Seien es Wellenfehlbewegungen, Rotordynamiken oder thermische Stabilitäten, Spindellösungen von Levicron verlangen an vielen Stellen Komponentenentwicklungen, welche bei anderen Spindelherstellern zugekauft werden können. Solche Unterentwicklungen können wiederum zu Produkten mit einzigartigen Eigenschaften weiterentwickelt und dem Markt zur Verfügung gestellt werden. Dies trifft in Konsequenz auch auf den Nachweis von Spindelqualitäten und -leistungen zu, für welche Levicron seit Bestehen Prüf- und Messmethodiken entwickelt haben, welche in Auflösung, Handhabung und Abtastraten einzigartig sind.
Über “ShakesBear”
Mit unseren Spindeltest- und prüfsystemen „ShakesBear, Hamlet“ und „ShakesBear, Othello“ stellt Levicron dem Endkunden oder dem Maschinenhersteller Prüfkomplettsysteme zur Messung von dynamischen Rundläufen, Resonanzkarten und der Rotationstreue von Spindelsystemen zur Verfügung. Alle Messungen werden als Protokoll und Rohdaten in einer übergeordneten Spindeldatenbank jederzeit wiederaufrufbar abgelegt. Die ShakesBear Software vereint alle Mess-, Aufzeichnungs- und Verwaltungsmodule und erlaubt ein zentrales und selbsterklärendes Arbeiten und Verwalten.
Durch die Verfeinerung von Hard- und Software ermöglichen unsere ShakesBear Systeme, Othello und Hamlet V3 maßgeschneiderte dynamische Spindeltests mit Nanometerauflösung bei Drehzahlen bis zu 100.000 Upm.
Demo verfügbar
Sie möchten sich erst ein Bild machen? Hierfür haben wir eine ShakesBear Demo generiert. Zwar erhalten Sie ohne die dazugehörige Hardware keine wirklich Funktion, können sich aber mit dem Aufbau, der Bedienung sowie der Datenbankfunktionalität vertraut machen.
Kontaktieren Sie uns gerne und wir senden Ihnen einen Download-Link (*.iso Datei)
Spindelfehleranalysen (Error-Motion) nach ISO230-7 für Ultrapräzisionsspindeln sind nicht einfach. Eine Auflösung unter 1 nm bei Drehzahlen von bis zu 100.000 Upm erfordert nicht nur eine anspruchsvolle Hardware, sondern ebenfalls eine raffinierte und schnelle Software. Zum Beispiel ist das Objekt, gegen das gemessen wird nie perfekt rund und verformt sich mit der Geschwindigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft.
Mit unserem Multi-Sensor-Setup wird dieser dynamische Formfehler automatisch und kontinuierlich von den Synchronisationsfehlern der Spindel getrennt. Ebenfalls müssen die Winkel zwischen den Sensoren genau bekannt sein. Mit einem integrierten Algorithmus berechnet unsere ShakesBear Software genau diese Winkel, was das Einrichten der Sensoren um einiges vereinfacht. Unsere Software enthält alle wesentlichen Testwerkzeuge, die wir für unseren internen Gebrauch entwickelt haben und verfügt über zwei dynamische Datenbankeinheiten. Eine für die Produkte und eine für das System an sich. Während es uns gelungen ist, die SEA (Spindle Error Analysis) für unsere Spindelprodukte in unserer Produktion vollständig zu automatisieren, haben wir zusätzlich das gesamte System zu unserem neuen ShakesBear V3 weiterentwickelt.
ShakesBear, Hamlet
Das Spindelanalysekomplettsystem „ShakesBear Hamlet“ wurde explizit zur Bestimmung der Rotationstreue (Error-Motion) eines rotierenden Systems entwickelt, welches eine direkte Fehlertrennung zwischen der Spindelsynchron- und Artefaktformfehler mit Nanometerauflösungen für Spindeldrehzahlen bis 100.000 Upm erkennt. Vereint in ein mobiles Gehäuse, erlaubt dies den Anschluss eines Pc‘s sowie der Sensorik, wobei alle Verstärker- und Treibereinheiten im Gehäuse integriert sind. Mit vier hochauflösenden und schnell abtastenden Abstandssensoren wird die radiale und axiale Rotationstreue mit automatischer Fehlertrennung von Spindelsynchron- und Artefaktformfehler in einer Messung bestimmt, aufgezeichnet und als Bericht und Rohdaten gespeichert.
Gerne bieten wir Ihnen maßgeschneiderte Anbindungsadapter für das zu untersuchende Spindelsystem an.
Die Qualifizierung unserer Spindellösungen auf die von uns vorgegebenen Werte erfordert eine Reihe von Testmodulen. Mit unserer ShakesBear Suite, Version 3, haben wir alle wesentlichen Prüfmethoden, die wir seit der Gründung von Levicron entwickelt haben, zusammengefasst. Dazu gehören:
- Der dynamische Werkzeugrundlauf, die Spindelschwingungen und Resonanzdrehzahlkarten
- Das axiale Wellenwachstum und die Temperatur mit der Zeit und Spindeldrehzahl
- Die FFT (Fast Fourier Transformation)- Analyse und Impulsantwort
- Die digitale Schleppzeiger Messuhr
- Spindel Fehler Analyse (SEA, Error-Motion), DIN-ISO230-7
Mit diesen Prüfmethoden kann der Anwender seine oder andere Spindelprodukte qualifizieren und zudem maschinendynamische Analysen mit der Spindel als spanende Kraft abdecken. Alle Mess- und Produkteigenschaften sind Teil einer System- und Produktdatenbank, die von uns oder dem Anwender vollständig anpassbar ist.
Zusammen mit Beschleunigungsaufnahmen, einem Lasertacho und kapazitiven Messtastern mit Nanometerauflösung und einer sehr schnellen A/D-Wandlung ist die Hardware so ausgelegt, dass sie optional mit der Softwarte zusammenarbeitet. Selbst auf Nanometerebene, bei Drehzahlen bis zu 100.000 Upm.
ShakesBear, Othello
Das Spindelprüfkomplettsystem „ShakesBear, Othello“ zielt auf die Erfassung von dynamischen Größen wie den Werkzeugrundlauf, der thermischen Dilatation sowie Spindel- und Systemresonanzkarten ab. Es wurde für den Einsatz für Maschinenhersteller entwickelt, welche Spindeleigenschaften im eigenen Prüffeld oder im mobilen Einsatz bei Endkunden prüfen möchten. Das Prüfsystem ermöglicht mit optional erhältlichen, integrierten Bedien- und Recheneinheiten einen mobilen und flexiblen Einsatz (mit Raspberry Pi und Touchscreen). Auch hier sind alle Verstärker-, Filter- und Treibereinheiten in einem Gehäuse integriert, sodass die Sensorik direkt angeschlossen werden kann. Neben den Spindeleigenschaften sind mit diesem Analysesystem auch Untersuchungen am Gesamtsystem integriert, welche Aufschluss über die Maschineneigenfrequenzen mit der Spindel als Anregende geben.
Gerne bieten wir Ihnen maßgeschneiderte Anbindungsmöglichkeiten für die zu untersuchende Maschinenspindel.
| ShakesBear, Hamlet | ShakesBear, Othello | ||
| Allgemein | Stromanschluss mit Absicherung | 240 VAC | 240 VAC |
| Integrierter PC, Touchscreen | n.v. | optional | |
| USB 2.0 (oder höher) Anschluss | ja | ja | |
| A/D Wandlung | Auflösung | 16 bit | 16 bit |
| Kanäle | 8 | 8 | |
| Kanalart | differenziell | differenziell | |
| Abtastrate pro Kanal | 1,25 MS/s | 250 kS/s | |
| Signalart | +/- 10 V | +/- 10 V | |
| Abstandssensorik | Messprinzip | kapazitiv | kapazitiv |
| Arbeitsabstand | 50 µm | 50 µm | |
| Messauflösung | 1,7 nm | 1,7 nm | |
| Abtastfrequenz | 100 kHz | 100 kHz | |
| Sensoranzahl | 4 | 1 | |
| Beschleunigunssensorik | Messprinzip | Piezo-Masse | Piezo-Masse |
| Grenzfrequenz | 18 kHz | 18 kHz | |
| Empfindlichkeit | 1 V/g | 1 V/g | |
| Sensoranzahl | 0 | 1 (2 optional) | |
| Softwaremodule | Spindel-/Maschinendatenbank | X | X |
| Serveranbindung | X | X | |
| Dyn. Rundlauf, Schwingschnelle und Resonanzkarte | X | ||
| Axiale Dilatation, Temperatur und Drehzahl über Zeit | X | ||
| FFT-Impulsantwort | X | ||
| Dig. Schleppzeigermodul (Abstandssensoren) | X | X | |
| Spindle Error Analyse (SEA), radial | X | ||
| Spindle Error Analyse (SEA), axial | X |
Module
ShakesBear Hamlet
Rotationstreue (Error-Motion)
Die größte Verschiebung der Wellenrotationsachse von einer idealen in eine radiale oder axiale Richtung wird als Rotationstreue (Error-Motion) definiert. Die ideale Rotationsachse ist hierbei diejenige, bei der das Mittel aller Abweichungen am kleinsten ist.
Spindelfehler können als Synchron- und Asynchronfehler differenziert werden, wobei
- Synchronfehler sich bei jeder Wellenrotation an der gleichen Winkelposition wiederholen und
- Asynchronfehler nicht wiederholbar sind.
Der Rundlauffehler (Fundamentale) – als perfekter Kreis im Fehlerdigramm darstellbar – entspricht einem exzentrisch eingespannten Artefakt oder Werkzeug und ist somit kein Spindel-, sondern ein Werkzeugfehler.
Somit gilt für de Rotationstreue (Error-Motion) in radialer Richtung:
∑Synchronfehler + ∑Asynchronfehler – Fund. (Rundlauf)
Automatische Fehlertrennung:
Die Messung zur radialen Rotationstreue geschieht gegen die Welle selbst oder gegen ein mitrotierendes Objekt, wie zum Beispiel ein Werkzeug – oder besser – den Äquator einer Kugel. Die Formfehler des angemessenen Objektes sind jedoch wiederholbar und werden somit als Synchronfehler identifiziert. Zwar gibt es Methoden für eine Trennung dieser Fehler durch eine Umorientierung von Sensoren und Artefakt, diese sind jedoch zeitaufwendig und fehlerbehaftet.
Unter Verwendung von drei senkrecht zur Rotationsachse orientierten Abstandssensoren und komplex transformierten Berechnungsmethoden im Frequenzspektrum, hat Levicron mit „ShakesBear Hamlet“ ein Komplettsystem entwickelt, welches Synchron- und Artefaktformfehler direkt während der Messung trennt, ermittelt, darstellt und protokolliert.
ShakesBear Othello
Dynamischer Werkzeugrundlauf und Schwingschnellen über Drehzahl
Mittels eines kapazitiven Abstandssensors kann der Rundlauf mit 2 nm Auflösung und Abtastfrequenzen von 100 kHz für Drehzahlen bis 100.000 Upm zuverlässig ermittelt werden. Der Piezo-Masse-Beschleunigungssensor misst gleichzeitig die Schwingschnellen. Ein verbundener Trigger oder der mitgelieferte Laser-Phasensensor erkennt hierbei die Drehzahl und bezieht die gemessenen Werte auf diese zu einem zusammenhängenden Graph.
ShakesBear Othello
Resonanz- und Eigenfrequenzkarten
Aufgrund der hohen Auflösung erfasst der Abstandssensor oder der Beschleunigungssensor nicht nur die Amplitudenwerte bei der jeweiligen Drehfrequenz, sondern alle bis zu einer Grenzfrequenz von 4 kHz. Demnach sind bei der jeweiligen Drehzahl auch Schwingungen über den gesamten Frequenzbereich mess- und darstellbar.
Die Resonanz- und Eigenfrequenzkarte erstellt kontinuierlich ein FFT-Spektrum über Drehzahl. Sie reiht dieses drehzahlgeordnet aneinander (Wasserfall-FFT) und betrachtet es von oben. Die Spitzen sind dunkel und die Täler hell dargestellt. Dies erlaubt die Identifikation von Spindel- und Systemeigenfrequenzen mit der Fundamentalen (Drehfrequenz) als Anregende. Ein Kreuzen der Fundamentalen mit einer der Systemeigenfrequenzen kann als zu vermeidende Resonanz identifiziert werden. Zur Identifikation von Eigenfrequenzen, welche dominant durch die Spindel verursacht werden, wird der Abstandssensor als Quelle genutzt. Mit dem Beschleunigungssensor als Quelle hingegen können Eigenfrequenzen des gesamten Systems erfasst werden, mit der Spindel als anregende Quelle und der Drehfrequenz als Fundamentale. Der Beschleunigungssensor kann hierfür in beliebige Richtung und an beliebiger Stelle im System messen.
ShakesBear Othello
Wellendilatation, Temperatur und Drehzahl über Zeit
Eine axiale Ausrichtung des Abstandssensors gegen die Welle oder ein Werkzeug erlaubt die Erfassung der axialen Position der angemessenen Fläche über Zeit. Durch einen frei platzierbaren Temperatursensor kann gleichzeitig die Temperatur an dieser oder einer anderen Stelle erfasst werden. Mit einem angeschlossenen Drehzahltrigger oder dem mitgelieferten Laser-Phasengeber kann parallel zusätzlich die Drehzahl erfasst werden. Dies erlaubt die Messung der zeitlichen Änderung der axialen Wellenposition, der anliegenden Drehzahl und einer Temperatur über Zeit.
ShakesBear Othello
2-Kanal-FFT mit Peak-Hold (Hammerschlagspektrum)
Mit wahlweise den eingesetzten Beschleunigungssensoren oder den kapazitiven Abstandsensoren als Quelle bietet das FFT-Modul ein einfach zu bedienendes Werkzeug, um Amplituden des Frequenzspektrums und damit kritische Frequenzen grafisch darzustellen. Mit der integrierten Peak-Hold-Funktion kann das Hammerschlag- oder auch Impulsantwortspektrum bei stehender Spindel und einem Impuls gegen die Spindelwelle ermittelt werden und gibt direkten Aufschluss über die Spindelfrequenzen. Der Impuls kann hierbei als Zusammensetzung unendlich vieler Harmonischer angesehen werden, wobei hiermit jede Frequenz im Spektrum angeregt wird und Resonanzfrequenzen als Überhöhungen sichtbar werden.
ShakesBear Hamlet & ShakesBear Othello
4-fach digitales Schleppzeigerinstrument
Zur Einrichtung der kapazitiven Abstandssensoren als auch zur radialen Ausrichtung des Messartefaktes ist ein digitales Schleppzeigerinstrument enthalten, welches das simultane Einmessen von bis zu vier Sensoren erlaubt.
Das Schleppzeigerinstrument kann zum Beispiel auch genutzt werden, um den statischen Werkzeugrundlauf zu messen.
ShakesBear Hamlet & ShakesBear Othello
Spindel-/ Maschinendatenbank
Insbesondere für eine Zertifizierung – zum Beispiel gemäß ISO9001/9002 – müssen Messergebnisse zur jeweiligen Produktseriennummer nachverfolgbar und wiederaufrufbar sein. Aus diesem Grunde hinterliegt allen unseren Spindel und Maschinendynamikanalysesystemen eine Datenbank, welche alle Messergebnisse sowohl als Protokoll als auch als Rohdaten speichert. Hierzu wird eine Ordnerstruktur für die jeweilige Seriennummer in einem anzugebenden Pfad erstellt und die Daten dort hinterlegt. Bei einem Wiederaufruf der jeweiligen Produktseriennummer sind diese Daten dann direkt wieder verfügbar.
