Rigle optice cu valori absolute de poziție precise

Calitate & Control

de Dr. Johannes Heidenhain

Rigle optice cu valori absolute de poziție precise

   Sigur și absolut  

De ani de zile riglele și encoderele unghiulare absolute de la HEIDENHAIN sunt  prima opțiune pentru mașini-unelte atunci când cerințele referitoare la precizie, siguranța produsului si productivitate sunt ridicate. Folosind metoda de măsurare absolută, valoarea poziției este afișată imediat după pornire și este disponibilă oricând pentru afișaj sau comanda numerică.

Nu este nevoie să deplasăm axele pentru a găsi poziția de referință. Această informație de poziție absolută este citită de pe scala gradată, care este formată dintr-o structură cod serial. Avantajele evidente ale encoderelor absolute au făcut ca la HEIDENHAIN producția lor să fie mai mare decât a celor incrementale.

Cerințele tehnice crescute în construcția de mașini-unelte și utilaje, ca și standardele de siguranță mai stricte din normele naționale și internaționale, au făcut necesară dezvoltarea unei noi generații de rigle carcasate care acum vor fi lansate pe piață.

Piesa de bază a acestor rigle noi și inovația fundamentală este HEIDENHAIN OPTO-ASIC, în care se regăsește cercetarea din ultimii 15 ani. Prin integrarea elementelor optice, a circuitelor analogice și a evaluării de semnal digital pe un cip, calitatea semnalului și siguranța produsului au fost încă o dată îmbunătățite. În continuare funcționalitatea pentru aplicații legate de siguranță sunt incluse în OPTO-ASIC. Astfel, riglele absolute din seria LC 115/415 cu ,,Siguranță funcțională” (ca sistem de encoder singular) ating SIL-Level 2 conform IEC 61508. A fost, de asemenea, realizat sistemul mecanic de conectare cerut de standarde. Datorită formării rapide a poziției (în 5 µs) și a rezoluției sub 1 nm, nu există limite de utilizare la mașini-unelte. Pe lângă encodere pentru interfața RS 485, ca de exemplu EnDat 2.2, FANUC și MITSUBISHI, există și encodere pentru interfața bazată pe Ethernet de la SIEMENS.

HEIDENHAIN consideră că design-ul  ASIC, calificarea ASIC și metodele moderne de producție  cum ar fi COP ( Chip-on-Board ) sau montajul flip-chip sunt competențe esențiale și trebuiesc făcute în interiorul firmei. Spectrul larg de producție și cooperarea în procesele interdisciplinare cu cercetarea mecanică și electronică într-o singură locație este baza pentru siguranța înaltă a produselor de serie, encodere absolute și incrementale de la HEIDENHAIN.

Construcția encoderelor

Scala gradată a riglei absolute, care este oferită atât ca riglă cu profil mare (LC115) cât și cu profil mic  (LC 415), constă într-o gradație incrementală de 20 µm și într-o gradație absolută cu Pseudo Random Code (PRC) serial. 

Foto1 : Reprezentare schematică a structurii codului cu pistă incrementală suplimentară

Pista incrementală este scanată cu metoda testată single-field. Acest tip de scanare este mult superior ca și calitate și constanță a semnalului  față de metodele de scanare cu 3 sau 4 câmpuri.

Suprafața mare de scanare pe toată lățimea gradației riglei și aranjamentul mai multor câmpuri de scanare unul după celălalt fac ca encoderele cu acest principiu de scanare să nu fie sensibile la murdărirea scalei gradate. Rezultatele obținute la testul de murdărire dovedesc că, chiar și la o murdărire destul de mare, rigla oferă semnale de o înaltă calitate. Abaterea de poziție rămâne mult sub clasa de precizie pentru care este specificată riglă. 

Foto 2: Influența murdăririi la semnalele de ieșire (în acest exemplu, de la o rigla  LS 487). În stânga: scanare cu metoda cu 4 câmpuri.

O tehnică verificată la encoderele de rotație absolută, dar nouă pentru riglele optice, a fost adaptată pentru a produce semnalul pentru riglele absolute. Biții individulali PRC sunt scanați ,,diferențial”. Fiecare bit constă dintr-un câmp întunecat și unul luminos. Similar cu transferul diferențial de date al unei interfețe RS 485, paraziții influențează ambele câmpuri și au un efect minim asupra procesării semnalului. Prin combinarea ambelor tehnologii se atinge o calitate foarte înaltă a semnalului și o bună siguranță în funcționare.

Siguranță funcțională

Tema siguranței în construcția de mașini-unelte și de utilaje devine tot mai importantă. Stau dovadă în acest sens  noile legi și cerințele de siguranță tot mai ridicate din normele naționale și internaționale. În primul rând aceste norme vizează protejarea persoanelor, dar o importanță tot mai mare o are și protejarea bunurilor și a mediului. Pentru a îndeplini cerințele ridicate pentru tehnologia de măsurare din noile standarde, TÜV-Süd a realizat o examinare a conceptului de siguranță al produselor HEIDENHAIN. Certificarea obținută  este valabilă pentru sistemul complet, de la formarea valorii de poziție , prin transferul de date, până la evaluarea în comanda numerică. Noile rigle absolute ale seriei LC 115/415 sunt primele encodere care oferă producătorilor de mașini-unelte  o valoare PFH pentru supravegherea întregului sistem. Pas cu pas sunt disponibile tot mai multe encodere cu ,,Siguranță Funcțională”. Pentru anul 2012 este planificată certificarea encoderelor unghiulare din seria RCN.

Dacă producătorul de mașini-unelte are pregătit un sistem de siguranță diferit, HEIDENHAIN îl poate ajuta cu valori MTTF și cu un tabel de erori special conceput pentru encodere. Detaliile trebuiesc mereu coordonate de producătorul comenzii numerice.

Siguranța produsului

Productivitatea unei mașini-unelte este determinată de precizie (se poate produce calitatea cerută a piesei), dinamică (în cât timp) și de disponibilitate. Noile LC stabilesc standardele pentru toate aceste 3 caracteristici. Precizia obținută a fost deja descrisă mai sus. La partea de dinamică, deplasarea acceptată de 3 m/s și o accelerare maximă pe direcția de măsurare de 10 g nu ar trebui să limiteze deplasarea liniară. O siguranță maximă în funcționare la toate riglele se obține prin utilizarea riglei cu aer comprimat filtrat. Acesta crează o suprapresiune în interiorul riglei și împiedică pătrunderea murdăriei și a lichidelor din exterior.

Deoarece se ajunge mai tot timpul la acumulări de lichid în rețeaua de aer comprimat, LC 115 are un detaliu constructiv care ajută la evitarea acestui neajuns. O pereche suplimentară de ,,buze de etanșare”(garnituri de etanșare duble - foto 3) crează o ,,cameră”  în care se suflă aerul comprimat. În spațiul dintre garnituri se obține un curent principal de aer, iar curentul secundar de aer prin interiorul carcasei este mult mai mic. Astfel murdăria din aerul comprimat nu mai ajunge direct în riglă, iar impuritățile ocazionale din rețeaua de aer nu mai  influențează  functionarea produsului. 

Foto 3: LC 115 riglă cu garnituri duble de etanşare 

LC 211- măsurare absolută și pentru lungimi de până la 28 metri

La mașinile-unelte cu axe lungi, LC 211 stabilește noi etaloane în măsurarea liniară. Succesorul cunoscutei rigle cu carcasă din mai multe bucăți LB 382 aduce acum și avantajul măsurării absolute a deplasării liniare până la 28 m. Și  LC 211 utilizează deja descrisul OPTO-ASIC, dar cu o altă lungime de undă, pentru că gradația este, în acest caz, realizată pe metal și nu pe sticlă. Această bandă  METALLUR, cunoscută de la LB 382, cu o pistă incrementală de 40 µm și una PRC  constă dintr-un strat reflectorizant de aur și gradații nereflctorizante. Scanarea asigură valori absolute unice de poziție pe toată lungimea de măsurare cu o rezoluție de până la 10 nm. Datorită lungimii de măsurare de până la 28 de metri este obligatoriu și un cablu adaptor lung. Transmiterea serială de date este avantajoasă pentru astfel de aplicații, de exemplu semnalele date de o interfața 1 Vpp la lungimi de cablu mari  are o componentă utilizabilă semnificativ mai mică, rezultat al lungimii mari a cablului. În comparație, interfața serială transmite datele fără pierderi, independent de lungimea cablului. Ca și la LC 100/400, LC 200 va avea, pe lângă interfața EnDat și interfețe FANUC și MITSUBISHI.

Pentru a ușura montarea unei rigle așa de lungi, a fost implementată o nouă tehnică de montaj pentru LC 211. De aceea garniturile sunt premontate pe carcasele de până la 2 m, și, datorită designului, asigură o toleranță de până la 2 mm pe direcția de măsurare în timpul montajului. Toleranța de montaj trebuie totuși menținută pe toată lungimea riglei, pentru a asigura funcționarea corectă a mecanismului de întindere a benzii. Conceptul nou de montaj duce la o reducere drastică a timpului de montare și crește în același timp calitatea și siguranța în funcționare. 

Foto 4: LC 200

Rezumat

 

Noile rigle carcasate LC 115/415 sunt mai precise și mai sigure ca niciodată. Combinarea scanării unui singur câmp cu prelucrarea digitală a semnalului duce la obținerea de valori absolute de poziție foarte exacte. Garniturile de etanșare duble asigură o funcționare corectă chiar și când aerul comprimat conține impurități.  Certificarea TÜV-Süd face posibil lucrul cu sistemul single-encoder în siguranță și cu valori digitale absolute de poziție. LC 211 completează gama de produse HEIDENHAIN cu riglele cu măsurare absolută a poziție cu lungimi de până la 28 m. Toate riglele LC pot fi utilizate cu comenzi numerice care au interfețe EnDat, FANUC și MITSUBISHI – seria LC 1x5/4x5 poate fi utilizată la comenzile SolutionLine de la SIEMENS.


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord