Wegmesssysteme - Wegsensor, Wegaufnehmer, Positionssensor

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Was ist ein Wegmessystem? Definition:

Ein Wegmesssystem ist ein Sensor und wird für die Messung eines Abstands bzw. Distanz zu einem Messobjekt eingesetzt. Als Synonym für Wegmessystem wird in der Industrie auch Wegsensor, Wegaufnehmer oder Positionssenor verwendet.

Auch oft gesucht: Wegsensor, Wegaufnehmer, Positionssensor


Arten von Wegmesssystemen

 Wegmesssysteme
Wegmesssysteme von Balluff
Wegmesssysteme können auf unterschiedlichen Prinzipien beruhen.

Lineare Wegmesssysteme

Lineare Wegmesssysteme dienen in der Automatisierungstechnik zum Erfassen von Positionen und Messen von Abständen.

Man unterscheidet bei Wegmessystemen zwischen verschieden physikalischen Wirkprinzipien sowie in berührungslose und berührungsbehaftete Sensoren.

Sensoren die mit mechanisch berührenden Teilen arbeiten sind z.B. Linearpotentiometer, bei denen die Position durch einen verschiebbaren Schleifer auf einer Widerstandsbahn abgenommen wird.

Rotative Wegmesssysteme

Rotative Weg- und Winkelmesssysteme sind in der Regel Drehgeber, Encoder oder Potentiometer.

Absolute und inkrementale Wegmessung

Ein weiteres Merkmal ist das absolute oder inkrementale Messsystem.

Bei einem absoluten Messsystem steht der Positionswert direkt nach dem Einschalten zur Verfügung.

Bei einem inkrementalen Messsystem muss nach dem Einschalten zuerst ein Referenzpunkt angefahren werden um die Null-Position zu erhalten. Dies ist z.B. bei optischen Systemen wie dem Glasmassstab der Fall.

Bei einem inkrementalen System wird die Position durch ein zyklisches Signal erfasst, das z.B. ein sinusförmiges oder ein Rechteck-Signal sein kann. Bei dieser Art der Schnittstelle werden in der Regel 2 Sinus bzw. Rechteck-Signale erzeugt mit einer elektrischen Phasenverschiebung von 90°. Man spricht bei dieser Schnittstelle auch von einem Sinus- Cosinus Signal. Damit kann in der Auswerteelektronik sowohl Position, Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung erkannt werden.

Wirkprinzipien von Wegmesssystemen

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Induktiv

Induktive Abstandssensoren basieren auf dem Prinzip der berührungslosen induktiven Näherungssensoren. In diesem Fall ist das Ausgangssignal aber nicht schaltend (binär) sondern es wird ein analoger Wert ausgegeben. Induktive Wegsensoren besitzen einen Messbereich bis zu ca. 50mm und arbeiten absolut.

Wirbelstrom-Wegsensor

Wirbelstrom-Wegsensoren sind für die Messung von Weg, Abstand und Position konzipiert. Die Sensoren werden eingesetzt für Weg- und Abstandsmessungen mit hoher Genauigkeit. Besonders für den Einsatz unter Druck, hohen Temperaturen, Öl und Schmutz sind sie geeignet.

Magnetoinduktiver Wegsensor

Bei magnetoinduktiven Wegsensoren dient ein Permanentmagnet als Positionsgeber. Dieser bewegt sich über eine magnetempfindliche aktive Sensorfläche. Magnetoinduktive Wegsensoren werden bei Messlängen bis ca. 160mm eingesetzt. Sie gehören den Magnetsensoren an.

Magnetostriktion

Magnetostriktive Wegaufnehmer sind berührungslose, verschleißfreie und absolut arbeitende Wegmesssysteme, die in der Industrie ein breites Anwendugsspektrum besitzen. Magnetostriktive Wegmesssysteme decken Messbereiche bis ca. 8000mm ab.

Linearpotentiometer

Linearpotentiometer arbeiten als Spannungsteiler mit einer leitenden Widerstandsstrecke über die ein beweglicher Schleifer fährt und damit die Position erfasst. Wie alle berührungsbehaftete Sensoren unterliegen sie Verschleiß.

Magnetisch kodierte Wegmesssysteme

Bei einem magnetisch kodierten Wegmesssystem wird ein Sensorkopf, der aus dem Sensorelement und der Auswerteelektronik besteht, über ein magnetisch kodiertes Massband bewegt. Diese Messsysteme sind sowohl mit inkrementeller als auch mit einer absoluten Schnittstelle verfügbar und decken Messlängen bis ca. 50 Meter ab (Inkremental). Verbreitete Anwendungen dieser Messsysteme sind unter anderem als Istwertgeber in Linearantrieben oder in der Holzbearbeitung.

Optoelektronische Wegmessysteme

Zu den optoelektronischen Wegmesssystemen zählen auch die Laserwegsensoren.
Bsp. Glasmassstab

Optische Abstandssensoren

Optoelektronische Abstandssensoren erfassen die Distanz zu einem Objekt mittels eines Lichtstrahles der durch eine Leuchtdiode oder Laserdiode erzeugt wird (s. Lasersensoren).

Konfokaler-chromatischer Wegsensor

Beim Chromatischer-konfokaler Wegsensor wird weißes Licht über Linsen in verschiedene Spektren aufgespalten und durch eine mehrlinsige Optik auf ein Objekt fokussiert.

Istwertgeber – Feedback-Systeme in der Antriebstechnik

Begriffserklärungen zur Wegmessung

Viele Begriffe in den technischen Daten von Wegerfassungssystemen scheinen sich sehr zu ähneln.
Was bedeuten sie eigentlich?

  • Auflösung
  • Genauigkeit
  • Wiederholgenauigkeit
  • Präzision

Auflösung

Auflösung

Die „Ausgabeauflösung“ eines Sensors gibt die kleinste physikalische Änderung an, die das Gerät noch erkennen kann. Dabei muss man zwischen theoretischer und praktischer Auflösung unterscheiden: Ein gegebener Wegsensor könnte zwar theoretisch eine Auflösung von 4 nm liefern; in der Praxis wird aber das Bewegungssystem aufgrund der begrenzten mechanischen Steifigkeit, der Reibung und des mechanischen Umkehrspiels niemals in der Lage sein, 4-nm-Schritte zu realisieren.

Genauigkeit

Genauigkeit

Die „Genauigkeit“ beschreibt für einen bestimmten Punkt die Differenz zwischen der tatsächlichen Position des Antriebssystems und der vom Messgerät ermittelten Position. Die erzielbare Systemgenauigkeit wird von sämtlichen Systemkomponenten beeinflusst, wobei auch mechanische Toleranzen, das Umkehrspiel und Lastgewicht sowie Programmierungsalgorithmen eine Rolle spielen.

Wiederholgenauigkeit

Wiederholbarkeit

Die „Wiederholgenauigkeit“ (manchmal auch als „Wiederholbarkeit“ bezeichnet) ist definiert als der Bereich von Ist-Positionen, die das System erreicht, wenn es unter identischen Bedingungen wiederholt den Befehl zum Anfahren derselben Position erhält. Manche Wegmesssysteme unterscheiden zwischen unidirektionaler und bidirektionaler Wiederholgenauigkeit, das heißt, ob die Annäherung an das Ziel aus nur einer Richtung oder aus beiden Richtungen erfolgen darf.

Präzision

Wegmesssysteme Präzision
Präzision

„Präzision“ ist ein Synonym für den oben beschriebenen Begriff „Wiederholgenauigkeit“. Die schwierigste Aufgabe bei der Spezifizierung eines Bewegungs- oder Wegaufnehmersystems besteht darin, alle beteiligten Komponenten so gegeneinander auszubalancieren, dass sich die gewünschte Systemleistung bei dem besten Kostenniveau erzielen lässt. Ein Messgerät mit hoher Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit kann für sich allein mangelnde Steifheit des mechanischen Systems oder unzulängliche Programmlogik nicht ausgleichen und umgekehrt.

Wegmesssysteme in den Medien

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