen Eigenschaften umgewandelt, welches anschließend von der Elektronik ausgewertet und verarbeitet wird.

Das ermöglicht ein großes Anwendungsspektrum, beispielsweise als hochgenaue Alternative zur klassischen Messuhr, in Messvorrichtungen bis hin zur Integration in vollautomatischen Anlagen und Robotik-Systemen. Dabei sind hochgenaue Einzelmessungen, aber auch die Integration in SPS-Steuerungen und Maschinen möglich.

 

Allgemeine Vorteile induktiver und inkrementaler Messtaster:

  • Hohe Genauigkeiten
  • Langlebigkeit (die Mechanik ist für mehrere Millionen Messzyklen ausgelegt)
  • Kompakte, schlanke Bauweise mit geringen Querschnitten
  • Druckluft-Varianten sind prozesssicher in Automationen integrierbar


Unterscheidung zwischen Induktiven und Inkrementalen Messtastern

Induktive Messtaster
Induktive Messtaster

Induktive Messtaster besitzen im Inneren des Tasters einen Ferrit-Kern, der durch zwei Spulen läuft. Je nach Position des Messbolzens verändert sich auch die Position des Ferrit-Kerns zu den Spulen. Die Spulen sitzen wiederum in einer Brückenschaltung. Durch eine Positionsveränderung des Ferrit-Kerns verändert sich das Ausgangssignal der Brückenschaltung. Eine an den Taster angeschlossene Elektronik wertet das Signal aus und gibt den Messwert an.

Besondere Vorteile von induktiven Längenmesstastern:

  • Sehr hohe Genauigkeit um den elektronischen Nullpunkt: Die meisten Taster haben einen Grundfehler von ca. 0,3 µm. Hinzu kommt ein längenabhängiger, exponentiell größer werdender Fehler. Um den Nullpunkt herum liegt dieser Fehler im Hundertstel-µ-Bereich. Kleinste Veränderungen werden registriert und ausgegeben.
  • Sehr schnelle Messrate, sowohl elektronisch als auch mechanisch.

Erklärende technische Zeichnung

Inkrementalen Messtaster
Inkrementalen Messtaster

Im Inneren eines inkrementalen Tasters befindet sich ein Glas- oder hochglanzpolierter Metall-Maßstab, auf welchem die Inkrementale aufgebracht sind. Inkrementale sind mit gleichmäßigen Abständen aufgebrachte Markierungen, zumeist Striche oder Blöcke. Diese werden optisch abgetastet und elektronisch ausgewertet. Eine passende Elektronik gibt die Messwerte aus.

Besondere Vorteile von inkrementale Längenmesstaster:

  • Gleichbleibend hohe Genauigkeit über den gesamten Messweg: Induktive Messtaster sind um den Nullpunkt genauer, aber inkrementale Messtaster besitzen einen über den gesamten Messweg gleichbleibenden Fehler. Daher sind auch absolute Messungen gegen eine Bezugsebene möglich.
  • Große Messbereiche im Vergleich gegenüber induktiven Messtastern: Typischerweise haben die kleinsten inkrementalen Messtaster 12 mm Messweg. Auch größere Taster mit 30 mm, 60 mm oder mehr sind möglich.


Anwednungsbereiche induktiver und inkrementaler Messtaster

Grundsätzlich haben beide Messtastersysteme ähnliche Anwendungsbereiche und können überschneidend verwendet werden. Beide Verfahren bieten jedoch besondere Stärken und damit Vorteile in bestimmten Anwendungen. In umfangreicheren Systemen ist daher auch eine Kombination beider Messtastersysteme denkbar.

Messaufgabe Wichtige Eigenschaften Bevorzugtes System
Dynamische Messungen (Rundlauf, Ebenheit, Abfahren von Linearführungen, etc.) Geringer Messbereich, hohe Messrate Induktive Messtaster
Statische Vergleichsmessung Hohe bis sehr hohe Genauigkeit Beide Systeme (entscheidend sind die weiteren Anforderungen)
Absolute Messungen gegen eine Bezugsebene Großer Messbereich, hohe Messgenauigkeit über den gesamten Bereich Inkrementale Messtaster
In Messgeräten mit geringem Messbereich (z. B. OD-Messdorne, SUBITO) Geringer Messbereich, sehr hohe Genauigkeit Induktive Messtaster
In Messgeräten mit größeren Messbereichen (Längenmessbänke, Bügelmessschrauben mit Messuhrenaufnahme) Großer Messbereich, hohe Messgenauigkeit über den gesamten Bereich Inkrementale Messtaster
Messen von linearen Positionen (z. B. in X/Y-Kreuztischen, Führungsschlitten, etc.) Sehr großer Messbereich, gleichbleibende Messgenauigkeit über den gesamten Bereich Inkrementale Messtaster
Mehrstellenmessvorrichtung als Vergleichsmessung gegen Einstellmeister (z. B. rotationssymetrische Wellen) Geringer Messbereich, sehr hohe Genauigkeit, bei dynamischen Messungen zusätzlich hohe Messrate Induktive Messtaster

Die Messaufgaben in der Tabelle stellen nur eine unvollständige Übersicht dar. Für eine Beratung zu Ihrer spezifischen Messaufgabe wenden Sie sich gerne an unseren Fachverkauf. Wir beraten Sie gerne.

 

Unterschiede bei der Ruhe-Position

Messbolzenabhebung und -zustellung: Varianten und Anwendungen

Für die Abhebung und Zustellung des Messbolzens gibt es verschiedene Kombinationen, die je nach Anwendungsfall ihre individuellen Vor- und Nachteile aufweisen. Daher ist es entscheidend, das Vorgehen passend zu den gegebenen Anforderungen zu wählen.

Hinweis: Für Vakuum und Druckluft wird weiteres Zubehör wie Luftanschlüsse, Vakuumpumpen, Luftschläuche, Druckluftfilter, Feinregelventile und Steuerventile benötigt. Um die Taster mit Druckluft zu betreiben, muss die Druckluft gereinigt und per Feinregelventil genau eingestellt werden. Ungereinigte Druckluft aus der Leitung beinhaltet Verschmutzungspartikel und Öl-Nebel, was zur Beschädigung der Taster führen kann. Zusätzlich muss die Druckluft per Feinregelventil auf 0,1 bar genau eingestellt werden, um die Taster nicht zu beschädigen und um die Messkraft konstant zu halten.

In der nachfolgenden Tabelle werden verschiedene Kombinationen und deren potenzielle Anwendungsfälle exemplarisch dargestellt:

Taster-Abhebung Taster-Zustellung Anwendung
Manuell Federkraft Alternative zu Messuhren/Feinzeiger, eingesteckt in Messgeräten wie Feinzeiger-Rachenlehren, OD-Messdornen.
Zur Messung von Linear-Führungen, Ebenheit, etc.
Vakuum Federkraft In Messstativen, kleinen manuellen Vorrichtungen, Rundlaufprüfgeräten.
Gleichzeitiges Abheben von mehreren Tastern.
Automatisch (durch Feder-Rückzug) Druckluft Prozesssicherheit in automatischen Anlagen/Vorrichtungen. Größere Vorrichtungen, viele Taster, gesteuertes Zustellen. Im Ruhezustand sind die Taster zurückgezogen und weg vom Bauteil. Dadurch gibt es keinen Crash bei Druckluft-Ausfall.
Druckluft Federkraft Kleine manuellen Vorrichtungen, Gleichzeitiges Abheben von mehreren Tastern. Nur FMS-Taster im Anwendungsbeispiel II.

 

Anwendungsbild Längenmesstechnik

Elektronische Abgleiche

Sowohl induktive als auch inkrementale Längenmesstaster haben, je nach Hersteller, unterschiedliche elektronische Abgleiche. Im Bereich der induktiven Längenmesstaster ist der TESA-Abgleich mit Nennempfindlichkeit 73,75 mV/V/mm am Weitesten verbreitet. Andere Hersteller, wie bspw. MAHR, verwenden einen anderen Abgleich. Bei den inkrementalen Längenmesstastern ist der HEIDENHAIN-Abgleich mit 1 Vss weitverbreitet.

Taster und Elektronik müssen den gleichen Abgleich besitzen, ansonsten kommt es zu Fehlern. Hierbei ist höchste Vorsicht geboten, da die einzelnen Hersteller auch Taster und Elektroniken mit anderen Abgleichen anbieten.

 

Steuerungstechnik

In der elektronischen Längenmesstechnik darf selbstverständlich die richtige Steuerungstechnik nicht zu kurz kommen. Schon kleinste Zeiteinheiten können entscheidend sein. Ein Umweg über eine Auswerte-Elektronik und die Übergabe in die Steuerung kann unter Umständen bereits zu langsam sein. Erfahren Sie mehr zur Bedeutung der geeigneten Steuerungselektronik.

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Elektronische Anzeigen: Überblick über die verschiedenen Geräte

Elektronische Anzeigen eignen sich zum Anschluss und Auswertung eines oder weniger Messtaster. Die Messwerte werden direkt auf dem Display angezeigt. Daher eignen sich die Geräte ideal für kleinere, manuelle oder halbmanuelle Einzelanwendungen. Bei Anzeigegeräten, an denen mehr als ein Taster angeschlossen werden kann, können die Taster miteinander verrechnet werden.

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Falls Sie eine spezifische Frage zu den elektronischen Längenmesstastern haben oder eine persönliche Beratung wünschen, können Sie sich gerne jederzeit an uns wenden.

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