Renishaw erweitert sein bestehendes Portfolio an Encodern mit funktionaler Sicherheit (FS) um zwei neue Messsysteme: das absolute, offene, optische Messsystem Resolute FS mit BiSS Safety sowie das inkrementelle offene, optische Messsystem Tonic FS. Beide Systeme eigenen sich sowohl für die Weg- als auch die Winkelmessung.

Das optische, absolute Messsystem Resolute Functional Safety beruht auf der Technik der Resolute- Familie und -Elemente, deren Bauweise entsprechend den FS-Sicherheitsanforderungen geändert wurde. Das optische Messsystem Tonic Functional Safety verbindet vollumfängliche FS-Konformität mit der Messleistung und absoluten Zuverlässigkeit der bewährten Tonic-Baureihe. Das Resolute-FS- und das Tonic-FS-Messsystem sind nach ISO 13849 Kategorie 3 PLd, IEC 61508 SIL2 und IEC 61800-5-2 SIL2 zertifiziert.
Eine volle FS-Zertifizierung ist notwendig, um den Betrieb von Funktionen wie Sichere Stopps 1 und 2, Sicherer Betriebshalt (SOS) und Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS), die alle Encoder mit funktionaler Sicherheit erfordern, sicherzustellen. Ein Beispiel der SLS-Funktion aus der Praxis ist zum Beispiel, wenn eine verriegelte Maschinenverkleidung im normalen Betrieb geöffnet wird. Die SLS-Funktion begrenzt daraufhin die Vorschubgeschwindigkeit auf 0,1 m/s und die Spindeldrehzahl auf 100 min-1 und reduziert somit die Verletzungsgefahr. Resolute-FS-Messsysteme sind mit dem seriellen Open-Source-Kommunikationsprotokoll BiSS Safety und dem Drive-CLiQ-Protokoll1 von Siemens kompatibel. Tonic-FS-Messsysteme sind mit der analogen Tonic-Ti-000-Schnittstelle und Dual-Output-(DOP)-Interface-Optionen erhältlich.

Klar im Vorteil

Renishaws Resolute-Messsystem ist das laut Hersteller weltweit modernste einspurige absolute berührungslose Messsystem. Es bietet eine Auflösung von bis zu 1 Nanometer, eine ausgezeichnete Langzeitzuverlässigkeit, sofortige Betriebsbereitschaft nach dem Einschalten ohne Referenzpunktanfahren sowie eine sehr schnelle Messfähigkeit mit Geschwindigkeiten bis zu 100 m/s. Die Resolute-Baureihe eignet sich optimal für hochentwickelte Motion-Control-Anwendungen und ermöglicht eine gleichmäßige Geschwindigkeitsregelung mit einem zyklischen Fehler (SDE) von < ±40 nm sowie eine hohe Positionsstabilität über Rauschen (Jitter) von < 10 nm RMS.
Die Vorteile eines offenen, absoluten Messsystems gegenüber geschlossenen Bauweisen sind unter anderem Ring-Systeme mit großem Durchlass für einen einfachen Einbau, flache Komponenten mit geringer Trägheit und kein Verschleiß aufgrund berührender Teile. Außerdem bietet die einfache Installation der Resolute- Messsysteme aufgrund von großzügigen Einstelltoleranzen und einer integrierten Einstell-LED, eine hohe Verschmutzungstoleranz sowie der IP64-Schutzklasse eine hohe Leistung, selbst mit langen Achsen, wie sie in der Schwerindustrie Anwendung finden.
Renishaws Tonic-FS-Messsysteme bietet alle Vorteile der industrieerprobten Tonic-Weg- und Winkelmesssysteme. Das System verfügt über Renishaws bewährte Filteroptiken der dritten Generation sowie eine dynamische Signalverarbeitung, einschließlich Auto-Gain-Control und Auto-Offset-Control. Die Hochleistungsoptik ermöglicht einen geringen internen zyklischen Fehler (SDE) und ein sehr geringes Rauschniveau (Jitter). Das Ergebnis ist eine verbesserte Geschwindigkeitsregelung und bestmögliche Positionsstabilität für vielfältige Positionierungsaufgaben.

Resolute FS im Überblick

Das absolute Resolute-Messsystem wurde entwickelt, um Positionsdaten in Motion-Control-Anwendungen mit Linear- und Rotationsachsen zu liefern. Es besteht aus einem fein graduierten Präzisionsmaßstab und einem elektrisch-optischen Abtastkopf. Die Messsysteme der Familie erfassen ein eindimensionales Bild eines barcode-ähnlichen Musters auf dem Maßband und verarbeiten die Positionsdaten mithilfe einer schnellen Bildverarbeitung. Die ursprüngliche Technik der Resolute-Familie beinhaltet Fehlerprüfmechanismen, die eine fundierte Grundlage für eine vollständige Weiterentwicklung sicherheitsrelevanter Elemente mit optimierter Überwachung und höherem Diagnosedeckungsgrad bieten. Die Messsysteme sind in der Lage, das gemäß IEC 61800-5-2 vorgeschriebene FS-EMV-Leistungsniveau zu erzielen und erfüllen dieselben Grenzwerte im Hinblick auf allgemeine Umgebungsbedingungen wie die Resolute-Standardsysteme.
Die vom Messsystem berechnete Position wird aus zwei verschiedenen Verfahren abgeleitet. Das Messsystem bestimmt die Position allein anhand eines Bildes auf dem Maßband. Anschließend ermittelt der Algorithmus zur Überprüfung der Position2 eine zweite grobe Position, indem die beiden aktuellsten korrekten Messungen zur Bestimmung der aktuellen Position zeitnah extrapoliert werden. Beträgt die Differenz zwischen gemessenen groben Messwert und extrapolierten Werten mehr als eine halbe Teilungsperiode, wird ein Fehlerzähler um einen Schritt erhöht. Sobald der Fehlerzähler auf Fünf steht, wird eine Fehlerkennzeichnung an die Steuerung gesendet, die daraufhin die Maschine stoppt. Resolute in der FS-Variante prüft das oben beschriebene Verfahren noch einmal und führt zusätzlich eine Validierungsprüfung der Position gemäß den Anforderungen der IEC 61508 aus. Der Abtastkopf überträgt die Positionsdaten, einschließlich eines Lebenszeichenzählers, über ein zertifiziertes Ausgabeprotokoll.

Positionsbedingte Störungen reduziert

Der Resolute-FS-Abtastkopf ist mit einem hochgenauen ZeroMet-Maßstab, Edelstahlmaßstab, selbstklebendem Maßband, Winkelmessring aus Edelstahl oder dem hochgenauen Rexa-Winkelmessring erhältlich. Der Rexa-Messring ist zudem mit einer Dual-Input-Variante der Drive-CLiQ-Schnittstelle verfügbar, die Renishaw zur Verwendung mit zwei Resolute-Abtastkopfen entwickelt hat. Sie kompensiert die Auswirkungen von Lagerspiel und eliminiert alle ungeraden harmonischen Frequenzanteile einschließlich Exzentrizität.
Resolute-FS- und Tonic-FS-Maßverkörperungen sind dazu ausgelegt, positionsbedingte Störungen während des Betriebs zu minimieren. Lineare Maßverkörperungen werden entweder mit selbstklebender Rückseite oder dem Fastrack-Trägersystem auf dem Installationsuntergrund befestigt. Rotative Maßverkörperungen werden unter genauer Einhaltung der Installationshinweise des Resolute-FS-/Tonic- FS-Encoder-Installationshandbuchs und der entsprechenden Sicherheitshinweise installiert. Die Installationshinweise für die Abtastköpfe des Messsystems enthalten zudem Angaben zum empfohlenen Schraubentyp und Schraubensicherungslack.

Die wichtigsten Einsatzbereiche für FS-Messsysteme

Elektrische Leistungsantriebssysteme gemäß IEC 61800-5-2
Messsysteme sind unerlässlich für die korrekte Ausführung vieler vorgeschriebener Sicherheitsfunktionen für Anwendungen mit CNC-Werkzeugmaschinen und anderer Art, bei denen für die Bediener Verletzungsgefahr durch Schwermaschinen besteht. Resolute-FS- und Tonic-FS-Messsysteme können in sicherheitsrelevante Steuerungssysteme von drehzahlverändernden elektrischen Antrieben (Sicherheitsbezogen) integriert werden, um die folgenden Sicherheitsfunktionen zu unterstützen:

• Sicherer Stopp 1 (Safe stop, SS1)
• Sicherer Stopp 2 (SS2)
• Sicherer Betriebshalt (Safe operating stop, SOS)
• Sicher begrenzte Beschleunigung (Safe limited acceleration, SLA)
• Sicherer Beschleunigungsbereich (Safe acceleration range, SAR)
• Sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safe limited speed, SLS)
• Sicherer Geschwindigkeitsbereich (Safe speed range, SSR)
• Sicher begrenzte Position (Safely limited position, SLP)
• Sicher begrenztes Schrittmaß (Safely limited increment, SLI)
• Sichere Bewegungsrichtung (Safe direction, SDI)
• Sichere Geschwindigkeitsüberwachung (Safe speed monitor, SSM)

Neben der höheren Sicherheit profitieren Endnutzer auch von einer gesteigerten Produktivität und Verfügbarkeit ihrer Maschinen, da die Maschinen nicht mehr jedes Mal ausgeschaltet werden müssen, wenn Personen im Arbeitsbereich hantieren.

Sicherheitsrelevante Robotersteuerungssysteme, die gemäß ISO 13849 auszuführen sind

Resolute-FS- und Tonic-FS-Messsysteme können ebenfalls in sicherheitsrelevante Steuerungssysteme für Robotertypen des Leistungsgrads „d“ (PLd) integriert werden. Sie werden anhand der folgenden Normen definiert:

• Haushalts- und Assistenzroboter gemäß ISO 13482: Roboter, die einfache Aufgaben im Haushalt, der persönlichen Assistenz und Transporte ausführen.
• Industrieroboter gemäß ISO 10218-1: Roboter, die in einer Industrieumgebung betrieben werden, beispielsweise Rotoberarme in der Automobilfertigung.
• Serviceroboter gemäß ISO 18646-1: Roboter, die nützliche Aufgaben für Personen oder Ausrüstung ausführen, aber nicht in der Industrieautomation eingesetzt werden.