Integrierter optischer Absolutgeber und Drehmomentmesser

Thema
Industrie 4.0
Projekttitel Integrierter optischer Absolutgeber und Drehmomentmesser (IntegrAD)
Laufzeit 01.05.2014 – 31.12.2016
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Pressemitteilung
In vielen technischen Bereichen werden der Drehwinkel und das Drehmoment einer Welle gemessen. Unterschiedliche Hersteller bieten bereits Messsysteme an, die die beiden Größen getrennt voneinander oder durch zusätzliche Anbauten an der Welle erfassen. Diese Systeme beanspruchen jedoch viel Bauraum, verursachen hohe Kosten und sind häufig inkompatibel. Im Rahmen des IntegrAD-Projektes wird am Laserzentrum Hannover (LZH) eine lokal hochaufgelöste Maßverkörperung durch Laserstrahlung auf die Welle aufgebracht. Am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) wird ein optisches Messsystem zur Erfassung der absoluten Positionsmarkierungen und des Drehmoments der Welle konzeptioniert und umgesetzt. Das entwickelte System erfasst die Position und gleichzeitig das Drehmoment und könnte bei mindestens gleicher Auflösung kleiner, leichter und günstiger sein als konventionelle Messmethoden.
  • Keine aktuellen Termine vorhanden.
  • 14.12.2016
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hollerithallee 6, 30419 Hannover
  • 21.06.2016
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hollerithallee 6, 30419 Hannover
  • 20.10.2015
  • Brabender GmbH & Co. KG, Kulturstraße 51-55, 47055 Duisburg
  • 23.09.2015
  • VDMA-Haus, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main
  • 22.04.2015
  • VDMA-Haus, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main
  • 01.04.2015
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hollerithallee 6, 30419 Hannover
  • 21.10.2014
  • LZH – Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover
  • 25.09.2014
  • VDMA-Haus, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main

Veröffentlichungen zum Projekt

Ein kombiniertes Messverfahren zur optischen Bestimmung des absoluten Drehwinkels und Drehmoments wurde erfolgreich umgesetzt. Sowohl absolute Codierungen des Winkels als auch dazugehörige Produktionstechnologien für die Herstellung geeigneter Markierungen auf der Welle wurden untersucht und erfolgreich umgesetzt.

Der absolute Drehwinkel konnte mit einer Auflösung von etwa 0,001° bei einer Genauigkeit von besser als 0,2° (entspricht 0,05 % v. E.) erfasst werden. Das Drehmoment wurde mit einer Genauigkeit von etwa 3 % v. E. bestimmt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

Schlussbericht

optisches Messverfahren, Drehmoment, absoluter Drehwinkel

In diesem Paper wird die Bildverarbeitung einer binären Einspurcodierung für die Bestimmung des Drehmoments präsentiert. Das Ziel der wissenschaftlichen Untersuchung ist die Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Zylinders und dem anliegenden Drehmoment. Für die Bildaufnahme werden zwei unabhängige Module genutzt, welche jeweils erlauben, die absolute Drehposition und Drehzahl zu erfassen. Bei gleichzeitiger Nutzung beider, kann das Drehmoment bestimmt werden. Markierungen werden mit einem Laserverfahren aufgebracht, um auch eine spätere Umsetzung zu ermöglichen. Der gewählte technologische Ansatz ist das sog. Winkeldifferenzverfahren. Das Konzept der Bildverarbeitung als auch erste Ergebnisse zur Drehmomentmessung aus der zweifachen absoluten Winkelpositionserfassung werden präsentiert.

Bildverarbeitung, Einspurcodierung, Drehmoment

Für die genaue Steuerung eines automatisierten Systems sowie die Überwachung hinsichtlich seiner Leistung ist die Kenntnis über das Drehmoment und die Drehzahl eine wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus bietet die Speicherung dieser beiden Messgrößen über die Lebensdauer des Systems die Möglichkeit zur langfristigen Zustandsüberwachung. Aktuelle Verfahren zum Messen des absoluten Drehwinkels und Drehmoments haben den Nachteil, dass diese meist ungenau, indirekt und für die Massenproduktion ungeeignet sind. In diesem Artikel wird ein kombiniertes berührungsloses Messverfahren vorgestellt, das auf dem Winkeldifferenzverfahren basiert. Ziel ist die Entwicklung eines kombinierten optischen Messsystems zur Bestimmung des Drehwinkels und des Drehmoments einer Welle und der dazugehörigen Produktionstechnologie für die Aufbringung der Markierung. Das Messverfahren nutzt zwei unabhängige Module, die sowohl getrennt die Winkel- und Drehzahlmessung, als auch zusammengesetzt die Drehmomentmessung erlauben. Zur einfacheren Integration des Systems in eine Anwendung wird auf Codierscheiben und zusätzliche Torsionswellen und Anbauteile verzichtet. Stattdessen werden die Markierungen der Maßverkörperung durch ein Laserverfahren direkt auf die Oberfläche der Welle aufgebracht. Der gewählte technologische Lösungsansatz basiert auf einem berührungslosen und winkelmessenden Verfahren. Das Konzept sowie erste Forschungsergebnisse werden dargestellt.

Absolutdrehwinkelgeber, Winkeldifferenz, kontalktlose kombinierte Messung, Sensor, Drehmoment

Das Winkeldifferenzprinzip ermöglicht das gleichzeitige Messen des relativen und absoluten Drehwinkels sowie des Drehmoments. Hierzu wird die Torsion einer Drehwelle, die infolge des Drehmoments entsteht, über die Differenz von zwei Winkeln erfasst und in das Drehmoment umgerechnet. Heutige Messeinrichtungen verwenden Codierscheiben oder zusätzliche Torsionswellen. Auf die Codierscheiben wird eine inkrementelle oder absolute Maßverkörperung aufgebracht. Torsionswellen werden häufig benutzt, um den Verdrehwinkel der Welle, der infolge der Torsion entsteht, zu vergrößern. Aktuelle Messmethoden zur Drehwinkel- und Drehmomentmessung werden beschrieben.

Drehmoment, Torsion, Drehwinkel

Das Winkeldifferenzprinzip ermöglicht das gleichzeitige Messen des relativen und absoluten Drehwinkels sowie des Drehmoments. Hierzu wird die Torsion einer Drehwelle, die infolge des Drehmoments entsteht, über die Differenz von zwei Winkeln erfasst und in das Drehmoment umgerechnet. Heutige Messeinrichtungen verwenden Codierscheiben oder zusätzliche Torsionswellen. Auf die Codierscheiben wird eine inkrementelle oder absolute Maßverkörperung aufgebracht. Torsionswellen werden häufig benutzt, um den Verdrehwinkel der Welle, der infolge der Torsion entsteht, zu vergrößern. Aktuelle Messmethoden zur Drehwinkel- und Drehmomentmessung werden beschrieben.

Winkeldifferenzprinzip, Drehwinkelmessung, Drehmomentmessung

Förderer

Das IGF-Vorhaben 18200 N der Deutschen Forschungsgesellschaft für Automatisierung und Mikroelektronik e.V. (DFAM) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Partner

Ihr Ansprechpartner

Tobias Schneider
M. Sc.

Projektingenieur

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