MS 14 Reihe. Offene Längenmesssysteme mit Einfeldabtastung

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1 MS 14 Reihe Offene Längenmesssysteme mit Einfeldabtastung

2 INHALTSVERZEICHNIS Funktionsbeschreibung, Vorteile MS 14 MO/MK Abmessungen, Zubehör Abtastprinzip, Schirm, Steckerbelegung Genauigkeit Ausgangssignale Produktübersicht MS 14 mit integrierter Anbaukontrolle Vertriebskontakte, Adressen MS 14 Technische Daten BEGRIFFSERKLÄRUNG Teilungsintervall Als Maßverkörperung dient eine hochgenaue Strichgitterteilung mit periodischer Anordnung von Strichen und Lücken. Ein Strich und eine Lücke werden zusammen als Teilungsintervall bezeichnet. Signalperiode Beim Abtasten der Strichgitterteilung werden sinusförmige Signale erzeugt, deren Periode einem Teilungsintervall entspricht. Interpolation Die sinusförmigen Messsignale werden je nach gewünschtem Unterteilungsfaktor n-fach unterteilt und von einer elektronischen Schaltung in Rechtecksignale umgewandelt. Messschritt Kleinster Zählschritt, der in Abhängigkeit von Teilungsintervall und Interpolationsfaktor im Anzeigegerät dargestellt werden kann. Referenzimpuls Referenzmarken dienen dazu, den Zählwert an einer bestimmten Position der Messstrecke eindeutig festzulegen. An dieser Position wird eine Signalspitze (Referenzimpuls) erzeugt. Ein Referenzimpuls wird beim Überfahren der Referenzmarke aus beiden Richtungen reproduzierbar auf einen Zählschritt genau ausgegeben. Störsignal Überwachung der Abtastsignale. Genauigkeit Entscheidendes Merkmal eines Messsystems, das durch Genauigkeitsklassen (z.b. ±5 µm/m) angegeben wird. Abbe Fehler Messabweichung bei seitlichem Versatz zwischen Längenmesssystem und Bearbeitungsebene. Gierwinkel, Nickwinkel, Rollwinkel, Verschiebung, Abstand Freiheitsgrade bei der Montage der Abtasteinheit. 02

3 ANFORDERUNGEN AN EIN OFFENES LÄNGENMESSSYSTEM? Große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung Signale alterungs- und temperaturstabil Hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit Einfache Montage durch große Montagetoleranzen Extrem kleine Bauform Die MS 14 Reihe erfüllt alle diese Anforderungen! Immer mehr Anwendungen erfordern den Einsatz von offenen Längenmesssystemen. Im Wesentlichen ist dies begründet durch die ständig steigenden Anforderungen des Marktes in Hinblick auf Verfahrgeschwindigkeit Betriebszyklen Mechanisches Umkehrspiel Forderung nach keinerlei Reibungskräften. Nur offene, berührungslose Messsysteme erfüllen alle diese Forderungen. Ebenfalls ist eindeutig ein Trend hin zu immer höheren Auflösungen zu verzeichnen. Speziell um die Interpolationsfehler möglichst gering zu halten, erfordert dies auch entsprechend kleine Teilungsperioden. Aus physikalischen Gründen haben kleine Teilungsperioden üblicherweise jedoch den Nachteil kleiner Abtastabstände und sehr geringer Montagetoleranzen. Ein weiteres Manko bei sehr vielen offenen Messsystemen ist die große Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung der Maßverkörperung, die natürlich aus prinzipiellen Gründen nicht immer gänzlich auszuschließen ist. Der Einsatz eines neuartigen Abtastprinzips gewährleistet eine hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit bis 10 m/s große Montagetoleranzen und eine große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. Referenzmarken, inkrementgenau reproduzierbar von beiden Verfahrrichtungen, stehen ebenfalls standardmäßig zur Verfügung. Ein breites Spektrum von im Abtastkopf integrierten Interpolationselektroniken ermöglicht Auflösungen von 2 µm bis 100 nm. Am Ausgang des Abtastkopfes stehen direkt Rechtecksignale zur Verfügung. Ebenfalls verfügbar ist eine Version mit sinusförmigen Ausgangssignalen 1Vss. Alle diese Vorteile konnten durch Einsatz modernster Technologien in ansprechend kleiner mechanischer Bauform realisiert werden. Mit der MS 14 Reihe ist es gelungen alle technischen Anforderungen bestmöglich zu erfüllen, ohne die o.a. Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Einfluss des Abstandes zwischen Abtastkopf und Stahlmaßband auf die Amplitude der Abtastsignale 03

4 ABTASTPRINZIP Das inkrementale Längenmessgerät MS 14 arbeitet mit einem abbildenden, photoelektrischen Messprinzip und Einfeldabtastung im Auflicht. Abtastprinzip Das geregelte Licht einer Infrarot-LED wird von einer Kondensorlinse parallel gerichtet und tritt durch das Gitter der Abtastplatte. Beim Auftreffen auf den Maßstab wird es reflektiert und erzeugt auf dem strukturierten Sensor eine periodische Intensitätsverteilung. Der Sensor erzeugt sinusförmige Signale höchster Güte, die sich gegen allfällige Verunreinigungen weitgehend unempfindlich zeigen. Die Regelung der LED stellt eine gleichbleibende Lichtleistung sicher, die sowohl bei Temperaturschwankungen als auch im Langzeitbetrieb Stabilität garantiert. Einfluss von Verschmutzungen auf die Qualität und Größe des Abtastsignals (vor Interpolation) Sauberes Stahlmaßband Optimale Bedingungen Verschmutztes Stahlmaßband Ungünstige Bedingungen Der Einsatz des neuen Abtastprinzips gewährleistet eine größtmögliche Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. SCHIRMVERBINDUNGEN, STECKERBELEGUNG Geschirmtes PUR-Kabel, Ø: 4,3 mm Biegeradius einmalig: > 10 mm, dauernd: > 20 mm Für Schleppketten geeignet Für den Einsatz unter Vakuumbedingungen ist ein geeignetes Kabel auf Anfrage ebenfalls verfügbar. Stecker LD15 15-polig Pin Sinusförmige Spannungssignale 1 Vss nc 0 V Sensor nc RI A2 A1 +5 V Sensor +5 V 0 V nc nc RI A2 A1 nc Rechtecksignale über Line Driver nc 0 V Sensor US RI T2 T1 +5 V Sensor +5 V 0 V nc nc RI T2 T1 nc - Sensor: Die Sensor-Pins sind im Steckergehäuse auf die jeweilige Spannungsversorgung gebrückt. PIN Belegung (Sicht auf die Stiftseite) 04

5 AUSGANGSSIGNALE Sinusförmige Spannungssignale 1 Vss (Darstellung in positiver Zählrichtung ) Zwei sinusförmige Spannungssignale A1 und A2 und ein Referenzimpuls (jeweils mit Invertierung). Spannungssignale (1 Vss) Spannungsversorgung: +5 V ±5%, max. 100 ma (ohne Last) Spursignale (Differenzspannung A1 zu A1 bzw. A2 zu A2): Signalamplitude 0,6 Vss bis 1,2 Vss; typisch 1 Vss (mit Abschlusswiderstand Zo = 120 Ω zwischen A1 zu A1 bzw. A2 zu A2) Referenzimpuls (Differenzspannung RI zu RI): Auswertbarer Teil der Signalspitze 0,2 bis 0,85 V; typisch 0,5 V (Nutzanteil) (mit Abschlusswiderstand Zo = 120 Ω zwischen RI zu RI) Vorteile: - Hohe Ausgangsfrequenzen auch bei großen Kabellängen Rechtecksignale (Darstellung in positiver Zählrichtung ) Über integrierte Interpolationsschaltkreise (5-, 10-, 20-, 25-, 50- oder 100fach Unterteilung) werden die Sinussignale in zwei um 90 phasenverschobene Rechtecksignale umgewandelt. Diese Signale sind nicht unterteilbar. Die Rechtecksignale werden über Line Driver RS 422 Standard im Gegentakt differential ausgegeben. Auf Wunsch auch ohne Gegentakt single ended möglich. Ein Mess-Schritt ist der Messweg, der dem Abstand zwischen zwei Flanken der beiden Rechtecksignale entspricht. Die Steuerungselektronik muss so ausgelegt sein, dass sie jede Flanke der Rechteckimpulse erfasst. Der Flankenabstand a min ist in den technischen Daten angegeben. Er bezieht sich auf eine Messung am Interpolator-Ausgang. Laufzeitunterschiede im Line Driver, Kabel und Line Receiver vermindern den Flankenabstand. Rechtecksignale differential Laufzeitunterschiede: Line Driver: max. 10 ns Kabel: 0,2 ns/m Line Receiver: max. 10 ns (bezogen auf die empfohlenen Line Receiver) Die Steuerungselektronik muss in der Lage sein, den entstehenden Flankenabstand verarbeiten zu können, um Zählfehler zu vermeiden. Beispiel: a min = 100 ns, 10 m Kabel 100 ns - 10 ns - 10 x 0,2 ns - 10 ns = 78 ns. Spannungsversorgung: +5 V ±5 %, max. 120 ma (ohne Last) Vorteile: - Störsichere Signale - Keine zusätzliche Unterteilungselektronik nötig Empfohlene Line Receiver Definition der positiven Zählrichtung 05

6 MS 14 MIT INTEGRIERTER ANBAUKONTROLLE Merkmale: Problemloser Anbau; es wird dazu kein Prüfgerät oder Oszilloskop benötigt Die Qualität der Abtastsignale wird über eine 3-farbige LED direkt am Gerät angezeigt Permanente Kontrolle der Abtastsignale über die gesamte Messlänge Funktionskontrolle des Referenzimpulses LED-Anzeige Abtastsignale Hauptspur Amplitudenbereich sin cos LED blinkt LED Farbe Anbau ist 1,35 V - 1,45 V 5x unzureichend 1,25 V - 1,35 V 4x unzureichend 1,15 V - 1,25 V 3x akzeptabel 1,05 V - 1,15 V 2x gut 0,95 V - 1,05 V 1x optimal Funktionskontrolle Referenzimpuls (RI) Beim Überfahren der Referenzmarke schaltet die LED kurze Zeit auf Blau bzw. Rot RI ist außer Toleranz RI ist in Toleranz Hinweis! Die Funktionsanzeige des Referenzmarkensignals wird bei höheren Verfahrgeschwindigkeiten abgeschaltet, um ein dauerndes Blinken zu vermeiden. Die Information zu den Inkrementalsignalen würde sonst nicht mehr dargestellt. 0,85 V - 0,95 V 2x gut 0,75 V - 0,85 V 3x akzeptabel 0,65 V - 0,75 V 4x unzureichend 0,55 V - 0,65 V 5x unzureichend 0,45 V - 0,55 V 6x unzureichend 0,35 V - 0,45 V 7x unzureichend < 0,35 V 8x unzureichend Hinweis: MS 14 in Rechteck-Ausführung hat keine Analogsignal-Umschaltung für eine zusätzliche Signalkontrolle mit externen Prüfgeräten 06

7 MS 14 TECHNISCHE DATEN Abtasteinheit: 40 µm Intervall Gerätetyp Zulässige Vibration: 150 m/s 2 (40 bis 2000 Hz) Zulässiger Schock: 750 m/s 2 (8 ms) Zulässige Temperatur: 20 C bis +70 C (bei Lagerung), 0 C bis +55 C (im Betrieb) RoHS-Konformität: Die Längenmesssysteme der MS 14 Reihe entsprechen den Vorgaben der RoHS-Richtlinie 2011/65/EU zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten Maßstabeinheit Ausgangssignale MS Vss Mess-Schritt [µm] je nach externer Unterteilung Integrierte Interpolation Max. Verfahrgeschwindigkeit [m/s] Max. Ausgangsfrequenz [khz] Flankenabstand amin MS fach 6,4 300 ns MS fach 3,2 300 ns MS ,5 20fach 2,4 200 ns MS ,4 25fach 1, ns MS ,2 50fach 1, ns MS ,1 100fach 0, ns Mechanische Merkmale der Maßstabeinheit Teilungsträger Stahl Teilungsintervall (T) 40 µm Genauigkeitsklassen ±5, ±15 µm/m Linearitätsabweichung ±3 µm/m Maximale Messlänge (ML) mm Referenzmarken (RI) Standard: 50 mm äquidistant an beliebiger Stelle, auf Anfrage Schema der Standard Referenzmarken 07

8 MS 14 MO/MK Version MO: Stahlmaßband lose Version MK: Stahlmaßband mit aufgezogenem Selbstklebeband Abmessungen, Anbautoleranzen: Masse (ca.): Version MO: 16 g/m Version MK: 17 g/m + 12 g (Abtasteinheit ohne Kabel) Bandanbauhilfe TMT 14 MK (optional) Zum sicheren und präzisen Aufbringen des Stahlmaßbandes. TMT 14 MK anstelle der Abtasteinheit MS 14 montieren Stahlmaßband (Version MK) einfädeln und die Bandlänge abfahren TMT 14 MK demontieren, Abtasteinheit MS 14 montieren 08

9 GENAUIGKEIT Die Genauigkeit der Längenmesssysteme ist in Klassen unterteilt und mit einer ± Toleranz in µm/m angegeben (z.b. ±5 µm/m). Die Toleranz bezieht sich auf einen beliebigen Meter innerhalb der Messlänge. Bei Messlängen bis 1000 mm bezieht sich diese Angabe auf die Messlänge. Um die Messgenauigkeit an der Maschine zu erreichen, ist es notwendig, das Messsystem möglichst nahe an der Bearbeitungsebene zu montieren und parallel zur Maschinenführung auszurichten. Beispiel einer typischen Messkurve des MS 14: 09

10 PRODUKTÜBERSICHT MS 2x Reihe Auflicht-Längenmesssystem mit integrierter Anbaukontrolle (nur bei Version MS 25, MS 26) Problemloser Anbau; ohne Prüfgerät oder Oszilloskop Direktanzeige der Qualität der Abtastsignale über eine 3-farbige LED Zwei voneinander getrennte Schaltsignale für individuelle Sonderfunktionen Referenzmarken-Position kundenseitig wählbar Große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung Hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit Integrierte Signalunterteilung: bis zu 100fach Max. Messlänge Glasmaßstab: 3140 mm Stahlmaßband: mm MS 30, MS 31 Reihe Auflicht-Längenmesssystem Zwei getrennte Schaltspuren für individuelle Sonderfunktion Referenzmarken-Position kundenseitig wählbar Kleine Bauform Einfache Montage durch große Anbautoleranzen Hohe zulässige Verfahrgeschwindigkeit Große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung Integrierte Signalunterteilung bis zu 100fach Max. Messlänge Glasmaßstab: 3140 mm Stahlmaßband: mm MS 45 Reihe Auflicht-Längenmesssystem mit integrierter Anbaukontrolle Problemloser Anbau; ohne Prüfgerät oder Oszilloskop Direktanzeige der Qualität der Abtastsignale über eine 3-farbige LED Kleine Bauform Einfache Montage durch große Anbautoleranzen Große Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung Hohe Verfahrgeschwindigkeit Integrierte Signalunterteilung: bis zu 100fach Max. Messlänge Stahlmaßband: mm MS 82 Reihe Interferentielles Auflicht-Längenmesssystem Zwei Schaltspuren für individuelle Sonderfunktionen Berührungslose Abtastung Hohe Verfahrgeschwindigkeit Kleine Bauform Maßverkörperung: Glasmaßstab oder ROBAX -Glaskeramik mit Phasengitterteilung Max. Messlänge Glasmaßstab: 3140 mm Glaskeramikmaßstab: 1540 mm MSR 40 Modulare Drehgeber mit Stahlmaßband verschiedene Ausführungen Vollkreis- oder Segmentausführung Teilungsintervall: 200 µm Genauigkeit der Teilung (gestreckt): ±30 µm/m Hohe zulässige Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit Integrierte Signalunterteilung: bis 100fach MSR 20 Segment-Ausführung Teilungsintervall: 40 µm Genauigkeit der Teilung (gestreckt): ±15 µm/m Hohe zulässige Umfangsgeschwindigkeit Integrierte Signalunterteilung: bis zu 100fach DG 118, DG 120 Drehgeber für den universellen Einsatz Standard Strichzahlen abgestuft von 100 bis 5400 UFC 430 USB-Interface-Modul USB-Interface nach Spez. 2.0 Encoder-Interface: Spannungs-Interface 1 Vss max. 200 khz oder TTL-Interface (RS 422 Line Driver) max. 500 khz Interpolation: 1- bis 400fach bei Ausgang von Mess- Systemen mit sinusförmigen Spannungssignalen (1Vss) oder 1-, 2- oder 4fach bei Mess-Systemen mit Rechtecksignalen über Line Driver Drei 15-polige Sub-D Buchsen für den Anschluss von inkrementalen Mess-Systemen 32 Bit Zähler mit Lade- und Latchregister IFC 430R Encoder-Interface-Karte PC-Einsteckkarte zur Erfassung und Auswertung von Encoder-Signalen mit 1fach, 2fach oder 4fach Auswertung Einspeicher-Logik der Zählerwerte Drei Zähler-Kanäle à 32-Bit mit je einem Lade- und zwei Latch-Register PC-Bus Flankenabstände bis 100 ns können erfasst werden Test- und Demo-Software mit Programmbeispielen 10

11 Bsp.: MSA 470 Bsp.: MSA 730 MSA 170 Reihe Extrem kleine Bauform Gekapseltes System Kugellagergeführte Abtastung Abstandskodierte RI-Marken Befestigung über Bohrungen an den Profilenden Max. Messlänge: 520 mm MSA 7 xx, MSA 8xx Reihe (kleiner Profilquerschnitt) MSA 4xx, MSA 5xx Reihe (großer Profilquerschnitt) Optimiertes thermisches Verhalten Anschlusskabel steckbar (optional) Gekapselte Systeme Abstandskodierte RI-Marken Befestigung über Bohrungen an den Profilenden oder Befestigung über Bohrungen im Maßstabprofil dadurch hohe Vibrationsfestigkeit Max. Messlänge: 3040 mm MSA 374 Reihe Mit integrierter Eigenführung Für den Einsatz an der Presse oder Biegemaschine Gekapseltes System Geschützte Kugellagerführung Frei positionierbare Schaltmagnete für Sonderfunktionen Abstandskodierte RI-Marken Befestigung der Maßstabeinheit über Bohrungen an den Profilenden Max. Messlänge: 1240 mm MSA 65x, MSA 35x Gekapselte Längenmesssysteme Zur Nachrüstung von Werkzeugmaschinen Große Anbautoleranzen Kugellagergeführte Abtastung Abstandskodierte RI-Marken Doppeldichtlippen für erhöhten Dichtheitsanspruch (nur MSA 352) Befestigung über Bohrungen an den Profilenden (MSA 650, MSA 35x) Befestigung über Bohrungen im Maßstabprofil dadurch hohe Vibrationsfestigkeit (MSA 651) Befestigung mit Anbauwinkel (MSA 35x) max. Messlängen: MSA 650: 1740 mm MSA 651: 2240 mm MSA 35x: 3040 mm DIT 10, DIT 30, DIT 48 Präzisions-Messtaster Universell einsetzbar Messhub: 10, 30, 48 mm Befestigung am Einspannschaft Befestigung über zwei Gewindebohrungen im Sockel (DIT 30, DIT 48) Pinolenbewegung per Drahtabheber Integrierter pneumatischer Abheber optional Ausführung mit Faltenbalg optional (DIT 30, DIT 48) Präzisionsteilungen Längsteilungen in Chrom auf Glas Längsteilungen auf Stahlband, Reflexionsmedium Gold oder polierte Stahloberfläche Kreisteilungen in Chrom auf Glas Strichplatten Antireflexschichten Andere Schichten Kabelsysteme Individuelles Kabeldesign Hybridkabel Kabelschlepp Systemlösungen 100 % Funktionsprüfung 11

12 VERTRIEBSKONTAKTE Österreich Stammsitz RSF Elektronik Ges.m.b.H. A-5121 Tarsdorf +43 (0) (0) internet: Frankreich HEIDENHAIN FRANCE sarl 2 Avenue de la Christallerie Sèvres info@heidenhain.fr Großbritannien HEIDENHAIN (GB) Ltd. 200 London Road Burgess Hill West Sussex RH15 9RD +44 (0) (0) sales@heidenhain.co.uk Italien HEIDENHAIN ITALIANA S.r.l. Via Asiago, Milano (MI) info@heidenhain.it Schweiz RSF Elektronik (Schweiz) AG Vieristrasse 14 CH-8603 Schwerzenbach info@rsf.ch internet: Slowenien RSF Elektronik prodaja, d.o.o. Jozeta Jame 14 SI-1210 Ljubljana +386 (0) (0) mail@rsf-elektronik.si China RSF Elektronik GmbH Tian Wei San Jie, Area A, Beijing Tianzhu Airport Industrial Zone Shunyi District Beijing P.R. China +86 (0) (0) cao.shizhi@rsf.cn internet: Korea HEIDENHAIN LTD. 202 Namsung Plaza, 9th Ace Techno Tower, 130, Digital-Ro, Geumcheon-Gu, Seoul, Korea (0) info@heidenhain.co.kr internet: USA HEIDENHAIN CORPORATION 333 East State Parkway Schaumburg, IL info@heidenhain.com internet: Ausgabe 12/2012 Art.Nr Dok.Nr. D A-01 Technische Änderungen vorbehalten! Ges.m.b.H. Elektronische Längenmessgeräte Digitale Positionsanzeigen Präzisionsteilungen Kabelsysteme Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001 DIN EN ISO A-5121 Tarsdorf +43 (0)6278 / FAX +43 (0)6278 / info@rsf.at internet: