In modernen Präzisionsmesssystemen wie Videomessmaschinen (VMM), optischen Messsystemen und hochgenauen Dimensionsprüfgeräten spielt das X/Y-Achsen-Rückkopplungssystem eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit.
Die beiden in der Industrie am häufigsten verwendeten Positionsrückmeldesysteme sind die optische Glasskala und die magnetische Metallskala. Jedes System basiert auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien und ist für verschiedene Anwendungsbereiche konzipiert.
1. Funktionsprinzip der optischen Glasskala
Eine optische Glasskala besteht aus einem Glassubstrat mit geringer Wärmeausdehnung, Präzisionsgittern und einem optischen Lesekopf. Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem Moiré-Effekt und der photoelektrischen Umwandlung.
Wenn der Lesekopf Licht auf das Gitter projiziert, überlagern sich zwei periodische Muster und erzeugen abwechselnd helle und dunkle Signale. Während sich der Messtisch bewegt, werden diese Signale vom Sensor in Wegdaten umgewandelt.
In VMM- und Präzisionsmesssystemen bieten Glaswaagen folgende Vorteile:
Hohe Wiederholgenauigkeit der Positioniervorrichtung, geeignet für Messungen im Mikrometerbereich
Starke Interpolationsfähigkeit für höhere Auflösung
Berührungslose Struktur für Langzeitstabilität
Daher finden optische Glasmaßstäbe breite Anwendung in VMM-Systemen für die Metrologie, Inspektionsplattformen und Labormessgeräten.
Allerdings benötigen sie eine saubere und stabile Umgebung, da Staub, Öl und mechanische Stöße die optische Leistung beeinträchtigen können.
2. Funktionsprinzip der magnetischen Metallwaage
Eine Metallwaage, auch bekannt als Magnetwaage, verwendet ein Metallsubstrat mit magnetischer Codierung. Die Positionserkennung erfolgt durch Variation des Magnetfelds.
Während der Bewegung erfasst der Lesekopf Veränderungen der Magnetsignale und wandelt diese in Positionsdaten um.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
Hohe Beständigkeit gegen Öl, Staub und industrielle Verschmutzungen
Hohe mechanische Belastbarkeit unter Vibrationen und Stößen
Einfachere Installation dank höherer Toleranz bei der Ausrichtung
Metallische Skalen werden häufig in CNC-Maschinen, Automatisierungsanlagen und industriellen Bewegungssteuerungssystemen eingesetzt.
Bei hochpräzisen VMM-Anwendungen sind ihre Auflösung und Langzeitstabilität jedoch im Vergleich zu optischen Skalen im Allgemeinen nicht erwünscht.
3 Unterschiede auf Systemebene
Glas- und Metallwaagen sind keine konkurrierenden Technologien, sondern Lösungen, die für unterschiedliche technische Anforderungen entwickelt wurden.
Optische Glasskala: Fokus auf hohe Präzision und Messkonstanz
Metallmagnetwaage: Fokus auf industrielle Zuverlässigkeit und Umweltverträglichkeit
Das eine ist auf messtechnische Genauigkeit optimiert, das andere auf industrielle Robustheit ausgelegt.
4. Auswahl in VMM-Systemen
In VMM-Systemen arbeitet das Bewegungsrückkopplungssystem mit dem optischen Abbildungssystem zusammen, um einen geschlossenen Messregelkreis zu bilden.
Für hochpräzise Inspektions-, Messtechnik- und Qualitätskontrollanwendungen werden typischerweise optische Glasmaßstäbe verwendet, um eine stabile und wiederholbare Positionierung des Messtisches zu gewährleisten.
In Produktionsumgebungen oder unter rauen industriellen Bedingungen können metallische Magnetwaagen auf der Grundlage von Umgebungsanforderungen wie Staub, Vibrationen und Temperaturschwankungen ausgewählt werden.
5 Faktoren, die die Messgenauigkeit beeinflussen
Die Messgenauigkeit wird nicht allein durch die Skala bestimmt. Sie ist das Ergebnis mehrerer Systemfaktoren, darunter:
Mechanische Steifigkeit des XY-Tisches
Wärmeausdehnung und Temperaturdrift
Optische Linsenverzerrung und Beleuchtungsstabilität
Subpixel-Kantendetektionsalgorithmen
Daher ist die Skala nur eine von mehreren entscheidenden Komponenten im gesamten Messsystem.
6. Schlussfolgerung
Optische Glaswaagen und magnetische Metallwaagen erfüllen in Präzisionsmesssystemen unterschiedliche Funktionen.
Glasmaßstäbe werden in VMM- und metrologischen Geräten bevorzugt, wo hohe Wiederholgenauigkeit und Stabilität erforderlich sind. Metallmaßstäbe eignen sich besser für die industrielle Automatisierung und Werkzeugmaschinen, wo Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen entscheidend ist.
Die richtige Auswahl hängt von den Anwendungsanforderungen ab, nicht von einem direkten Vergleich der Spezifikationen.