Das Single-Track-Verfahren ermöglicht Geschwindigkeiten von bis zu 100 m/s beziehungsweise 36.000 U/min bei einer Auflösung von 1 nm.Renishaw
Bei Dual-Track-Systemen, also Wegmess-Systemen, die zwei Spuren auf ihrer Maßverkörperung betrachten, um die Position zu bestimmen, können bereits Winkelabweichungen von ±0,02 ° zu Phasenfehlern führen. Dann kann der Lesekopf die Position über dem Maßband nicht mehr korrekt ermitteln. Die Single-Track-Technologie, wie es das Wegmess-System Resolute von Renishaw verwendet, bietet dagegen große Einstell- und Justage-Toleranzen und ermöglicht dadurch eine schnelle und einfache Installation sowie eine hohe Zuverlässigkeit: Die Positionserfassung erfolgt im Prinzip wie bei einer Hochgeschwindigkeits-CCD-Kamera: Zunächst nimmt die Kamera ein Bild des Maßbandes auf. Hierbei ist entscheidend, dass der Zeitunterschied zwischen der Anfrage des Controllers und der Aufnahme des Bildes lediglich wenige Nanosekunden beträgt – eines der wesentlichen Merkmale aufgrund dessen sich das Wegmesssystem für Hochleistungs-Bewegungssysteme eignet. Es sind Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s beziehungsweise 36.000 U/min bei einer Auflösung von 1 nm möglich.
Der Detektor sendet die aufgenommen Bildinformationen mit einer Übertragungsrate von etwa 1 Gbit/s an den Digitalen Signalprozessor (DSP), der sie analysiert. Dieser kann die Positionen auch dann errechnen, wenn Teile des Codes von Schmutz verdeckt sind. Auch gegenüber Winkelabweichungen zwischen Maßband und Sensor ist das Verfahren unempfindlich: Die Nick-, Roll- und Gierwinkeltoleranz beträgt ±0,5 °, die Abstandstoleranz zum Maßband ±0,15 mm. Bei ‚Resolute‘ hilft außerdem eine zusätzliche, in den Abtastkopf integrierte Einstell-LED bei der Installation und Diagnose.
Die Kamera nimmt ein Bild des Maßbandes auf. Der Zeitunterschied zwischen Steuersignal und Aufnahme des Bildes beträgt lediglich wenige Nanosekunden.Renishaw
Positionsdaten verifizieren
Indem es zwei unabhängig voneinander arbeitende Algorithmen verwendet, bietet das System eine hohe Sicherheit, die Position korrekt zu bestimmen: Algorithmus 1 ermittelt die Position durch das Entschlüsseln eines einzelnen Bildes, ohne auf Informationen von vorherigen Aufnahmen zurückzugreifen. Hierzu wird zuerst die Position des Bildes berechnet. Dieser Vorgang lässt sich mit der Positionsbestimmung bei inkrementellen Encodern vergleichen. Die codierte Maßverkörperung weist eine Teilungsperiode von 30 µm auf und ist so konzipiert, dass über die gesamte Messlänge (Bildbreite) stets genügend Linien für eine exakte Bestimmung der Phase vorhanden sind. Nachdem die Phasenlage berechnet ist, kann die Mitte der einzelnen Linien bestimmt werden. Das System gleicht diese Information mit dem Bild ab und überprüft, ob sich an den jeweiligen Positionen ein Strich befindet oder nicht. Bereits ein Viertel der hierbei erzeugten Daten reicht aus, um die Position eindeutig festzustellen. Deshalb funktioniert das System auch mit einer teilweise verdeckten Maßverkörperung.
Algorithmus 2 berechnet die Position durch lineare Interpolation der beiden zuvor ermittelten Messwerte. Hierzu nimmt er an, dass die aktuelle Geschwindigkeit seit den beiden letzten Messwerten konstant geblieben ist. Der maximale Abstand zwischen zwei Aufnahmen wird durch den Lesekopf auf 75 µs begrenzt. Bei einer angenommenen Beschleunigung von 100 m/s2 ergibt sich damit, einschließlich weiterer Fehler durch Toleranzen des Systems, ein maximaler Positionsfehler von ±1,2 µm.
Die Single-Track-Technologie ist unempfindlich gegenüber Winkelabweichungen: Die Nick-, Roll- und Gierwinkeltoleranz beträgt ±0,5 °, die Abstandstoleranz zum Maßband ±0,15 mm.Renishaw
Anschließend werden die Ergebnisse der beiden Algorithmen verglichen. Stimmen diese überein, wird die Position von Algorithmus 1 zusammen mit seiner Phasenlage ausgegeben. Andernfalls wird die Position von Algorithmus 2 zusammen mit der Phasenlage von Algorithmus 1 ausgegeben. Auf diese Weise wird die Plausibilität der ermittelten Position überprüft, um Fehlmessungen auszuschließen.
Da direkt nach dem Einschalten für die Berechnung des Positionswertes mittels Algorithmus 2 noch keine Daten zur Verfügung stehen, gibt der Vergleichsalgorithmus eine Fehlermeldung aus – ebenso bei Verschmutzung oder nicht ausreichendem Bildkontrast – und fordert umgehend ein weiteres Bild zur Überprüfung an. Alternativ schränken die redundanten Daten die Fehlerkorrektur ein. Nach der so ermittelten Position wird ein CRC-Wert berechnet und an den Positionsdatenwert angehängt, bevor sie über ein zweifach geschirmtes Kabel zum Controller übertragen werden.
Albert Rundel
(dl)
