Témata
Reklama

Inovační snímací systém s rádiovým přenosem signálu

Inspekční sondy se u CNC obráběcích strojů používají ke zjišťování polohy a orientace obrobků během ustavování nebo ke snímání rozměrů a polohy důležitých prvků z důvodu kontroly a řízení procesu. Při snímání se sonda dotýká řady nespojitých bodů na povrchu obrobku. Každý kontakt doteku sondy s povrchem obrobku generuje spínací signál. Tento signál je předáván do řídicího systému stroje, kde dojde k zaznamenání a vyhodnocení polohy stroje v daném okamžiku

Vzhledem k tomu, že sonda je během činnosti nasazena do vřetena stroje, musí být spínací signál do CNC systému odeslán prostřednictvím systému dálkového přenosu dat. Existují tři hlavní přenosové technologie - indukční, optická (infračervená) a rádiová. Každá z těchto technologií předpokládá, že sonda je vybavena vysílačem, který signály podle aktuálního stavu sondy přenáší do přijímače, který je pevně kabelem připojen k řídicímu systému stroje.
Indukční přenos signálu se vyznačuje velmi malým dosahem (přijímač je namontován na konci vřetena). Naproti tomu optický a nízkovýkonový rádiový přenos umožňují vysílat až na vzdálenost několika metrů. Optický přenos signálu předpokládá přímou viditelnost mezi vysílačem a přijímačem a s výhodou využívá odrazů od reflexních ploch uvnitř stroje. Odrazy jsou využity také v případě rádiového přenosu signálu, kde významnou úlohu sehrává i difrakce vlnění kolem objektů ve stroji. Tato zařízení jsou tedy ideální pro větší stroje, kde může být sonda zasunuta do obrobku nebo na strojích s pěti osami, u nichž nemůže být zaručena přímá viditelnost mezi sondou a přijímačem.
Reklama
Reklama
Reklama

Klíčové faktory ovlivňující výkon a spolehlivost rádiového přenosu signálu

  • Rozprostřené frekvenční spektrum nebo stálá frekvence - existují jiná zařízení, která by mohla ve zvoleném frekvenčním pásmu pracovat? Jaké kroky byly podniknuty k umožnění jejich součinnosti?
  • Odolnost vůči rušení signálu - jak zajistit spolehlivou činnost sondy v prostředí, kde dochází k rušení?
  • Eliminace pásem necitlivosti - jak zachovat správnou činnost sondy v situacích, kdy odrazy uvnitř stroje vyvolávají rušivé signály?
  • Soulad s regulačními zákony - může být tatáž sonda používána v celosvětovém měřítku, aniž by se dostala do konfliktu s místními radiokomunikačními řády?
  • Technologie rádiového přenosu se stálou frekvencí

    Předchozí sondy s rádiovým přenosem, včetně modelů Renishaw MP16 a MP18, používaly systém přenosu s pevně nastaveným kanálem. V mezích schválené nízkovýkonové oblasti vysokofrekvenčního pásma (např. v Evropě a Japonsku v pásmu 433 MHz) je dostupná řada samostatných kanálů. Sonda a přijímač se při instalaci naladí na určitý kanál, který pak zůstane fixně nastaven do doby, kdy obsluha toto nastavení ručně změní. Například v pásmu 433 MHz používá společnost Renishaw 69 kanálů - každý s šířkou pásma 20 KHz. Tím je umožněno použití více sond v jediném provozu.

    Rádiový přenos s technologií FHSS (Frequency hopping spread spectrum)

    Vysílání s rozprostřeným frekvenčním pásmem umožňuje výkonnější komunikaci než jednokanálové vysílání, neboť signál se šíří v širším frekvenčním pásmu. Existují dvě hlavní technologie komunikace pomocí rozprostřeného pásma: Direct sequence spread spectrum (DSSS), kdy je signál o nízkém výkonu současně odeslán v širokém spektru frekvencí (podobně je tomu u bezdrátových sítí WiFi), a Frequency hopping spread spectrum (FHSS), kdy je signál s relativně vysokým výkonem vyslán v kódovaných sériích různých frekvencí, jež jsou identifikovány vysílačem i přijímačem (podobně jako u zařízení technologie Bluetooth nebo u systému rádiové sondy RMP60 společnosti Renishaw).
    Sonda Renishaw RMP60 je zařízením využívajícím technologii FHSS, jež pracuje v pásmu mezi 2,402 a 2,481 GHz, rozděleném na 79 kanálů, z nichž každý má šířku pásma 1 MHz. Systém sestává ze dvou modulů - RMP, jenž je integrován do sondy a upevněn do vřetena sondy, a modulu RMI, připojeného k systému CNC a namontovaného na libovolné statické části stroje.
    Přenos signálu technologií FHSS vyžaduje součinnost vysílače i přijímače přepínajících mezi kanály, přičemž využívají všechny kanály dostupné v pásmu. To jim umožňuje bezproblémovou činnost vedle jiných systémů FHSS a DSSS a dalších zařízení, jako jsou například mikrovlnné trouby, jež pracují ve stejném frekvenčním pásmu. Při značném rádiovém provozu omezuje přepínání frekvence možnost nechtěného monitorování přijímače či nežádoucího zachycování signálů sondy a napomáhá úspěšnému přenášení informací prostřednictvím správného přijímače.

    Přepínání frekvence sondy s technologií FHSS mezi řadou frekvencí v pásmu 2,4 GHz

    U první frekvence je spektrum volné, takže následuje přenos od sondy do přijímače. Po prvním přepnutí se frekvence přesune na kanál spadající do frekvenčního rozsahu obsazeného jiným zařízením s vyšším vysílacím výkonem. V takovém případě bude přenos sondy potlačen a nebude úspěšný. Potom frekvence přeskočí do bodu, kde se překryje se zařízením DSSS, jež vysílá v širokém frekvenčním pásmu, avšak s nízkým výkonem. Signál sondy má dostatečný výkon, aby přenos proběhl úspěšně, kdežto pro zařízení DSSS zůstává v šířce pásma dostatečný prostor k přenosu vlastních informací. Volná frekvence je podmínkou úspěšného přenosu. Sonda pokračuje v provádění řady možných sekvencí přepínání, takže postupně využije veškeré dostupné kanály.

    Odolnost vůči rušení signálu

    Od systémů FHSS se očekává činnost v rádiově rušném prostředí, v němž se nacházejí jiná zařízení používající rozprostřené spektrum či stálou frekvenci. Komunikační protokol Renishaw využívá jedinečný identifikátor sondy, který zajišťuje, aby modul RMI přijímal informace ze správné sondy a nikoli ze sond sousedících strojů. Další zabezpečovací funkcí je kódování signálu, detekce poruch, řada různých sekvencí přepínání kanálů a opakování přenosu v případě výrazného rušení signálu. Jestliže jednotka RMI nepřijímá platný signál z jednotky RMP ani po sérii opakovaných pokusů, bude výsledkem vypnutí příslušné sondy a chybový výstup vyvolá zastavení stroje.
    Aby došlo k rušení rádiového přenosu sondy, musel by se signál jiné sondy ve stejném čase překrýt se stejným kanálem a musel by potlačit její rádiový signál. Taková situace je velmi nepravděpodobná, neboť pásmo 2,4 GHz je vyhrazeno pro nízkovýkonový přenos, takže počet zařízení, která by mohla být v dosahu modulu RMI, nebude patrně vysoký. Nejpravděpodobnějším důsledkem působení rušivého signálu bude ztráta několika málo bitů komunikace. Aby byla komunikace sondy kompletně zablokována, muselo by dojít k přepínání stejnou kanálovou sekvencí ve stejném časovém intervalu jako u sondy. Ve skutečnosti je taková možnost velmi nepravděpodobná.

    Eliminace pásem necitlivosti

    Rádiové vlny procházejí mezi jednotkami RMP a RMI přímou cestou, ale také odrážením uvnitř stroje. Rádiové přenosy s jedinou vlnovou délkou mohou být omezovány pásmy necitlivosti, kde dochází k destruktivní interferenci mezi přímými a nepřímými vlnami (k úplnému rušení dochází v případě, že nepřímá vlna má stejnou amplitudu jako přímá vlna a je vůči ní fázově posunuta o 180 stupňů). Výrazné rušení může způsobit, že amplituda signálu zachyceného jednotkou přijímače poklesne pod práh její citlivosti.
    V situacích, kde k takovým potížím dochází, je důsledkem změny kanálu u systému s pevnou vlnovou délkou obvykle přesunutí nulového bodu do jiného místa ve stroji. Řada systémů s pevnou vlnovou délkou používá dva přijímače orientované vůči sobě v úhlu 90 stupňů, aby došlo ke snížení pravděpodobnosti výskytu nulových bodů v přijímači.
    Systém s přepínáním frekvence předchází výskytu pásem necitlivosti pravidelnou změnou kanálů. Frekvenční pásmo 2,4 GHz poskytuje rozsah vlnových délek od 0,121 m (kanál 78) do 0,124 m (kanál 00). Dráha odrazů je podstatně delší než přímá dráha (je delší přinejmenším o 2,5 násobek vlnové délky). V případě, že je úplný nulový bod na kanále 75, je zeslabení na kanálu 00 jen 6 dB, takže pokud nějaký nulový bod existuje, může být přenos úspěšně proveden na libovolné jiné vlnové délce. K zajištění vynikajícího výkonu postačuje jediný přijímač.
    V praxi se bude samozřejmě vyskytovat řada odražených signálů s různými délkami drah, avšak výskyt blízko postavených nulových bodů na po sobě jdoucích kanálových frekvencích je velmi nepravděpodobný. Kromě toho budou mít odražené vlny redukovanou amplitudu, čímž dojde ke snížení pravděpodobnosti zcela destruktivního rušení na všech vlnových délkách.

    Soulad s regulačními zákony

    Systémy s rozprostřeným pásmem jsou upřednostňovány radiokomunikačními řády většiny zemí, neboť umožňují součinnost mnoha systémů ve stejném spektrálním rozsahu při zachování spolehlivé komunikace. Zvláště pásmo 2,4 GHz se setkalo s téměř univerzálním přijetím po celém světě a v současné době je komerčně dostupná celá řada zařízení využívajících technologii rozprostřeného frekvenčního pásma a nízkovýkonových širokopásmových zařízení. To ve většině průmyslových zemí znamená použití jednotné konstrukce rádiového přenosu a zjednodušení regulačních procedur pro výrobce obráběcích strojů, kteří své systémy dodávají na nejrůznější světové trhy. Srovnejte se současnou praxí, kdy systémy se stálou frekvencí pracují v USA, Evropě a v asijských zemích v rozdílných frekvenčních pásmech a řídí se místními zákony.
    Novátorský přístup společnosti Renishaw v oblasti použití rádiového přenosu s rozprostřeným frekvenčním pásmem u sond pro obráběcí stroje vedl k vytvoření snadno použitelného kompaktního systému, jenž poskytuje spolehlivý přenos a bezproblémovou součinnost se stále vzrůstajícím počtem jiných rádiových zařízení pracujících v průmyslovém prostředí. Toto univerzální řešení je v souladu s měnícími se radiokomunikačními řády po celém světě a otevírá cestu k rozšíření sond s rádiovým přenosem ve všech strojírenských odvětvích.
    Reklama
    Vydání #12
    Kód článku: 31221
    Datum: 10. 12. 2003
    Rubrika: Inovace / Měření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Kontrola rotačních součástek v sériové výrobě

    Hřídelové a kotoučové součástky patří k nejrozšířenějším ve strojírenství. S nástupem elektromobility jejich podíl zřejmě ještě poroste. Sériová výroba běžně pracuje v sekundovém taktu, a stejně tak rychlá musí být nově i kontrolní technika. Stoprocentní kontrola se již stává samozřejmostí.

    Měření v rámci celého výrobního řetězce

    Na cestě k aplikaci konceptu Průmyslu 4.0 se měřicí a kontrolní technologie čím dál víc používají jako řídící nástroj ve výrobě. V rámci plnění této nové role ale potřebují pružněji a rychleji zachytit kvalitativní údaje na různých místech: v měřicí laboratoři, v těsné blízkosti výrobní linky, stejně tak jako přímo v ní.

    Přesné měření libovolného materiálu nebo povrchu

    Společnost Keyence uvedla na trh řadu konfokálních snímačů polohy CL-3000 pro vysoce přesné měření na jakémkoliv materiálu nebo povrchu. Tyto vysoce kompaktní koaxiální laserové snímače polohy pomáhají s takovými úkoly, jako je zlepšování kvality, prevence dodávek nevyhovujících dílů a zvyšování objemu výroby.

    Související články
    Plováčkové průtokoměry na olej

    Výrobou přístrojů pro polní instrumentaci se dlouhodobě a úspěšně zabývá celosvětově působící společnost Kobold Messring. Do jejího hlavního programu patří průtokoměry, teploměry, hladinoměry a tlakoměry.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Měřicí technologie pro Průmysl 4.0 v Nitře

    Průmysl 4.0 závisí na propojení systémů schopných spolu komunikovat, schopných získávat, vyhodnocovat a sdílet data a na takto zpracované informace reagovat v reálném čase. Údaje z měření jsou nezbytné pro shromažďování informací, které mají být použity při inteligentním rozhodování za účelem zabránit nežádoucím procesním změnám.

    Velmi přesný měřicí stroj pro výpočetní tomografii

    Nový model TomoCheck S HA (High Accuracy) 200 společnosti Werth Messtechnik GmbH se senzorem pro výpočetní tomografii je aktuálně nejpřesnějším souřadnicovým měřicím strojem na světě.

    Měřicí technika se stává součástí výrobních strojů

    Vzhledem k tomu, že jednou z aktivit České metrologické společnosti, z. s., je mimo jiné také sledování prezentace aktuálních metrologických novinek, trendů vývoje a zastoupení metrologie na veletrzích pořádaných v České republice i v zahraničí, navštívili jsme mimo jiné veletrh Toolex 2017, který se již po desáté konal v polském městě Sosnowiec na třetím největším výstavišti v Polsku – Expo Silesia.

    Měřicí přístroje pro efektivní výrobu

    Jestliže jsou nástroje přesně zaměřeny a seřízeny ještě před samotným obráběním mimo obráběcí stroj, lze následně zkrátit vedlejší neproduktivní časy na stroji a zvýšit tak celkovou efektivitu výroby. Přístroje pro měření a seřizování nástrojů mohou v samotném procesu třískového obrábění zajistit zvýšení produktivity až o 25 %, a to při velmi dobrém poměru cena/výkon. Úspěšné obrábění tedy vyžaduje nejen výkonné stroje, ale i přesně seřízené nástroje.

    Jak dokonale měřit průtok

    Pro měření průtoků v průmyslových závodech nebo pro testování složení protékající tekutiny dnes existuje řada snímačů průtoku a průtokoměrů, které lze použít v nejrůznějších pracovních prostředích. Mnohé z nich pocházejí z dílny společnosti Kobold Messring GmbH.

    Konfirmace měřidel

    Příspěvek se zabývá problematikou zajištění návaznosti měření a rozebírá obvyklé metrologické čin-nosti, které jsou za tím účelem prováděny. Zákon o metrologii i běžná praxe zmiňují jako základní postupy kalibraci nebo ověření stanovených měřidel. Kalibrace je postup vedoucí k dosažení způsobilého měřidla ve dvou logických krocích podle definice VIM. Vždy musí být zjištěn aktuální stav měřidla – provádí se zkouškou, která ověří, zda je měřidlo způsobilé plnit dané specifikace, či nikoliv. Nezpůsobilé měřidlo se musí kalibrovat nebo vyřadit. O výsledku je vydán doklad (kalibrační certifikát), jímž je potvrzena způsobilost z dřívější kalibrace nebo způsobilost dosažená kalibrací novou. Zvláštní pozornost je věnována kalibraci měřidel řízených softwarem, např. u souřadnicových měřicích strojů.

    Optický CMM skener

    Firma Creaform letos v dubnu představila nový model 3D skeneru MetraScan 3D, který díky svým inovacím a parametrům nastavuje nový standard v oblasti metrologie a laserového 3D skenování.

    Střípky ze svátku metrologie

    Ještě před letošním svátkem metrologů, jenž se slaví 20. května, se konala tradiční metrologická událost světového rozsahu – veletrh Control v německém Stuttgartu.

    Expimer - expresní zařízení pro rychlé stanovení materiálových vlastností

    Expimer, prezentovaná instrumentovaná měřicí soustava pro stanovení mechanických vlastností materiálů indentační metodou, může být alternativním způsobem, jak rychle definovat materiálové vlastnosti. Celý proces spočívá v tom, že na základě parametrů získaných v průběhu makroprocesu automatizovaného vtlačovaní indentoru kulového tvaru (ABI) do povrchu materiálu bez porušení konstrukce, lze rychle zjistit požadované materiálové vlastnosti. Tato metoda je jedinečná vzhledem k jednoduchosti, rychlosti vyhodnocení, manipulovatelnosti a užitečnosti pro stanovení mechanických vlastnosti materiálů během jejich vývoje, výroby a zejména v pracovních podmínkách provozu.

    Multisenzorová souhra - měřicí stroje s pevným portálem

    Po mnoho let se souřadnicové měřicí stroje společnosti Werth Messtechnik GmbH osvědčují při měření s více snímači umístěnými na dvou nezávislých osách. Nebezpečí kolize mezi snímačem a obrobkem se tak podstatně sníží, protože senzory, které nejsou používány, jsou zasunuty.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit