Spolehlivá zpětná vazba z přední linie

Při řešení monitoringu pro manipulaci, montáž a robotiku došlo v uplynulých letech ke skutečným vývojovým skokům. Komponenty jsou stále výkonnější, kompaktnější a univerzálnější, čím dál častěji jsou součástí aktorů a lze je velmi snadno programovat. Tento článek nabízí vhled do programu standardizovaných snímačů pro upínací techniku a uchopovací systémy.

One sensor fits all (jeden sensor pro vše) – podle tohoto principu koncipovala firma Schunk konstrukci univerzálně použitelných drážkových snímačů MMS 22-PI. Pro inovativní magnetické snímače je spolehlivé monitorování aktorů v manipulaci a montáži hračkou. Místo náročného mechanického nastavování spínacích bodů probíhá programování snímačů pouze v několika krocích. Potřebné programovací pomůcky jsou k dispozici buď v kabelové variantě s konektory, nebo v magnetickém bezontaktním provedení. Naprogramování je velmi snadné a je dokončeno během 15 vteřin. Jakmile je snímač upevněn na definované místo, použije se programovací pomůcka. Nakonec se prsty posunou na cílovou pozici, programovací pomůcka se použije znovu a snímač je naprogramován. Ve srovnání s dosavadními magnetickými snímači ušetří uživatelé tímto způsobem až 90 % času pro nastavení. Ke zvýšení procesní stability aplikace se programují v případě zájmu i rozpínací body snímačů. Hystereze je u snímačů řady MMS 22-PI nastavitelná, umožňuje i u velmi malých zdvihů bezpečné monitorování a uchopovací proces může být optimálně vyhodnocen a řízen. Navíc je možné chapadlem rozlišit různě velké díly. Drážkové snímače disponují volitelně jedním nebo dvěma volně programovatelnými spínacími body a jsou detekované pomocí magnetu uvnitř aktoru. Místo mnoha různých variant snímačů stačí většině uživatelů jen jedna nebo dvě. To sníží skladové zásoby a zvýší flexibilitu. Navíc nejsou potřeba na přírubách žádná další vybrání, jelikož snímače díky své flexibilní pozici v C drážce nemají téměř žádné rušivé kontury. K základním verzím jsou k dispozici navíc univerzálně použitelné snímače také jako zvláště robustní HD varianty pro heavy duty aplikace. Ty jsou vybavené odolným tělem z nerezové oceli, výrazně lepší odolností vůči tahu na konektor a snímač, vysoce legovaným ultra jemným speciálním kabelem a CLI klipem k upevnění připojovacího konektoru.

Podobně komfortně použitelný je analogový magnetický snímač Schunk MMS-A, celosvětově první programovatelný enkodér, který je bez rušivých kontur integrovatelný do C drážky chapadel. Lze s ním přesně detekovat různě velké díly. Zatímco doteď bylo potřeba více magnetických snímačů, nyní stačí jen jeden extrémně kompaktní MMS-A s průměrem 4 mm. Potřebná elektronika je plně integrovaná ve snímači. Výstupní signál je vysílán s měřicím rozsahem 30 mm a rozlišením až 0,1 mm. Výstupní data jsou ve formě analogových hodnot napětí volitelně mezi 0–5 V DC nebo 0–10 V DC. Pomocí intuitivní programovací funkce a dvou LED diod lze rozdílná magnetická pole rychle a snadno linearizovat. K zajištění vysoké opakovatelnosti je analogový magnetický snímač speciálně přizpůsoben příslušným modulům z komplexního standardního programu Schunk. V kombinaci s vyhodnocovací jednotkou Schunk FPS-F5 se přemění enkodér na snadno programovatelný vícepolohový snímač, se kterým může být detekováno až pět libovolných naprogramovaných stavů. MMS-A disponuje robustním tělem pro průmyslové použití a splňuje ochranné krytí IP67. Kabelovým vývodem (30 cm/100 cm) může být flexibilně integrován do zařízení. Provozní napětí je mezi 15 V a 30 V.

Špičkovou třídu polohových snímačů tvoří analogové snímače s vysokým rozlišením. Tak transformuje Schunk APS obvyklá chapadla na přesné měřicí stanice. Mechanický analogový systém tvořený snímačem a elektronikou přitom monitoruje pozici uchopovacích čelistí s extrémně vysokou přesností. U chapadel s delším zdvihem je pohyb přenášen na snímač přes šikmou plochu, která je sice dlouhá jen pár milimetrů, přitom ale dosahuje extrémně vysokého rozlišení. S působivou přesností až 0,003 mm měří aktor v běžném procesu každý jednotlivý uchopený díl. Nadřazeným řídicím systémem lze definovat libovolný počet spínacích bodů a odlišit libovolný počet dílů nebo tolerančních polí. Polohové snímače s vysokým rozlišením umožňují stoprocentní vysoce přesnou kontrolu dílů. Mohou nahradit kompletní měřicí stanici včetně, pro měření potřebných procesních kroků. I zde je možné využít bezkontaktní programování.

Kdo by chtěl zjišťovat vzdálenost mezi chapadlem a dílem, může k tomu použít buď nákladný systém zpracování obrazu, nebo svěřit tento úkol optickému snímači vzdáleností, jako je OAS firmy Schunk. Ten udělá z jednoduchého uchopovacího modulu obratem ruky vidoucí chapadlo. OAS se integruje přímo do středu chapadla, např. PGN-plus nebo MPG-plus. Odsud posílá snímač nadřazenému řízení nepřetržitě informace, jak daleko se díl nachází, případně zda se uchopovaný díl nachází mezi prsty. Za tímto účelem měří snímač v reálném čase vzdálenost mezi chapadlem a dílem. Pomocí snímače mohou chapadla rozlišovat díly, rozeznávat jejich polohu, odebírat je z pohybujícího se dopravníku, vyskládávat, detekovat chybně uchopené díly a zvýšit celkovou spolehlivost uchopovacího procesu. OAS pracuje s infračerveným světlem vlnové délky 850 nm, je vhodný pro okolní teploty od –10 °C do +55 °C a splňuje stupeň krytí IP65. Lze jej kombinovat s mnoha typy chapadel a dalšími uchopovacími moduly, např. s kyvnými pohony, u kterých je směrován dovnitř namísto ven a tam je použit k monitorování pístu.

Jednu oblast doposud netušených rozmanitých možností otevírají 6osé silové a momentové senzory Schunk řady FT. Používají se pro roboty podporované testy výrobků (např. chytré telefony a přístrojové desky osobních automobilů), ale i k montáži střešních dílů automobilů nebo při třecím svařování pístů nákladních automobilů. Protože senzory umožňují i vysoce dynamické regulační koncepty, mohou být s jejich pomocí automatizovány dokonce zvláště obtížné montážní, obráběcí a dokončovací úlohy. Pilotní aplikace k silově regulovanému a telematicky monitorovanému broušení, např. k broušení tenkých plechů v ocelářském průmyslu, ukazují, že potenciály vysoce přesných senzorů FT firmy Schunk nejsou v průmyslovém prostředí ještě zdaleka vyčerpány. Kromě toho jsou snímače FT úspěšně používané mimo jiné i v medicínské technice, např. při chirurgických a rehabilitačních aplikacích. Na základě shromážděných procesních dat lze v reálném čase regulovat trajektorii robotů, čímž je dosaženo konstantních sil, stálých technologických parametrů a tím přesně reprodukovatelných výsledků.

Řada FT zahrnuje celkem 16 velikostí pro měřicí rozsahy mezi 8 a 40 000 N. Lze s nimi dosáhnout rozlišení u silových složek Fx, Fy a Fz až 1/320 N a u momentových složek Mx, My a Mz až 1/8000 Nm. Zatímco konvenční silové a momentové senzory pracují s fóliovými tenzometry, FT senzory jsou standardně vybaveny tenzometry křemíkovými. Ty vysílají 75krát silnější signál než konvenční senzory, disponují lineárním rozsahem měření a snižují rušení signálu téměř na nulu. V kombinaci se standardně integrovanou teplotní kompenzací zůstává zachována vysoká přesnost měření během procesu i při velkém teplotním rozsahu. Kromě toho chrání senzor před poškozením vysoký faktor přetížení, který se pohybuje podle velikosti snímače až kolem 40násobku maximální síly. Pro 6osé silové a momentové senzory je jedinečná možnost dvojí nebo případně vícenásobné kalibrace. V závislosti na typu vyhodnocování může jediný senzor detekovat dva, případně až 16 měřicích rozsahů u vysokorychlostního senzoru FTN pro rozhraní Ethernet, Ethernet/IP, DeviceNet, Profinet a CAN. Právě pokud jde o přesnou silovou regulaci při měnících se nástrojích, dílech nebo komplexních montážních úlohách, umožňuje FTN enormní prostor pro uspořádání. Pro vyhodnocování obvyklými datovými kartami (DAQ) nebo USB nabízí Schunk senzor FTD a pro rozhraní RS232 nebo vyhodnocování analogových kanálů pak senzor FTS. Všechny tři varianty senzorů jsou k dispozici vždy v 16 velikostech a volitelně ve stupních krytí IP 60, IP 65 nebo IP 68. Navíc má Schunk s typem FTL v portfoliu obzvláště cenově atraktivní 6osý silový a momentový senzor s rozhraním CAN-Bus a kompletně integrovanou vyhodnocovací elektronikou. Také je možné nabídnout zákaznická speciální řešení. Vyhodnocovací elektronikou nebo dodaným programem se analogové signály digitalizují a převádějí se na síly a momenty, je umožněn i grafický výstup 6osého měření. Integrace senzorů do nadřazeného zařízení se provádí buď za použití běžně dostupných systémových softwarových řešení, nebo v rámci individuálních softwarových řešení, která jsou nabízena například výrobci robotů.

SCHUNK Intec s.r.o.

Gabriela Prudilová

gabriela.prudilova@cz.schunk.com

www.cz.schunk.com
www.schunk.com