Messtaster / Taktile Sensoren
Ein langlebiger und ölbeständiger Kontakt-Wegmesssensor, der sicher in Umgebungen mit Wasser und Öl eingesetzt werden kann. Neben einer großen Auswahl an Messköpfen stehen zwei Erfassungsmethoden zur Verfügung: LVDT (linearer variabler Differentialtransformator) und das eigens von KEYENCE entwickelte Scale Shot System II.
Produktpalette
Um die Zerbrechlichkeit – ein häufiges Problem bei taktilen Wegmesssensoren – zu verringern, wurde die Bauform des Gehäuses für den hochpräzisen digitalen Messtaster der Modellreihe GT2 grundlegend überarbeitet. Die Bauform, einschließlich Relaisstecker und Kabel, gewährleistet stabile Messungen, sogar in Umgebungen mit Öl oder Spritzwasser. Darüber hinaus bedeutet das geringere Gewicht der Spindel minimalen Verschleiß durch Reibung und eine deutlich längere Lebensdauer. Es ist eine große Auswahl an Messköpfen erhältlich, darunter Zylinder-, Druckluft- und messobjektschonende Typen. Die Modellreihe GT2 bietet zwei Arten von Erkennungsmethoden: LVDT (linearer variabler Differentialtransformator) und Scale Shot System II, wodurch der Einsatz für verschiedene Anwendungen möglich ist. Das vielfältige Angebot an Kommunikationseinheiten ermöglicht die Kommunikation mit PCs und SPS-Systemen unterschiedlicher Hersteller.
Der digitale Allzweck-Messtaster der Modellreihe GT ist ein auf Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit ausgelegter taktiler Messtaster. Eine einfache Integration durch spezielle Montagehalterungen erlauben einen schnellen Wiederanlauf der Produktionslinie. Außerdem verfügt er über eine leicht ablesbare Anzeige und eine Selbstdiagnosefunktion zur Überprüfung auf bestimmte Bedingungen, wie eine eingeklemmte Spindel oder Kabeltrennung. Es gibt zwei Arten von Vorrichtungen für die Auswerteeinheit: DIN-Typ für Schienenmontage und Schalttafeltyp für Schalttafelmontage. Der Sensor kann sofort nach der Installation verwendet werden. Die leicht ablesbaren Anzeigen zeigen deutlich Bewertungsergebnisse und Fehler bei der Messung an, die ebenfalls über eine am Taster befindliche LED visualisiert werden.
Ein LVDT (linearer variabler Differentialtransformator) ist ein Gerät, das eine mechanische lineare Bewegung als Verschiebung erfasst und in elektrische Signale umwandelt. Auf dieser Methode basierende Kontakt-Wegmesssensoren erfassen Formänderungen des Messobjekts, indem sie diese in elektrische Signale umwandeln.
Ein Kontakt-Wegmesssensor vom Typ LVDT hat in der Mitte einen Kern und Spulen um den Kern herum. Die Spindel wird mit einem Federmechanismus gegen das Messobjekt gedrückt. Durch die Nutzung dieser Federkraft kann die Spindel entsprechend der Formänderung des Messobjekts auf und ab gleiten. Die Spule eines Kontakt-Wegmesssensors vom Typ LVDT erzeugt ein Magnetfeld, wenn ein Strom durch sie fließt. Wenn sich der Kern im Inneren der Spule bewegt, ändert sich die Impedanz der Spule entsprechend der Bewegung, was zu Änderungen des Ausgangssignalpegels führt. Die Bewegung des Kerns zeigt Veränderungen in der Form des Messobjekts. Folglich kann die Verschiebung anhand der Erkennung der Änderung des Ausgangssignalpegels gemessen werden.
Vorteile von Messtastern / Taktilen Sensoren
Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT haben einen kompakten Messkopf und tragen zur Vermeidung von Abtastfehlern und Fehlern aufgrund einer unbekannten Ausgangsposition bei. Frühere Modelle hatten Probleme mit Fehlern, die durch Temperaturänderungen oder durch die Kombination von Messkopf und Auswerteeinheit verursacht wurden Diese Probleme sind bei neueren Modellen behoben worden.
Dank der Verwendung einer stark verdichteten Spule konnte eine sehr kompakte Bauweise des Messkopfs gewählt werden. Der Relaisverstärker beinhaltet eine Schaltung mit optimierter Steuerung von Schlüsselkomponenten wie Spule, Kern und Sende-/Empfangsschaltungen auf engstem Raum. Eine individuelle Abstimmung entsprechend dem jeweiligen Status der Komponenten ermöglicht die Korrektur von Temperaturänderungen. Diese Funktionen zusammen mit dem LVDT-Prinzip ermöglichen Messungen ohne Abtastfehler oder Fehler durch unbekannte Ausgangsposition. Bei bisherigen Transformatormethoden wurde die Genauigkeit von Schwankungen beeinträchtigt, die durch die Anpassung von Auswerteeinheit und Messkopf oder Temperaturänderungen verursacht wurden. Diese Nachteile wurden in den letzten Jahren durch den Einsatz von Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT beseitigt.
Sie haben eine Schutzart, die einen Einsatz auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen ermöglicht. Jeder Abschnitt ist vollständig verkapselt, so dass der Sensor in der Nähe von Spritzwasser oder Staub eingesetzt werden kann. Dies gewährleistet genaue Messungen auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen in Fertigungsanlagen.
Allgemein entsprechen die Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT den Gehäuseschutzarten für Wasserbeständigkeit, einschließlich der Relaisanschlüsse und Kabel. Folglich kann der Messkopf fast überall installiert werden, sogar in Umgebungen mit Spritzwasser. Die Gehäuse sind in einem Stück gegossen und weisen somit eine nahtlose und vollständig verkapselte Bauweise auf, die eine hohe Haltbarkeit gewährleistet. Um den Einsatz bei ungünstigen Umgebungsbedingungen über lange Zeiträume hinweg zu gewährleisten, sind die Messköpfe anstatt mit Klebstoffen mit Dichtungen abgedichtet, die nicht im Laufe der Zeit altern. Für die Steckverbinder werden Kabel mit hoher Wasserbeständigkeit verwendet. Ein solcher Aufbau gewährleistet auch in Umgebungen mit Spritzwasser oder Staub genaue Messungen über einen langen Zeitraum.
Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT unterstützen viele wichtige Kommunikationsmethoden und können an PCs und SPSen angeschlossen werden. Dies ist nützlich, um mehrere Sensoren gemeinsam einzurichten oder Messergebnisse mehrerer Sensoren zu sammeln.
Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT können an wichtige Netzwerke wie EtherNet/IP®, DeviceNet®, CC-Link und EtherCAT® angeschlossen werden, so dass die Kommunikation mit SPSen und PCs verschiedener Hersteller aufgebaut werden kann. Sie entsprechen auch der Anforderung der Messwertaufzeichnung, die für die Rückverfolgbarkeit oder das „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) erforderlich ist. Darüber hinaus können pro Kommunikationseinheit die Daten von bis zu 15 angeschlossenen Einheiten gleichzeitig übertragen werden. Die Einstellungen können über ein Touch-Panel, einen PC oder eine SPS geändert werden, was die Einrichtungszeit erheblich verkürzt. Die vereinfachte Verkabelung erfordert lediglich ein Netzkabel und ein Datenübertragungskabel von der Haupteinheit.
Anwendungsbereiche von Messtastern / Taktilen Sensoren
Genauigkeitsprüfung und Spielmessung von Getriebebaugruppen
Zahnräder erfordern eine hohe Montagegenauigkeit, da sie starke Kräfte aufnehmen und sich sehr schnell drehen müssen. Die Abstände (Spalten) zwischen Zahnrädern und umgebenden Komponenten sollten ebenfalls streng kontrolliert werden. Eine Überprüfung nach dem Zusammenbau ist unerlässlich. Um Zahnräder herum gibt es viele Komponenten auf engem Raum, so dass die gleichzeitige Messung aller Spaltmaße die Installation von Sensoren mit einer ähnlichen Dichte erfordert. Da an solchen Orten oft Öle und Chemikalien eingesetzt werden, müssen die zu installierenden Sensoren eine ausreichende Beständigkeit gegen das Anhaften von spritzenden Ölen und Chemikalien aufweisen.
Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT können die Montagegenauigkeit von Zahnrädern und die Spaltmaße um sie herum mit hoher Genauigkeit in der Größenordnung von Mikrometern messen. Dank ihres schlanken, zylinderförmigen Gehäuses können mehrere Einheiten auf engem Raum installiert werden. Die Sensoren, einschließlich der Steckverbinder und Kabel, sind ebenfalls sehr beständig. Sogar in Umgebungen mit Spritzwasser oder Öl gibt es keine Bedenken wegen Korrosion oder Ausfällen, was die Wartungskosten und den Austauschaufwand erheblich reduziert.
Messung der Leiterplattenwölbung und der Höhe der montierten Bauteile
Manchmal sind die auf Leiterplatten montierten Bauteile aufgrund der Wölbung der Leiterplatte erhöht oder die Bauteile selbst sind verzogen. Außer durch fehlerhafte Bestückung kommt es zur Wölbung von Leiterplatten und Bauteilen auch aufgrund von Alterung im Laufe der Zeit. Da diese Bedingungen zu Kontaktausfall führen können, müssen die Wölbung der Leiterplatte und die Höhe der montierten Bauteile gemessen werden.
Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT können zur Höhenmessung bei der Chipmontage, zur Überprüfung der Montageausrichtung von Kondensatoren und zur Messung der Leiterplattenebenheit verwendet werden. Messobjektschonende Modelle können mit weniger Last messen. Die Messkraft von 0,1 N reduziert die auf die Produkte ausgeübte Belastung. Dies ermöglicht kostengünstige und hochgenaue Messungen ohne Beeinflussung durch die Oberflächenbeschaffenheit.
Messung bei beengten Platzverhältnissen
Wenn die Messobjekte und Kleinteile in unmittelbarer Nähe zueinander positioniert sind, reicht der Einbauraum für Sensoren anderer Typen nicht aus, so dass man einen Trick anwenden muss, wie z. B. die Aufteilung der Messung in mehrere Prozesse. Wenn eine Messung dann immer noch nicht möglich ist, muss der Überprüfungsprozess überarbeitet werden.
Die kompakte Bauweise von Kontakt-Wegmesssensoren/LVDT erlaubt jedoch die Installation mehrerer Messköpfe in unmittelbarer Nähe zueinander. Sie können auch in flexiblen Positionen messen, z. B. ein Messkopf, der innerhalb eines zylindrischen Teils installiert ist, um den Innendurchmesser zu messen. Die gleichzeitige Messung mehrerer Punkte ermöglicht die gleichzeitige Erfassung der Daten. Dies verbessert die Genauigkeit der Messdatenanalyse.
Häufig gestellte Fragen zu Messtastern / Taktilen Sensoren
Im Allgemeinen wird den Messtastern eine geringe Zuverlässigkeit nachgesagt, da sie häufig aufgrund von Verschleiß oder Beschädigungen im Gleitbereich ausfallen. Bei Messungen mit hoher Frequenz oder bei Messungen, die viele Gleitvorgänge erfordern, wird die Strapazierfähigkeit besonders wichtig.
Die Modellreihe GT2 verwendet lineare Kugellager mit hoher Steifigkeit in den Spindeln. Dadurch wurde eine lange Lebensdauer von 200 Millionen Zyklen erreicht. Die Spindel (Welle und Lager) besteht vollständig aus Edelstahl, wodurch Gewichtseinsparungen erreicht wurden. Damit ist es gelungen, den Verschleiß durch Reibung im Inneren der Spindel so stark wie möglich zu reduzieren, was zu einer deutlich längeren Lebensdauer führt. Die Verbindung zwischen dem Relaisstecker und der Messverstärkereinheit besteht aus einem flexiblen, frei zuschneidbaren Industrieroboterkabel, das beständig gegen ununterbrochene Biegebeanspruchung ist. Die Installation ist auch in Umgebungen möglich, in denen die Geräte kontinuierlich betrieben werden.
Das Verspritzen von Öl zur Unterdrückung von Reibung oder Temperaturanstieg aufgrund von Reibung ist an den Stellen von Schneid- oder Polierprozessen unvermeidlich. Bei den meisten Sensoren verhindert Öl nicht nur eine ordnungsgemäße Messung, sondern verursacht auch Fehlfunktionen.
Die Modellreihe GT2 erfüllt die Schutzart IP67G/NEMA Typ 13 sowohl für den Relaisstecker als auch für den Messkopf. Das Sensorkabel besteht aus Polyurethan, einem Material mit ausgezeichneter Ölbeständigkeit, um die Kabelkorrosion zu verringern. Das Gehäuse des Messtasters ist in einem Stück gegossen und weist somit eine nahtlose Bauweise auf. Die vollständig verkapselte Bauform verringert das Risiko des Eindringens von Wasser oder Öl.
Messtaster, die das LVDT-Verfahren (lineare variable Differentialtransformator-Methode) verwenden, haben Nachteile, wie z. B. eine abnehmende Genauigkeit in der Nähe des Spindelrandes; das Magnetfeld wird gleichmäßig um die Mitte angelegt, aber die Stabilität verschlechtert sich in den randnahen Bereichen, da das System auf Spulen basiert. Sensoren, die das Skalenverfahren (Impulszählung) verwenden, haben wiederum den Nachteil, dass bei abrupten Spindelbewegungen aufgrund von Vibrationen oder aus anderen Gründen die Reaktion des photoelektrischen Sensors verzögert sein kann und es somit zu Abtastfehlern kommt.
Das Scale Shot System II der Modellreihe GT2 ist jedoch eine Erkennungsmethode, bei der die Nachteile dieser beiden Methoden kein Thema mehr sind. Die Spindel wird mit Hilfe eines CMOS-Sensors für eine sehr schnelle Abtastung der Absolutwert-Glasskala mit Schlitzen mit komplexen Mustern, die je nach Position variieren, lokalisiert. Dadurch kann der Sensor sowohl Positionsinformationen erfassen als auch die Absolutposition ermitteln. Folglich ist keine Nullpunktanpassung erforderlich und es entstehen keine Abtastfehler. Darüber hinaus gewährleistet die Skalenmethode eine hohe Genauigkeit über den gesamten Messbereich.
Neun Sensortypen werden auf der Grundlage des Funktionsprinzips, der Bauform, der Eigenschaften und der Variationen beschrieben. Diese Website bietet grundlegende, für die Auswahl der optimalen Sensoren erforderliche Informationen. Hier erfahren Sie von Grund auf Wissenswertes über Sensoren.
Dieser Leitfaden gibt eine Einführung in die Messung von Dicke, Höhe, Rundlauf und Hubweg mit den Messtastern der Modellreihe GT2. In leicht verständlicher Weise werden Tipps zur Problemlösung gegeben und Anwendungsbeispiele beschrieben. Dieser Anwendungsleitfaden richtet sich an Personen aus der Praxis, die sich für konkrete Anwendungsmöglichkeiten interessieren.
Die Automobiltechnologie befindet sich in einer Zeit wichtiger Innovationen wie Konnektivität, autonomes Fahren, Datenaustausch und elektrischer Antriebe. Dieser technische Leitfaden schlägt Sensorlösungen von KEYENCE für alle Aspekte vor, wie z. B. Verkleinerung von Komponenten, hohe Genauigkeit, Produktionskosten und Ertragsraten.
In diesem Leitfaden werden konkrete Beispiele für verbesserte Messungen in der Automobilindustrie gezeigt. Er enthält leicht verständliche Beschreibungen mit Abbildungen über die Vorteile und Merkmale der Messungen, die durch die große Vielfalt der Messköpfe der Modellreihe GT2 ermöglicht werden, wie z. B. die Montage von Motoren, Getrieben, Batterien, ECUs und Wechselrichtern.
Dieses Dokument enthält Vorschläge zur Kostensenkung, die durch den Einsatz der Modellreihe GT2 erreicht werden kann. Es beschreibt Lösungen zur Kostenreduzierung, die speziell mit taktilen Messtastern möglich sind. Diese werden nachdrücklich empfohlen, wenn Sie eine Kostenreduzierung Ihrer Messeinrichtungen erreichen wollen.