Новые разработки датчиков линейных перемещений больших длин класса абсолют

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Новые разработки датчиков линейных перемещений больших длин класса абсолют

Белоновская И.Д., д-р пед. наук, профессор,

Целовальников И.М., магистрант, Носикова Т.В., магистрант,

Металлообрабатывающие станки для производства крупногабаритных деталей в авиационной и космической промышленности, в энергетическом машиностроении имеют минимум одну регулируемую линейную длинную управляемую ось. Оси длиной в несколько метров не являются редкостью для таких станков. Для определения линейных перемещений на станках с ЧПУ используются инкрементальные или абсолютные датчики. В статье представлен сопоставительный анализ новых разработок компании Heidenhain в области датчиков таких типов.

Основным достоинством инкрементальных и абсолютных датчиков является возможность применения их на осях с высокой динамикой. В то же время существуют особенности их использования на станках с ЧПУ, которые определяются, главным образом, принципом их настройки.

Основным недостатком работы инкрементальных датчиков является необходимость указания точки отсчета. В данном случае используется так называемый инкрементальный метод измерения с помощью шкалы, которая представляет собой последовательность штрихов с одинаковым периодом. Данные о положении определяются подсчётом отдельных «инкрементов» (штрихов) от свободно установленной нулевой точки, в качестве которой на шкале или ленте используется дополнительная дорожка, которая содержит референтную метку. Абсолютная позиция на шкале определяется референтной меткой и распознается точно в одном периоде сигнала. Для восстановления или установки вновь абсолютной привязки необходимо пересечь референтную метку. Инкрементальный датчик положения сообщает о пошаговом изменении положения. Перед началом работы (после включения питания) для датчика необходимо выставить ноль - вывести рабочий орган машины в опорную (реперную) точку, в ней обнулить счётчик импульсов, то есть указать точку отсчета, что и является основным недостатком работы инкрементальных датчиков. В то же время диапазон длин измерений этих датчиков значителен. Так, фирма Heidenhain предлагает закрытые и открытые датчики линейных перемещений с измеряемой длиной до 30 м [1]. линейный датчик перемещение станок

Указанного недостатка лишены датчики класса абсолют, выдающие абсолютное значение положения сразу после включения, они не требуют обнуления осей. До недавнего времени их использование ограничивалось небольшой измеряемой длиной.

В статье представлен результат разработки компании HEIDENHAIN: LC 200 - это новый модельный ряд датчиков линейных перемещений с длиной перемещений до 28 м класса абсолют для станков, что снимает прежние ограничения (ранее для больших длин был только инкрементальный линейный датчик). Несмотря на впечатляющую длину измерения, значение положения генерируется всего по двум дорожкам с высоким разрешением [1].

Абсолютный датчик LC 200 закрепляют на станине, шкала натягивается внутри составного корпуса. Абсолютный сборный датчик комплектуется в зависимости от конкретной длины такими деталями как шкала, подложка и уплотнение. В состав датчика входят одна или несколько считывающих головок и набор требуемых длин для элементов корпуса. Шкалой в этом датчике служит стальная лента с рисками, считывание с которой производится с помощью отраженного света. Несмотря на большую длину измерения (до 28 м) значение позиции генерируется всего по двум дорожкам: абсолютная дорожка с последовательным кодом является однозначной по всей длине; инкрементальная дорожка с периодом делений 40 мкм интерполируется и обрабатывается интегрированным Opto-ASIC для получения абсолютного значения с высоким разрешением (до 0,01 мкм). Метод позволяет нанести на стальную ленту однородные штрихи с очень четкими краями. В сочетании с абсолютным считыванием с одним полем сканирования с помощью интегрированного Opto-ASIC достигается высокое качество сигнала с очень маленькой погрешностью интерполяции при повышенной устойчивости к загрязнениям.

Рисунок 1. Шкала с двумя дорожками - абсолютной и инкрементальной

Другое преимущество стальной ленты связано с термическими свойствами. Стальная лента при монтаже натягивается и закрепляется на обоих концах через концевые элементы корпуса на станине. Благодаря этому шкала следует всем термическим деформациям станины и шкале передается коэффициент термического расширения станины. Многие станкопроизводители следуют тенденциям по повышению рабочих характеристик и достижению более высокой динамики на осях станка, устанавливая на эти оси линейные двигатели. При использовании линейных двигателей к датчикам линейных перемещений предъявляются более высокие требования по качеству сигнала и по динамике. Важным качеством при этом является жесткость системы в направлении измерения. При разработке удалось уделить особое внимание улучшению жесткости системы в направлении измерения, чтобы этот датчик можно было применять также с линейными двигателями. Благодаря компактной конструкции считывающей головки жесткость в направлении измерения увеличилась на 50% при одновременном увеличении резонансной частоты более чем на 45% по сравнению с инкрементальным датчиком.

Рисунок 2. Оптический метод считывания

Особенно важно для составных датчиков - уменьшение погрешности в местах стыковки сегментов корпуса. При монтаже датчика элементы корпуса монтируются на станине, а затем шкала протягивается через многосекционный корпус. Чтобы избежать ошибок измерения позиции в местах стыковки корпуса, считывание со шкалы выполняется всегда в нейтральной фазе. Поэтому точность системы остается стабильной даже при смещении размеров (например, перекос корпуса) к границам допуска на монтаж корпуса. Учитывалась не только совместимость по монтажу при одновременном упрощении монтажа, но и легкость прокладки шкалы в местах стыковки элементов корпуса. Новые элементы профиля корпуса имеют на одном конце уплотнение, проходящее по всему периметру. Таким образом профили очень просто соединяются друг с другом и благодаря предустановленному уплотнению полностью герметизированы [2].

Датчик линейных перемещений подходит для использования в качестве датчика обратной связи на осях большой длины в системах с повышенными требованиями к безопасности. Целью является возможность применения в безопасных системах управления в качестве системы одного датчика, отвечающих категориям SIL-2 (согласно EN 61 508) или Performance Level «d» (согласно EN ISO 13 849). Основой для безопасной передачи значения позиции являются два генерируемых независимо друг от друга абсолютных значения, а также биты ошибок, передаваемые системе ЧПУ. Это достигается с помощью последовательного интерфейса EnDat 2.2. Кроме этого последовательная передача данных с помощью двунаправленного интерфейса EnDat 2.2 имеет другие преимущества, такие как высокая надежность, повышенная точность, возможность диагностики, низкие затраты благодаря простому подключению и многое другое. LC 200 будет также доступен и с интерфейсом EnDat 2.2 с дополнительными инкрементальными сигналами [3].

Рисунок 3. Новый профиль составного корпуса с упрощенным монтажом

Датчик закрывает пробел в абсолютных закрытых линейных датчиках большой длины (до 28 м). Технология считывания с одним полем сканирования, позволила повысить точность и надежность датчика. Новая конструкция корпуса сделала монтаж многосекционного датчика простым и быстрым.

Таким образом, при сохраненных преимуществах инкрементального датчика появился новый значительно улучшенный абсолютный датчик линейных перемещений, который благодаря инновационной технологии открывает новые горизонты как для существующих, так и для перспективных задач станкостроения.

Список литературы

1. Официальный сайт «ИВТЕХСЕРВИС» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.pragati.ru/img/wysiwyg/UASI_PRAGATI.pdf/. (Дата обращения: 10.01.2019).

2. Официальный сайт «СТАНКИМ» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.stankim.com/catalog/oborudovanie. (Дата обращения: 10.01.2019).

3. Измерение точности позиционирования рабочих органов станков с ЧПУ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.tops100.ru/agreg/avtomaticheskaya-smenainstrumenta/. (Дата обращения: 10.01.2019).

4. Чабина О.А. Повышение производительности многооперационных станков за счет выбора рациональной системы автоматической системы позиционирования/ О.А. Чабина, И.В. Киселева // Студенческий научно-технический журнал "Инженер", Донецк-Дон НТУ. 1(21)-2(22), 2018, с.185-188.

Размещено на Allbest.ru