In der Regel werden Endschalter bei Linearmesstischen eingesetzt, sie können aber auch bei Rotationsmesstischen zur Vermeidung von Kabelverdrehung verwendet werden., Zur Abschaltung der Stromzufuhr und zur Vermeidung von Überfahren der Position werden häufig mechanische Minischalter eingesetzt. Die Wiederholgenauigkeit von mechanischen Schaltern wird durch ihre Hysterese und Empfindlichkeit gegenüber Abnutzung eingeschränkt., Messtische der Feinmess Dresden GmbH werden standardmäßig mit berührungslosen elektronischen Schaltern ausgerüstet, die diese Nachteile nicht aufweisen., Reinraumtauglichkeit, Bei FMD sind die notwendigen Einrichtungen vorhanden, um die Produkte für Reinraumanwendungen vorzubereiten. Viele Methoden, Regeln, Verfahren und Materialanforderungen für Reinraumanwendungen sind denen der Vakuumpräparation ähnlich, und doch sind die Anforderungen für jede Anwendung verschieden. Wenden Sie sich bitte an unsere Produktmanager, um über die speziellen Anforderungen Ihrer Anwendung zu sprechen., Rückkopplungssysteme, Die Hauptaufgabe eines Rückkopplungssystems besteht darin, einen physikalischen Parameter in ein elektrisches Signal für die Regelelektronik umzuwandeln. Für die Positionsrückmeldung werden häufig Encoder, für Geschwindigkeitsrückmeldung Tachometer und für Beschleunigungsrückmeldung Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt., Schneckenantrieb, Beim Schneckengetriebe wird durch die Verzahnung von einer Schraube (Schnecke) mit dem Schneckenrad eine Drehbewegung in eine weitere Drehbewegung in anderer Richtung übersetzt. Die Drehbewegung der Schnecke bewirkt durch das Ineinandergreifen der Zähne eine Drehbewegung des Schneckenrades. Vorteile des Schneckenantriebes gegenüber Direktantrieben sind höhere Geschwindigkeiten und eine höher Belastbarkeit., Schrittmotoren, Schrittmotoren funktionieren nach dem Prinzip von magnetischer Anziehung und Abstoßung. Sie wandeln elektrische Impulse in mechanische Achsrotation um. Der Drehwinkel ist proportional zur Anzahl der Eingangsimpulse und die Drehzahl ist abhängig von der Impulsfrequenz. Typischerweise besitzen Schrittmotoren einen Permanentmagneten und/oder einen eisernen Rotor sowie einen Stator. Das zur Drehung des Schrittmotors erforderliche Drehmoment wird über eine Kommutierung erzeugt., Stahl, Stahl besitzt eine hohen Elastizitätsmodul und zeichnet sich durch eine hohe Steifheit (etwa dreimal so hoch wie Aluminium) und Stabilität aus. Die thermische Ausdehnung ist nur halb so groß wie bei Aluminium. Daher eignet sich Stahl gut für Betriebsumgebungen mit gleichförmigen Temperaturänderungen. Edelstahl kann problemlos im Vakuum eingesetzt werden., Spezifikation Stahl, Die Bearbeitung von Stahl ist wesentlich aufwendiger als bei Aluminium, weshalb Komponenten aus Stahl teurer sind als Aluminiumbauteile. Durch Legierungen werden Stähle korrosionsunempfindlich., Oberflächencharakteristik Stahl, Stahlbauteile sind meist beschichtet oder lackiert. Die Beschichtungen bestehen meist aus Chrom, Nickel, Farbe oder Pulverbeschichtung. Für Schrauben und Montageteile wird häufig einen schwarzes Oxidfinish verwendet um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Edelstahllegierungen benötigen meist keine zusätzliche Schutzschicht., Steifheit, ist die für eine bestimmte Verformung aufzubringende Kraft. Das Verhältnis von Kraft und Verformung ist über einen großen Bereich konstant und lässt sich mit folgender Gleichung beschreiben:, F ,  kx, F ist die Kraft, x die Verformung und k eine materialabhängige Konstante. Das Material ist umso steifer, je höher der Wert für k ist., Tachometer, Bei Anwendungen, die eine Geschwindigkeitsregelung erfordern, kann die Geschwindigkeit entweder direkt gemessen oder über die vom Encoder gelieferten Positionsangaben ermittelt werden. Mit einem Tachometer wird eine präzisere Geschwindigkeitskontrolle erzielt. Das Tachometer erzeugt eine Spannung oder einen Strom, die sich proportional zur Motordrehzahl verhalten. Die Rückmeldung über Tachometer gibt eine Geschwindigkeitsänderung sofort an, was eine schnelle Korrektur und eine genaue Regelung durch die Regelungselektronik ermöglicht., Vakuumpräparation, Alle Messtische der Feinmess Dresden GmbH sind im Vakuum bis zu 10-2 Torr ohne besondere Präparation einsetzbar., Auf Anfrage können wir alle Messtische mit Schrittmotor mit Vollschrittbetrieb oder Piezokeramikmotor für ein Vakuum von bis 10-6 Torr präparieren. Zum Antrieb dieser Messtische sind spezielle Treibermodule verfügbar, die mit unserem Controller kompatibel sind., Vakuumtauglichkeit, Messtische, die ab 10-6 Torr eingesetzt werden, erfordern eine spezielle Vorbereitung. Viele Materialien, die in Standardanwendungen verwendet werden, gasen im Hochvakuum aus. Durch dieses "virtuelle Leck" wird die Erhaltung und Erreichbarkeit des Vakuums eingeschränkt., Die von OFD verwendeten Verfahren zur Präparation für eine Vakuumumgebung garantieren, dass unsere Produkte bei bis zu 10-6 Torr problemlos funktionieren und dabei die Vakuumumgebung nur geringfügig kontaminieren., Für eine richtige Präparation muss die Betriebsumgebung bekannt sein. Nicht nur Betriebsdruck, auch zulässige Niveaus von Ausgasen, Massenverlust und Kondensation können je nach Anwendung, Pumpkapazität, Temperatur usw. varieren., Die Materialien müssen für eine Vakuumanwendung speziell ausgewählt werden, d. h. geeignete Metalle, Keramiken, Beschichtungen, Schmierstoffe, Kleber, Gummis, Kunststoffe, elektrische Bauteile usw. Poröse, eloxierte Aluminiumoberflächen beispielsweise enthalten zahlreiche Luftmoleküle, was zu einer beträchtlichen Ausgasrate führt. Deshalb wird bei Hochvakuum-Anwendungen nur uneloxiertes Aluminium verwendet. Auch Motoren müssen für Vakuum-Betrieb speziell präpariert werden. Bei der Fertigung muss darauf geachtet werden, dass keine Oberflächen geschaffen werden, die Gase und anderes Fremdmaterial leicht einschließen und dann in der Vakuumumgebung wieder abgeben können. Weiterhin ist zu gewährleisten, dass in Montagehohlräumen kein Gas eingeschlossen ist., Über die Materialauswahl und die Fertigung hinaus müssen auch bei der Reinigung, Handhabung, Montage und Verpackung spezielle Regeln befolgt werden. Um die Möglichkeit einer Verunreinigung aus der Luft zu minimieren, werden diese Arbeiten in einer reinen Umgebung ausgeführt., Wärme wird beispielsweise nur schlecht abgeführt, deshalb muss die Einschaltdauer des Motors verkürzt werden, was wiederum die Höchstdrehzahl beschränken kann. Wenn für Ihre Anwendung eine Vakuumpräparation erforderlich ist, wenden Sie sich an unsere Produktmanager, um über die speziellen Anforderungen Ihrer Anwendung zu sprechen., III. Steuer- und Regelelektronik, Seitenanfang , Controller, In Positioniersystemen erzeugt der Controller elektronische Steuersignale, die dem System Bewegungsbefehle geben. Wenn ein Rückmeldesystem vorhanden ist, werden Istwerte der Position an den Controller zurückgesendet. Dieser vergleicht die Istwerte mit den Sollwerten und erzeugt ein neues Signal, das den Fehler korrigiert., Der Controller sendet die Steuersignale zum Motortreiber. Ein Controller besitzt oft mehrere Funktionen, z.B. Schnittstellen, Eingänge/Ausgänge, Speichern von Bewegungsprogrammen und Verarbeitung der Encoder-Rückmeldung bei Positionierung mit geschlossenem Regelkreis., Der Controller muss wesentlich schneller arbeiten, da er die Steuersignale berechnet und je nach Istwert neue Signale sendet. Die hierfür benötigte Zeit wird Abtastzeit genannt., DC-Motortreiber, Treiber für Gleichstrommotoren wandeln ein schwaches Spannungssignal vom Controller (meist +/- 10 V) in Strom um, womit der Motor angetrieben wird., Digital Signal Processor, Digitale Signalprocessoren (DSPs) sind speziell für hohe Rechenleistungen konzipierte Chips, die die Anforderungen von komplexen Steueralgorithmen erfüllen. Herkömmliche Prozessoren wären für solche anspruchsvollen Steueraufgaben zu langsam., DSPs sind oft so gebaut, dass Befehle und Daten parallel und nicht sequenziell laufen. Häufig sind die Chips mit einem High-Speed Hardware-Multiplizierer und eigenem Speicher ausgerüstet, wodurch viele Verzögerungen des Datentransfers vermieden werden können., Getaktete Hochspannungstreiber, Einfache 4-Phasen-Treiber eignen sich für Basisanwendungen mit geringen Leistungsanforderungen. Bei hohen Geschwindigkeiten wird das Kommutieren des Stromes mit induktiven Lasten schwierig. Bei Anlegen einer Spannung an eine Spule erreicht der Strom (und damit auch das Drehmoment) seinen normalen Wert exponentiell. Bei einer hohen Impulsrate ist die Einschaltphase zu kurz. Der Strom kann den gewünschten Wert in so kurzer Zeit nicht erreichen, was bedeutet, dass auch das erzeugte Drehmoment nur ein Teil des nominalen Wertes beträgt., Drei Faktoren bestimmen die Zeitspanne bis zum Erreichen des Nennstromes: die Induktivität der Spulen, der elektrische Widerstand und die angelegte Spannung., Die Induktivität kann nicht verringert werden, aber die Spannung kann vorübergehend erhöht werden, um den Nennstrom schneller zu erreichen. Eine weit verbreitete Methode ist der Einsatz von getakteten Hochspannungstreibern., Wird z. B. ein Schrittmotor, der nur 2V benötigt kurz mit 20V versorgt, kann der Nennstrom 10-mal so schnell erreicht werden. Sobald der erwünschte Nennstrom erreicht ist, wird der Treiber getaktet, um den Strom auf dem Nominalwert zu halten., Motortreiber, Der Motortreiber empfängt die Signale vom Controller und wandelt sie in Leistung um, mit der der Motor angetrieben wird. Bei Schrittmotortreibern kann Voll-, Halb- und Mikroschrittauflösung sowie die erwünschte Leistung gewählt werden., Schrittmotortreiber, Halbschritt, Bei Ansteuerung im Halbschrittbetrieb legt der Rotor des Schrittmotors jeweils den halben Weg zwischen zwei Haltepositionen zurück. Dadurch wird die Auflösung erhöht und die Bewegung über den gesamten Drehzahlbereich gleichmäßiger. Nach Abschalten der Stromzufuhr dreht sich der Motor jeweils bis zur nächsten Halteposition weiter., Mikroschritt / Minischritt, Ein Mikroschrittreiber bewegt den Rotor des Motors um einen bestimmten Winkel zwischen zwei Haltepositionen. Mikroschritt- und Minischrittbetrieb werden zur Verbesserung der Auflösung, zur Vermeidung von Resonanzeffekten und wegen der höheren Laufruhe über den gesamten Drehzahlbereich eingesetzt. Nach Abschalten der Stromzufuhr dreht sich der Motor jedoch auch weiter. Deshalb werden vor allem in Systemen in Z-Ausrichtung Tische mit Bremse eingesetzt., Vollschritt, Bei Ansteuerung im Vollschrittbetrieb wir der Schrittmotor jeweils von einer Halteposition in die nächste Vollschrittposition bewegt. Nach Abschalten der Stromzufuhr hält der Motor aufgrund seines starken Haltemoments seine Position., Zentrale und verteilte Architektur, Controller können so ausgelegt sein, dass ein einziger Mirkoprozessor alle Bewegungsarten steuert. Oder Controller können eine verteilte Struktur haben, in der ein zentraler Mikroprozessor spezielle Prozessoren koordiniert, die je eine Achse steuern., IV. Begriffe der Controller-Technik, Seitenanfang , In den meisten Positioniersystemen werden drei Parameter gezielt gesteuert: die Position, die Geschwindigkeit und das Drehmoment., Die meisten Positioniersysteme der Feinmess Dresden GmbH sind mit einer Steuer-/Regelelektronik ausgerüstet. Sie bewegt die Last von einer bekannten, bestimmten Position in eine andere bekannte, bestimmte Position. Für eine präzise Positionierung sind Rückmeldemechanismen oder ein geschlossener Regelkreis erforderlich. Ein Paradebeispiel hierfür ist unser PMT160..MM mit integrierter MINIMOT-Steuerung., Die Geschwindigkeitsregelung sorgt für eine kontinuierliche Bewegung der Last in einem bestimmten Zeitintervall oder für die Bewegung mit einer bestimmten Geschwindigkeit von einer Position in eine andere. In den Positioniersystemen der Feinmess Dresden GmbH werden zur Rückmeldung Encoder eingesetzt., Die Drehmomentensteuerung misst den in einen Motor gespeisten Strom, dessen Drehmomentenkoeffizient bekannt ist, um dann ein bestimmtes konstantes Drehmoment zu erzeugen., Abstimmung des Regelkreises, Bei der Abstimmung des Regelkreises werden die Verstärkungsfaktoren Kp, Ki und Kd sowie die Feedforward-Parameter des digitalen PID-Algorithmus, auch PID-Filter genannt, festgelegt., Die Einstellung sollte immer mit den vom Controller vorgegebenen Werten begonnen werden. Diese Werte sind normalerweise Durchschnittswerte für einen sicheren, schwingungsfreien Betrieb und ein schnelles, reaktives System mit minimaler Regelabweichung. Zur Optimierung des Systemdynamik müssen die Regelparameter für jede Anwendung neu eingestellt werden. Größen wie die Belastung, die Beschleunigung, die Ausrichtung des Positionierers und die Leistungsanforderungen müssen bei der Einstellung mit berücksichtigt werden., Vorgehensweise:, Bei der Einstellung von Regelparametern gelten folgende Daumenregeln:, Für eine gute Reaktionsgeschwindigkeit sollten Sie immer mit der Einstellung des proportionalen Verstärkungsfaktors Kp beginnen., Danach erhöhen sie den Kd-Wert, um das Überschwingen zu reduzieren und das System zu stabilisieren., Zuletzt erhöhen Sie den Ki-Wert, um die bleibende Regeldifferenz zu eliminieren., Zur Vermeidung von Stabilitätsproblemen sollten Kp und Ki niemals ohne Kd eingestellt werden., Ziel der Einstellung ist eine bessere Positioniergenauigkeit (z. B. statische und/oder dynamische Reduzierung der bleibenden Regeldifferenz) oder die Behebung eines Systemfehlers (Schwingen und/oder Abschalten aufgrund einer zu hohen Regeldifferenz)., Die Beschleunigung spielt für das Ausmaß der Regeldifferenz und der Überschwingweite, insbesondere beim Start und beim Stop eine große Rolle. Bei jeder Geschwindigkeitsänderung des Controllers kommt es zu einer kleinen Beschleunigung, was immer merkliche Regeldifferenzen und Überschwingung verursacht. Deshalb sollte man die kleinste Beschleunigung, die für die Anwendung zulässig ist, verwenden. Damit wird die Überschwingweite reduziert und die Einstellung des PID-Filters vereinfacht., Ausregelzeit, Der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Messtisch die angesteuerte Position zum ersten Mal erreicht und dem Zeitpunkt, an dem er die Position innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs hält., Bahnsteuerung, Bei der Bahnsteuerung ändert der Controller die Geschwindigkeiten der verschiedenen Achsen so, dass die Bahn durch vorher definierte Bahnstützpunkte verläuft. Die Geschwindigkeit ist auf der gesamten Bahn festgelegt und kann außer beim Start und Stop konstant sein., Bewegung mit Interpolation, Wenn die zu bewegende Last eine festgelegte Bahn abfahren muss, um von der Start- zur Zielposition zu gelangen, spricht man von einer Interpolation der Achsenbewegungen. Man unterscheidet zwei Arten von Interpolation: Linearinterpolation und Kreisbogeninterpolation., Bewegung ohne Interpolation, Es gibt drei Arten von Bewegungen ohne Interpolation: einachsige, zeitgleiche und synchrone Bewegungen. Zeitgleiche und synchrone Bewegungen werden auf mehreren Achsen ausgeführt. Der Unterschied liegt darin, dass die zeitgleiche Bewegung nicht synchron verläuft., Bleibender Regelfehler, Die Differenz zwischen der Istposition und der Sollposition, die nach der Fehlerkorrektur durch den Controller bleibt., Differenzial-Regler, Die Änderung der Regelabweichung wird mit einem vom Anwender angegebenen Faktor Kd multipliziert und dann als Korrektursignal erneut gesendet. Da mit dieser Art von Regelung die Stabilität verbessert wird, kann man es als eine Art elektronische Dämpfung betrachten. Eine Erhöhung des Kd-Wertes führt zu einer höheren Systemstabilität. Die bleibende Regelabweichung wird jedoch nicht beseitigt, da die Ableitung einer Konstante gleich Null ist., Feedforward-Regelung, Bei aufwendigen PID-Algorithmen gibt es nur dann ein Korrektursignal, wenn eine Regelabweichung existiert. Das bedeutet, dass es immer einen Positions-Folge-Fehler gibt. Ziel der Feedforward-Regelung ist die Minimierung dieses Positions-Folge-Fehlers., Mit einer Feedforward-Regelung wird das zukünftige Systemverhalten abgeschätzt, und die aktuellen Korrektursignale werden dementsprechend angepasst., Die Korrekturen erfolgen im Allgemeinen durch die Multiplikation der erwünschten Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeits-Feedforward-Verstärkungsfaktor Kvff. Nach derselben Methode kann eine Beschleunigungs-Feedforward-Korrektur durchgeführt werden. Dadurch lässt sich der durchschnittliche Positions-Folge-Fehler bei Beschleunigungen und Abbremsungen reduzieren. Durch eine Verbindung von Feedforward-Regelung und PID braucht der PID-Regler nur noch den Restfehler, der nach der Feedforward-Regelung bleibt, zu korrigieren, was die allgemeine Reaktion des Systems verbessert., Geschlossener Regelkreis, Der geschlossene Regelkreis beschreibt ein System, bei dem die Istposition gemessen und mit der Sollposition verglichen und die Differenz dann korrigiert wird, um die erwünschte Position zu erreichen. Elektronische Rückmeldemechanismen steigern in geschlossenen Regelkreisen die Positioniergenauigkeit., Geschwindigkeitsprofile, Um bei hohen Drehzahlen eine leichtgängige Bewegung zu erreichen und den Motor zu schonen, müssen Drehzahländerungen von der Steuerelektronik so durchgeführt werden, dass optimale Ergebnisse erzielt werden. Dafür gibt es vorgegebene Geschwindigkeitsprofile, mit denen die erforderlichen Beschleunigungen und Verzögerungen so gering wie möglich gehalten werden., Integral-Regler, Die Regelabweichung wird über der Zeit summiert, mit einem vom Anwender angegebenen Faktor Ki multipliziert und dann als Korrektursignal erneut gesendet. Da bei dieser Methode auch die vergangenen Fehler berücksichtigt werden, geht der Korrekturfaktor nicht gegen Null, wenn die Regelabweichung e gegen Null geht. Eine bleibende Regelabweichung wird dadurch vermieden., Diese Methode hat aber einen Nachteil. Der Faktor Kidestabilisiert den gesamten Regelkreis. Hohe Ki -Werte könnten ohne eine entsprechende Dämpfung starke Systemschwingungen verursachen., Kreisbogeninterpolation, Kreisbogeninterpolation bezeichnet die Fähigkeit, eine Last auf einer Kreisbogenbahn zu bewegen. Der Controller muss dazu die Beschleunigung sehr schnell ändern können., Linearinterpolation, Um eine mehrachsige Bewegung auf einer Geraden auszuführen, wird Linearinterpolation benötigt. Der Controller gibt die für die koordinierte Bewegung erforderliche Geschwindigkeit je Achse vor. Bei korrekter Linearinterpolation muss die Beschleunigung steuerbar sein. Einige Controller verwenden vorgegebene Beschleunigungsprofile, um Ergebnisse zu liefern, die einer Linearinterpolation ähneln., Offener Regelkreis, Man spricht von einem offenen Regelkreis, wenn der Informationsfluss nicht durch eine Positionsrückmeldung und Fehlerkorrektur geschlossen ist. Kostengünstige Mikrometer-Ersatz-Antriebe arbeiten in der Regel mit offenem Regelkreis., Positionierer mit offenem Regelkreis werden eingesetzt, wenn an Stelle eines manuellen Antriebes eine einfache Fernsteuerung erwünscht ist., Schritt- und Minischrittmotoren werden häufig mit offenem Regelkreis eingesetzt. Über die Impulszählung kann die Position zwar relativ sicher angegeben werden, sie ist aber nicht vorhersehbar, wenn die Lasten, die Beschleunigung oder Drehzahlen hoch sind. Bei schlechter Systemauslegung werden dann häufig Schritte übersprungen bzw. hinzugefügt.