PhotoEnco

Photonisch strukturierbare Werkstoffe und photonische Prozesse für die individualisierte Herstellung von Encodermaßverkörperungen und deren Abtastperipherien (PhotoEnco)

Wege, Lage, Winkel – Encoder für die präzise Positionsbestimmung als Enabler in der Industrieautomation

Drehgeber (Encoder) sind Sensoren für Drehzahl und Drehwinkel. Sie werden vielfältig eingesetzt, z. B. in der Regelungstechnik zur Positionsbestimmung. Neben induktiven, kapazitiven und magnetischen Drehgebern werden optische Drehgeber am häufigsten eingesetzt. Bei diesen wird ein Lichtstrahl auf einen Sensor (Empfänger) geleitet. Zwischen Lichtquelle und Sensor befindet sich die sog. Codescheibe. Diese hat transparente und lichtundurchlässige Segmente. Das auf dem Empfänger resultierende Bild kann hier als Messsignal detektiert werden. Aus der Änderung dieses Signals mit der Rotation der Codescheibe können Drehzahl und Drehwinkel bestimmt werden.

Codescheiben optischer Encoder werden mit unterschiedlichen Verfahren erzeugt. Gemeinsam ist all diesen Verfahren, dass die Codescheiben vor dem Einbau mit einem fest definierten Code versehen werden, der anschließend nicht mehr geändert werden kann. Zudem muss die Codescheibe möglichst genau konzentrisch zur Drehachse justiert werden, da eine Exzentrizität an dieser Stelle das Messsignal verfälschen würde. Dieses Verfahren hat sich vielfach bewährt und wird weltweit angewandt. Nachteile bei Flexibilität und Montageaufwand werden mangels etablierter Alternativen in Kauf genommen.

Genau hier setzt das PhotoEnco-Konzept an: In dem Projekt soll ein Verfahren erforscht werden, dass es erlaubt, die Codescheibe zunächst als Rohling im Drehgeber zu montieren und erst nach der Montage zu codieren. Dadurch entfallen die oben genannten Nachteile der unflexiblen Fertigung und des hohen Justageaufwands. Durch die Einführung einer solchen Alternative entsteht im Erfolgsfall ein Wettbewerbsvorteil für die Verbundpartner

Photonische Werkzeuge für die flexible Fertigung

Um das Ziel, die Codescheibe erst nach der Montage zu beschreiben, zu erreichen, werden in dem Verbundprojekt zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt: In einem ersten Ansatz wird mittels Laserablation Material von der Codescheibe abgetragen. Hierdurch wird die Scheibe partiell transparent. In einem parallel verfolgten Ansatz wird das Absorptionsverhalten des Materials der Codescheibe durch Laserbestrahlung verändert, und diese so lokal transparent. Neben der Erforschung und Untersuchung geeigneter Materialien müssen abhängig von der ausgewählten Methode Laserquellen und -optiken ausgewählt und ausgelegt werden. Die Anforderungen an Präzision und Geschwindigkeit sind hierbei sehr hoch. Die benötigte Laserleistung variiert stark, abhängig vom gewählten Material. Während des Schreibprozesses muss die Position des Lasers in Relation zur Codescheibe permanent unter Berücksichtigung des Drehwinkels erfasst und messtechnisch ausgewertet werden. Um das skizzierte Verfahren perspektivisch wirtschaftlich umzusetzen, soll weiterhin eine entsprechende Online-Prozessregelung erforscht werden. Zuletzt soll ein Systemdemonstrator erstellt werden, in welchem die genannten Schritte und Komponenten zusammengeführt werden, um so den Gesamtprozess von der Einbringung der unbeschriebenen Einheiten, über die Beschriftung und Vermessung bis hin zur Überprüfung abzubilden und hinsichtlich Qualität, Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit zu bewerten.

Ansprechpartner

Dr.Tim Haupricht
+49 211 6214-477

Projektdetails

Koordinator

Mathias Wenzler
SICK STEGMANN GmbH
Dürrheimer Str. 36, 78166Donaueschingen
+49 771 807-177

Projektvolumen

2,3 Mio. € (ca. 58,5 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.06.2016 - 31.12.2019

Projektpartner

SICK STEGMANN GmbHDonaueschingen
Universität Stuttgart - Fakultät 7 Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik (Maschinenbau) - Institut für Technische OptikStuttgart
Allresist Gesellschaft für chemische Produkte und Mikrostrukturierung mbHStrausberg
ACSYS Lasertechnik GmbH - Niederlassung MittweidaMittweida
STVision GmbHHaag