Témata
Reklama

Snímače polohy pro výrobní stroje

Parametry celé řady automatizovaných systémů závisí na přesném rotačním pohybu. Předtiskové stroje CTP (computer-to-plate), obráběcí stroje s osami A, B a C, stroje pro povrchovou montáž, stroje pro měření odchylek tvarů, stroje na výrobu a testování křemíkových čipů, zaměřovače - všechna tato zařízení používají určitou formu rotačního či úhlového snímače.

Různé aplikace vyžadují pro svoji optimální činnost různé kombinace parametrů a funkcí. Někdy může být důležitá přesnost, jindy opakovatelnost, vysoké rozlišení nebo nízká hodnota cyklické chyby při řízení rychlostní smyčky.<0} Zákazník si vybere snímač, který nabízí optimální vyváženost technických parametrů a funkcí. Proto je k dispozici nepřeberné množství typů, avšak pouze několik dokáže splnit všechny požadavky.
Úhlové (rotační) snímače mají obecně hustotu dělení stupnice 10 000 či více rysek a přesnost vyšší než ±5 úhlových vteřin. Termín "rotační snímač" popisuje v úzkém slova smyslu snímače, které těchto kritérií nedosahují. Tento výraz je však často používán jako obecné označení veškerých snímačů rotačního pohybu.
Přesné řízení pohybu nemůže záviset pouze na přesnosti snímače. Stejně důležitá je i dynamická odezva systému. Přesné měření polohy je důležité, avšak bez schopnosti systému přesně polohovat je systém nepoužitelný. Příkladem jsou momentové motory, které vyvíjejí vysoký krouticí moment a umožňují přesné řízení polohy i ve velmi malých úhlech natočení. Jejich dynamická odezva je vynikající, neboť zátěž (poháněné zařízení) je spojena přímo s pohonem. Takové uspořádání eliminuje potřebu převodových komponent, které jsou zdrojem nepřesností - vůle, hystereze, chyby ozubených kol či napnutí řemenů. Samonosná konstrukce momentových motorů s velkým vnitřním průměrem neumožňuje bezprostřední možnost připojení snímače polohy na hřídel. Vyhovující řešení poskytují snímače s velkým vnitřním průměrem stupnice. Snímač je stejně jako zátěž pevně spojen s pohonem, což v systému eliminuje nežádoucí "vůle". V každém měřicím či řídicím systému je vhodné, aby byl snímač umístěn co nejblíže pohonu - napomůže to snížení potenciálních rezonancí, které ovlivňují přesnost řízení zvláště při nárůstu šířky pásma. Volba správného rotačního snímače závisí stejně jako volba motoru na realistické specifikaci požadavků, znalosti faktorů ovlivňujících přesnost snímače a dobrém pochopení způsobů překonání nedostatků. Tento článek představuje některé nové typy snímačů a je úvodem série článků zaměřených na základní faktory ovlivňující přesnost rotačních a úhlových snímačů, aby konstruktéři získali podporu při výběru "správného" odměřovacího systému.

Magnetické rotační snímače polohy

Použití bezkontaktní magnetické snímací technologie přináší uživatelům výrazné výhody. Konstruktérům se podařilo snížit počet dílů snímače téměř o 50 % ve srovnání s optickým snímacím principem. Nejsou třeba ložiska a celý snímací čip, který tvoří srdce systému, lze velmi dobře krytovat - proto je nabízeno krytí až IP68. Důmyslným návrhem matice snímacích Hallových prvků je vyřešena citlivost na externí magnetické pole, např. zdroj magnetického pole o intenzitě 1 tesla v těsné blízkosti povrchu snímače způsobí chybu čtení max. 0,5 bitu, tj. méně než 1 polohu.

Magnetické snímače typu RM firmy Renishaw jsou vyráběny v rozlišení až 4096 poloh na otáčku s krytím IP64 nebo IP68 a mohou spolehlivě pracovat v rozmezí teplot od -25 °C až do 125 °C. Bezkontaktní provedení snímače RM umožňuje práci při otáčkách do 30 000 min-1. Bohatá nabídka provedení zahrnuje také modely s výstupní hřídelí (RE) nebo samostatný čip a budicí magnet pro vestavbu. Snímače jsou dostupné s různými typy výstupních signálů - absolutní paralelní nebo sériový SSI, inkrementální (až 1024 pulzů s vyhodnocením 4x), lineární napěťový výstup (0 - 10 V DC nebo -10 až +10 V DC) nebo lineární proudový výstup (0 - 20 mA nebo 4 - 20 mA). Napájení 5 - 24 V.
Reklama
Reklama
Reklama

Inteligentní úhlové snímače s vysokým rozlišením

Vzruch do téměř stojatých vod optických úhlových snímačů přinesla řada Signum RESM, také od firmy Renishaw. Tento typ snímače vyslyšel volání konstruktérů po systému s velkým vnitřním průměrem stupnice, vysokým rozlišením i odolností. Systém tvoří stupnice RESM, odolná čtecí hlava SR a rozhraní SI pro pokročilé zpracování signálu a připojení diagnostického softwaru.

Stupnice RESM

Stupnice RESM vyniká mimořádnými parametry, které vyhoví i pro nejnáročnější aplikace (např. přesnost dělení až 0,5 úhlové vteřiny, rozlišení a opakovatelnost systému až 0,02 úhlové vteřiny) Velkou předností stupnice RESM je malá stavební výška a variabilita počtů rysek (8192 - 64 800) i průměrů (Ø 52 - 413 mm) pro snadné začlenění do systému. Každá stupnice je navíc vybavena patentovaným kuželovým uložením, které zjednodušuje montáž a minimalizuje excentricitu, jež často vzniká při vestavbě úhlových snímačů a má velký vliv na přesnost instalovaného systému. Nízká hmotnost a malý moment setrvačnosti stupnice RESM nezatěžuje konstrukci přídavnými momenty, které často nutí konstruktéry ke snižování přesnosti a dynamických parametrů navrhovaného zařízení.

Čtecí hlava SR a rozhraní SI

Čtecí hlava SR se zvýšeným krytím umožňuje práci při pracovní teplotě do 85 °C a rychlosti otáčení přes 3600 min-1. Stejně jako všechny optické snímače Renishaw těží i tato čtecí hlava z vynikající filtrační optiky, která poskytuje systému mimořádnou odolnost proti špíně, prachu a škrábancům. Inteligentní zpracování signálu Signum(tm) zajišťuje mimořádně malou cyklickou chybu (±40 nanometrů) a vysokou spolehlivost. Diagnostický software, který je součástí systému Signum(tm), dále rozšiřuje uživatelskou přívětivost a umožňuje uživateli optimalizovat nastavení a provádět on-line diagnostiku připojením rozhraní přes USB port na PC.

Základní úvahy při volbě odměřovacího systému

Při výběru rotačního či úhlového snímače není rozumné volit nejvyšší přesnost a rozlišení, aniž by byla zvážena rychlost přenosu dat, rozměry systému, jeho složitost a cena. Existují lineární snímače poskytující přesnost a rozlišení v desetinách nanometrů. Podobně mohou s přesností vyšší než úhlová vteřina pracovat i úhlové snímače. Občas může být užitečné připomenout, co úhlová vteřina přesně znamená.
-1
Při určování požadovaných parametrů snímače je třeba oddělit přesnost, rozlišení a opakovatelnost:
  • V aplikacích vyžadujících opakovatelnost (např. manipulační stroje) je přesný úhel každé ze stanic druhořadý vzhledem ke schopnosti systému opakovaně zastavit na témže pulzu snímače. Jedná-li se o plynulý pohyb, nesmí zvolené rozlišení dovolit kolísání rychlosti servopohonu.
  • U pomaloběžných zařízení, jakými jsou například astronomické dalekohledy, je důležitější přesné měření úhlu než maximální rychlost, při níž je snímač schopen pracovat.
  • V případě nosičů fotoaparátů montovaných do helikoptér, které vyžadují přesné ruční navádění, je důležitější rozlišení než opakovatelnost nebo celková přesnost, ačkoli přesnost může hrát důležitější roli v případě, kdy tentýž snímač poskytuje data pro navádění zbraňového systému.
  • U vysokorychlostních systémů tak může vyvstat nepřímá závislost mezi rychlostí a přesností polohování; systémy s větší periodou dělení (nižší hustotou rysek) umožňují vyšší rychlost snímání. Systémy s nižší periodou dělení (vyšším počtem rysek) obvykle poskytují nižší chyby interpolace.
  • Pochopíme-li požadavky na parametry odměřovacího systému, bude volba vhodného snímače mnohem snazší. Navzdory tvrzením některých výrobců bývá obtížné dosáhnout optimálních parametrů a přesnosti rotačního měření způsobem plug & play. Klíčem k optimálnímu výsledku je analýza zdrojů chyb snímačů, které se budeme věnovat v dalším pokračování tohoto článku.
    Veškeré obrázky naleznete v tištěné podobě časopisu.
    Reklama
    Vydání #3
    Kód článku: 50342
    Datum: 10. 03. 2005
    Rubrika: Trendy / Automatizace
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

    Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

    Školní robot pro výuku automatizace

    Vzdělávání žáků pro život v první polovině 21. století, v naší tzv. industriální civilizaci.

    Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů

    Mezinárodní federace robotiky (IFR, International Federation of Robotics) zveřejnila v prosinci 2018 zprávu nazvanou Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů (Demystifying Collaborative Industrial Robots), která se snaží nalézt odpověď na otázku současné a budoucí úlohy kolaborativní robotiky. Níže uvádíme překlad podstatné části zprávy, kterou nám poskytl jeden ze členů IFR - společnost FANUC.

    Související články
    Doživotní přesnost servopohonů s dutou hřídelí

    Požadavky, se kterými se obor pohonné techniky dlouhodobě setkává, jsou velmi různorodé. Kompaktnost a velký výkon se jako klíčové atributy staly standardem v mnoha aplikacích. Zástavbový prostor, který je k dispozici, je stále zmenšován, avšak požadavky na výkon zůstávají buď stejné, nebo se zvyšují. Stále rostoucí globální konkurence vyžaduje trvalou optimalizaci výkonu.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Roboty řeší nedostatek zaměstnanců v průmyslu

    Od svého uvedení na trh v roce 2010 dodala společnost KUKA více než 100 000 robotů řady KR Quantec. Důvodem zájmu o ně je jejich vysoká spolehlivost a univerzálnost s širokým spektrem aplikací.

    Strojírenská firma sází na kolaborativní aplikaci

    FT-Produktion, švédská strojírenská firma se zákazníky z automobilového, stavebního a nábytkářského průmyslu, zvýšila svou produktivitu díky robotickému řešení obsahujícímu dva uchopovače RG2 od společnosti OnRobot. Kolaborativní aplikace pomohla výrobci zvýšit produktivitu, zkrátit dodací lhůty a přijímat objednávky o mnohem větších objemech.

    Automatická obsluha mezioperačního skladu

    Důvodem pro nasazení automatu v obsluze skladu polotovarů v jičínském závodě Continental Automotive Czech Republic je speciální klima. Brzdové komponenty z plastů musejí po určitou dobu schnout a dozrávat za přísných teplotních, a hlavně vlhkostních podmínek, které nejsou vhodné pro delší pobyt člověka.

    Když jde o prostor…

    Současné trendy směřují k mnohem větší míře využití elektroniky než doposud. To je hlavní, nikoliv však jediný důvod, proč se množí automatizace výroby menších zařízení, jakými jsou například mobilní telefony, tablety i ostatní elektronika. Ale nejde jen o ni, ale i o laboratoře, farmacii apod.

    Zerobot - efektivní způsob automatizace

    V minulém příspěvku (www.mmspektrum.com/180112) jsme popsali tzv. nulový bod upínání (Zero point systém). Ukazuje se, že při dnešních trendech, kdy automatizace a zejména pak robotizace opět zažívají velkou renesanci, je výhodné spojit Zero point systém a robot. O trendech takového spojení pojednává tento příspěvek.

    Pro ergonomickou obsluhu strojů

    Optimální ergonomie je na pracovišti nezbytná. Stroje nejenže musejí splňovat bezpečnostní požadavky, ale musejí také být navrženy tak, aby jejich obsluha byla co nejsnadnější a bez námahy. Ovládací panely na strojích proto musejí být flexibilní a snadno polohovatelné prostřednictvím systémů nosných ramen.

    Vše je uvnitř!

    Pokud potřebujete elektrický pohon a uvažujete o tom, zda máte dostatečné kapacity a čas na řešení své aplikace, je na místě uvažovat o elektrickém pohonu EMCA od firmy Festo.

    Novinky ve vývoji řídicího systému SandRA

    Společnost ZAT každoročně představuje novinky ve vývoji českého řídicího systému SandRA. Nač se zaměří letos? „V roce 2016 jsme se věnovali vývoji a posílení vizualizace a komunikace, letos cílíme na kybernetickou bezpečnost a rozvoj aplikací a služeb směrem k Průmyslu 4.0,“ říká Pavel Kulík, ředitel útvaru Technický rozvoj společnosti ZAT a.s.

    Budoucnost patří spolupráci člověka s robotem

    Automatizaci si lze z dnešní výroby jen stěží odmyslet. V mnoha případech jsou její jednotlivé stupně zaváděny plynule. Průmyslové roboty postupně přebírají různé nové úkoly a spolupracují stále těsněji s člověkem. Spolupráce člověk–robot (Human-Robot-Collaboration – HRC) se tak stává nedílnou součástí automatizace.

    Monitoring výroby přinesl vyšší produktivitu

    Společnost Kopos Kolín patří mezi tradiční české elektroinstalační podniky působící řadu desetiletí na českém trhu. Firma se před časem rozhodla implementovat do výroby systém Plantyst, který spojuje monitorování technologií a jednoduchý shop floor management do jednoho nástroje. Výsledkem byl výrazný nárůst produktivity a přesné informace o stavu výroby.

    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