Lineare LVDT-Aufnehmer zur Dimensions- und Geometriekontrolle

Digitale Linearwandler und LVDTs sind wesentliche Werkzeuge für präzise Messungen bei der Dimensions- und Geometriekontrolle mechanischer Teile. In Produktionsprozessen eingesetzt, garantieren sie Zuverlässigkeit, Effizienz und die Einhaltung erforderlicher Toleranzen, verbessern die Qualitätskontrolle und reduzieren Fehler in den anspruchsvollsten Industriebereichen.

LVDT- Lineartransducer ermöglichen präzise Messungen an mechanischen Teilen oder an beliebigen Objekten, die mit einem Tastkopf gemessen werden können.

In Kombination mit speziellen Signalverstärkern ermöglichen sie die Messung von dimensionalen Merkmalen (Dicken, Breiten, Positionen, Höhen, Durchmesser, Ovalität) und geometrischen Merkmalen (Ebenheit, Parallelität, Rechtwinkligkeit, Oszillation, Exzentrizität und Koaxialität) mit millisekundengenauer Präzision selbst an komplexen mechanischen Teilen.

Es können LVDT-Transducer mit Federantrieb (mit fester mechanischer Vorspannung) oder LVDT-Lineartransducer mit pneumatischer Betätigung hergestellt werden, die sich besonders für automatische Messsysteme eignen.

Einige Familien von LVDT-Sonden können mit einem vakuumbasierten Verschiebemechanismus hergestellt werden.

Aufnehmer mit radialem Kabelausgang, mit axialem Kabelausgang oder mit Schnellkupplungssystemen sind möglich.

RODER fertigt komplette "schlüsselfertige" Systeme, bestehend aus LVDT-Sonden, Verstärkern und elektronischen Steuerungen, Datenerfassungssystemen und einer speziell entwickelten Software für die statistische und mechanische Steuerung.

Die Messsysteme von RODER finden Anwendung in vielen Industriezweigen: Feinmechanik, Blechbearbeitung, Kunststoffverarbeitung, Elektromedizin, Metallurgie sowie Eisen- und Stahlindustrie.

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Anwendungen von LVDT-Wandlern

Typische Anwendungen von Messsystemen auf Basis von LVDT-Wandlern betreffen die Messung von mechanischen Teilen, die in Kunststoffen hergestellt werden, im Glasbereich und im Bereich der Verformungsbearbeitung.

Maß- und geometrische Messungen und Prüfungen an Stanz- und Schnittteilen

LVDT-Sonden in Kombination mit den MODULCHECK-Systemen von RODER ermöglichen die schnelle Online-Messung der Ebenheit von Stanz-, Loch-, Walz- oder Druckgussteilen . Die Ebenheitsmessung erfolgt mit einem Sensorarray, das Abweichungen von einem zertifizierten Kalibrierstandard erkennt. Das Messergebnis ist eine Karte der geprüften Bereiche mit der entsprechenden numerischen Abweichung von der Idealform.

Eine äußerst intuitive grafische Darstellung ermöglicht die schnelle und zuverlässige Ermittlung von Abweichungsbereichen . Alle gewonnenen Daten können für statistische Berechnungen (Sigma, Cp, Cpk, Cm, Cmk) oder zur Erstellung von Regelkarten (XS, XR, Prozesstrend, Grundgesamtheitsverteilung) verwendet werden.

Formkontrolle bei großen Partikeln

LVDT-Lineartransducer in Kombination mit MODULCHECK-Systemen von RODER ermöglichen die Formprüfung von Objekten beliebiger Größe und aus beliebigen Materialien . Die Formprüfung erfolgt durch Vergleich mit einem Referenzmuster , wobei Abweichungen schnell und intuitiv hervorgehoben werden. Es können Signale für Überschreitungen der Toleranz oder Teilkonformität des Produkts generiert werden. Das System lässt sich auch in robotergestützten Prüfbereichen und unbemannten Prüfständen einsetzen . In dieser Konfiguration können alle Prüfvorgänge direkt von einer SPS oder einem automatisierten Produktionssystem gesteuert werden.

Schwingungs- und Exzentrizitätsmessungen an rotierenden Teilen

LVDT-Taster in Kombination mit den MODULCHECK-Systemen von RODER ermöglichen die Bestimmung der geometrischen Eigenschaften von Werkstücken, die auf Reitstöcken rotieren . So lassen sich Durchmesser, Ovalität und Schwingungen sowie Rundheit, Zylindrizität und radiale Profildaten des Objekts messen (wichtig für Anwendungen wie die Nockenwellenvermessung). Die Messung kann auch mit speziell für diese Art der Kontrolle entwickelten Messgeräten im Metrologielabor oder in der Fertigungslinie erfolgen (3D-Messmaschinen, Profilometer, optische Messgeräte).

Gemeinsame Merkmale der von RODER vorgeschlagenen Systeme

Hervorragende Wiederholgenauigkeit, Haltbarkeit und Langlebigkeit.
Alle LVDT RODER-Sonden sind kugelgelagert, mit Ausnahme der Miniatur-Axialsonden.
Die Kugellagerführung ist sehr unempfindlich gegen die auf den Messstab ausgeübten Radialkräfte. Eine Verdrehsicherung sorgt für eine perfekte Bewegung des mechanischen Führungssystems.
Die axialen Sondenführungen sind durch einen elastomeren Qualitätsschutzbalg hochgradig gegen das Eindringen von Flüssigkeiten (Öl) oder Feststoffen (Staub) geschützt.
Die Einsätze (Messeinsätze) können ausgetauscht oder ersetzt werden. Eine große Auswahl an geometrischen Formen und Größen ist verfügbar.
Die Messkraft kann durch Ändern der Feder je nach Sondenmodell eingestellt werden.
Durchmesser des Sondengehäuses von 8 mm. Es kann über die gesamte Länge blockiert werden.
Schutzart IP65 nach IEC 60529.
Umfangreiches Zubehör, einschließlich Messeinsätzen, Federsätzen usw.
LVDT-Sonden, die mit Messgeräten anderer Hersteller kompatibel sind, sind auf Anfrage erhältlich.

RODER bietet eine komplette Familie von LVDT-Sensoren (Analog Electronic Probes) und speziellen Messinstrumenten für die anspruchsvollsten Anwendungen.

Standardsonden LVDT RODER

Standardsonden, auch Halbbrückensonden genannt, arbeiten nach dem elektrischen Prinzip der Magnetkopplung. LVDT-Sonden können in Kombination mit Messgeräten anderer Hersteller verwendet werden, um ein vollständiges Spektrum an Messungen und geometrischen Messungen zu erhalten.

Diese Sonden sind als LVDT-Sonden (Linear Variable Differential Transformer) bekannt. Alle elektronischen Sonden von RODER können sowohl mit internen oder externen manuellen Instrumenten als auch in Kombination mit anderen typischen Messinstrumenten und Halterungen verwendet werden.

RODER ist in der Lage, axiale Messspitzen mit linearer Verschiebung des Messschafts, Winkelmessspitzen mit Kipphebel oder parallelen Führungswellen , die speziell für mehrdimensionale Geräte entwickelt wurden, sowie alle anderen Geräte zur Prozesskontrolle zu liefern und so viele Montagekomponenten einzusparen, die – bis auf wenige Ausnahmen – im Wesentlichen Vergleichsmessungen durchführen.

Anhand einer Hauptvorlage, die eine Maßverkörperung, ein Kalibrierring oder ein anderes als solches akzeptiertes Werkstück sein kann, werden unterschiedliche Abmessungen des Prüflings verglichen.

Alle Messungen werden mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit durchgeführt und ermöglichen eine Produkt- und Prozesszertifizierung in Echtzeit.

Was ist ein LVDT-Linearaufnehmer?

LVDT steht für Linear Variable Differential Transformer (Linearer variabler Differenzialtransformator) . Es handelt sich um einen elektromechanischen Wandler, der die lineare Bewegung eines mechanisch gekoppelten Objekts in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. LVDT-Positionssensoren können Bewegungen von wenigen Millionstel Millimetern bis zu mehreren Millimetern messen.

Die interne Struktur des LVDT-Sensors besteht aus einer Primärwicklung, die zwischen einem Paar von Sekundärwicklungen zentriert ist, die symmetrisch von der Primärwicklung beabstandet sind. Die Spulen werden auf einen einzigen thermisch stabilen Träger gewickelt, gegen Feuchtigkeit gekapselt, in eine hochpermeable magnetische Abschirmung gewickelt und dann in einem zylindrischen Edelstahlgehäuse befestigt. Diese Spulenanordnung ist üblicherweise das stationäre Element des Positionssensors.

Das bewegliche Element eines LVDT ist eine separate rohrförmige Verstärkung aus magnetisch durchlässigem Material. Dies wird als Kern bezeichnet, der sich frei axial innerhalb des hohlen Lochs der Spule bewegen und mechanisch mit dem Objekt gekoppelt ist, dessen Position gemessen wird. Während des Betriebs wird die Primärwicklung des LVDT durch einen Wechselstrom angemessener Amplitude und Frequenz erregt, der als Primärerregung bezeichnet wird.

Das elektrische Ausgangssignal des LVDT ist die Differenzwechselspannung zwischen den beiden Sekundärwicklungen, die sich mit der axialen Position des Kerns in der LVDT-Spule ändert. Gewöhnlich wird diese Wechselstrom-Ausgangsspannung durch geeignete elektronische Schaltungen in eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom mit hohem Pegel umgewandelt, was die Verwendung erleichtert.

Warum einen linearen LVDT-Aufnehmer verwenden?

Unendliche Auflösung

Da ein LVDT nach den Prinzipien der elektromagnetischen Kopplung in einem völlig analogen System arbeitet, kann er unendlich kleine Variationen in der Position des Kerns messen. Dieses unbegrenzte Auflösungsvermögen wird nur durch Rauschen in einem LVDT-Signalaufbereiter und die Auflösung der Ausgangsanzeige begrenzt. Dieselben Faktoren verleihen einem LVDT seine außergewöhnliche Wiederholbarkeit.

Wiederholbarkeit des Nullpunktes

Die Position des zentralen Nullpunkts eines LVDT ist selbst in seinem weiten Betriebstemperaturbereich äußerst stabil und wiederholbar. Dadurch eignet sich ein LVDT gut als Referenzpositionssensor in Regelungssystemen und Hochleistungs-Servo-Auswuchtwerkzeugen.

Schnelle Dynamik

Die spezielle Konstruktion ermöglicht es einem LVDT, sehr schnell auf Änderungen der Position des Kerns zu reagieren. Das dynamische Verhalten eines LVDT-Sensors selbst wird nur durch die Trägheitseffekte der leichten Kernmasse begrenzt.

Absoluter Ausstieg

Ein LVDT ist ein absolutes Ausgabegerät im Gegensatz zu einem inkrementellen Ausgabegerät. Dies bedeutet, dass bei einem Stromausfall die vom LVDT gesendeten Positionsdaten nicht verloren gehen. Beim Neustart des Messsystems bleibt der Ausgangswert des LVDT unverändert, bevor die Stromversorgung unterbrochen wurde.

Einige Beispiele für lineare LVDT-Aufnehmer

Der induktive Wegaufnehmer , auch LVDT genannt , ist ein elektromagnetisches Gerät zur Messung kleiner Verschiebungen. Der LVDT-Aufnehmer zeichnet sich durch hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit selbst unter rauen Betriebsbedingungen und bei Vorhandensein von Verunreinigungen aus.

Unsere Positions- und Wegaufnehmer sind robust und zuverlässig und gewährleisten eine lange Lebensdauer. Sie bieten Messbereiche von 0,2 bis 10 mm. Wirtschaftliche, miniaturisierte, druckbeaufschlagte und federbelastete Ausführungen sind mit oder ohne integrierter Elektronik erhältlich.

Auch LVDT-Sensoren mit größeren Messbereichen, kundenspezifischen Bauformen und größeren thermischen Auslenkungsbereichen sind möglich.

Konstruktionshinweise von LVDT-Linearaufnehmern

Der Wandler besteht aus einem Rohr mit drei parallel angeordneten Wicklungen, die einen beweglichen ferromagnetischen Zylinderkern enthalten. Die mittlere Wicklung wird als Primärwicklung , die beiden anderen als Sekundärwicklungen bezeichnet . Die Primärwicklung ist an einen Wechselspannungsgenerator angeschlossen, die Ausgangsspannung wird an den Enden der Sekundärwicklungen gemessen.

Wenn sich der Kern in der Mitte befindet, ist die an den Sekundärwicklungen induzierte Spannung, die in einer nicht übereinstimmenden Richtung gewickelt ist, gleich, aber entgegengesetzt, so dass das gemessene Spannungssignal praktisch Null ist. Wenn sich der Kern jedoch bewegt, ändern sich die gegenseitigen Induktivitäten, und je nachdem, ob er sich nach links oder rechts bewegt, ist die induktive Kopplung mit der Sekundärseite links oder rechts größer. Folglich ändert sich das Ausgangssignal proportional zur Verschiebung des Kerns.

LVDT-Wandlerverstärker

Zur Umwandlung des LVDT-Ausgangssignals werden sogenannte phasendiskriminierende Demodulatoren verwendet . Diese elektronischen Geräte ermöglichen es, den Effektivwert der Spannung, der die Auslenkung repräsentiert, zu extrahieren und zu bestimmen, auf welcher Seite der Nullstelle die Auslenkung auftritt. Der bekannteste Demodulator verwendet eine doppelte Graetz-Brücke, die das von den Sekundärwicklungen kommende Wechselstromsignal gleichrichtet und dessen algebraische Summe berechnet. Anhand des Vorzeichens der Summe lässt sich ermitteln, auf welcher Seite der Nullstelle die Auslenkung erfolgte.

LVDT ist ein sehr empfindlicher Wandler, der Verschiebungen in der Größenordnung von Mikrometeranteilen messen kann. Abhängig von der Netzfrequenz des Primärteils und der Masse des Kerns gibt es Grenzfrequenzen von einigen hundert Hertz und daher gute dynamische Reaktionen auf schnelle Bewegungen, die sich mit der Zeit ändern.

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