Co mají společného odměřovací pravítko, Boeing 737, Ferrari a sedačková lanovka? Jsou to technologie, které ve vysokých rychlostech dosahují ohromující přesnosti na hranici fyzikálních zákonů. Při výběru nového snímače polohy – odměřovacího pravítka – se proto vyplatí sledovat nejnovější technické inovace, které při výrobě poskytnou konkurenční výhodu.
Nejmodernější odměřovací pravítka dosahují úctyhodných výkonů. Dokážou opakovaně rozlišit polohu snímače s přesností na jeden nanometr, a to rychlostí až 100 m/s! To je jako změřit velikost molekuly rychlostí 360 km/h, tedy vyšší rychlostí, než jede nejrychlejší model Ferrari nebo startuje proudové letadlo. Proč moderní pravítka dosahují tak extrémních výkonů? Protože nároky na přesnost výroby se neustále zvyšují a enkodéry musí dlouhá léta spolehlivě měřit i v extrémně nehostinných podmínkách.
Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Díky němu stroj ví, kde se obráběcí nástroj nachází, a může tak přesně obrábět. Na pravítka jsou kladeny velmi vysoké nároky. Musí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let a zaručovat očekávanou opakovatelnost a rozlišení až v řádech nanometrů, tedy na úrovni velikosti molekul.
Měřítko, které obsluha nikdy neviděla
V průmyslu používaná uzavřená pravítka navíc měří ve velmi nehostinném a drsném prostředí obráběcích strojů. Musí být proto odolná vůči průniku kapalin, prachu, šponám. Navíc se od pravítka očekává, že bude přesně měřit celé roky bez nutnosti pravidelného servisu. Je totiž zpravidla ukryto hluboko v nitru stroje a jen výjimečně se zevnitř vyjímá.
Uzavřené odměřovací pravítko opticky odměřuje vzdálenost ze speciální stupnice. Čtecí hlava je s obráběcím strojem spojena ocelovou planžetou, která se pohybuje podél speciální stupnice s jemnou roztečí 30 μm. Z té optický senzor odečítá vzdálenost, aniž by docházelo k mechanickému kontaktu. Naměřené hodnoty jsou odesílány v digitální formě.
Obr. Odměřovací pravítka se dělí na otevřená nebo uzavřená. Otevřená jsou používána v čistém prostředí, v mikroskopech, ve vědeckých přístrojích. Uzavřená jsou určena do nehostinného prostředí obráběcích strojů a jiných mechanismů pracujících v extrémně drsných podmínkách.
„Proto jsou moderní optické snímače polohy konstruovány podobně jako technologie využívané pro dobývání vesmíru, tedy jako maximálně odolné a spolehlivé. Většina uživatelů obsluhujících obráběcí stroje proto odměřovací pravítko nikdy na vlastní oči neviděla,“ říká Josef Sláma, ředitel společnosti Renishaw, která patří mezi světové lídry v oblasti vývoje měřicích systémů pro strojírenství a lékařství.
Odolnost snímače proti vniknutí kapalin a nečistot je v pravítkách zajištěna pomocí přetlaku stlačeného vzduchu. Ten představuje významnou část provozních nákladů, často i ve stovkách tisíc korun ročně. Nejmodernější systémy ušetří až 70 % vzduchu, což je pádný důvod, proč tento parametr sledovat.
Vědět absolutně přesně, kde mi hlava stojí, se vyplácí
Účelem odměřovacích pravítek je zjištění polohy, ve které se pohyblivá část stroje právě nachází. Ta musí být přesná a především opakovatelná. Pro měření se využívají dva technologické principy: inkrementální anebo absolutní měření. Inkrementální pravítko se pozná podle toho, že po zapnutí stroje se musí čtecí hlava o kousek posunout, aby stroj zjistil, kde se právě nachází. Čtecí hlava absolutního pravítka se hýbat nemusí: stroj ví vždy absolutně přesně, kde je její pozice.
„Stroj vybavený absolutním pravítkem při přerušení výroby okamžitě ví, kde se obráběcí nástroj nachází, a může tak pokračovat ve výrobě. V případě inkrementálního pravítka zmiňovaný posun nástroje může způsobit poškození nástroje i obrobku,“ vysvětluje Josef Sláma.
Inovace, které ochrání obrobek i zadek lyžaře
Běžná odměřovací pravítka obsahují mnoho mechanických prvků: ložiska, táhla, pojezdy, pružinky, které zvyšují riziko poruchy. V moderních pravítkách typu Fortis od společnosti Renishaw ale nic podobného nenajdete. Veškeré mechanické prvky jsou zredukovány na minimum.
Nejmodernější pravítka jsou totiž konstruována bez nadbytečných pohyblivých součástí. Mnohem lépe tak odolávají vibracím. Tím je zaručena vysoká spolehlivost: nedochází k chybám v měření, hysterezi či vzniku axiální vůle, které jsou obvyklé u pravítek s mechanickými prvky. To má samozřejmě pozitivní vliv na kvalitu tvaru a drsnosti povrchu obrobků.
Odměřovací pravítko Fortis se skládá pouze z optického snímače polohy – vysokorychlostní kamery, která je umístěna v uzavřené čtecí hlavě. Ta snímá ocelové pravítko s tzv. absolutní stupnicí, která disponuje jemnou roztečí 30 μm.
Obr. Moderní snímače polohy jsou utěsněny proti vniknutí kapalných a pevných nečistot až do stupně ochrany IP67. Pravítko tak může pracovat i plně ponořené do kapaliny. Speciálně laděné vibrační tlumiče ochraňují proti vibracím. Snímače jsou testovány na zrychlení vyšší než 30 g a dokážou odolat náročným podmínkám.
„Naše pravítka mají navíc unikátní prvek – laděný tlumič vibrací – který znají lyžaři ze sedačkových lanovek. Má za úkol eliminovat vibrace přenášené nosným lanem do sedačky. Tlumiče vibrací v pravítkách Fortis eliminují vibrace vznikající ve stroji při obrábění. Zvyšují tím spolehlivost poskytované polohové zpětné vazby,“ uzavírá Josef Sláma, ředitel společnosti Renishaw.
Klíčové parametry výběru lineárního optického pravítka
-
Bezkontaktní konstrukce – žádné mechanické opotřebení a vyšší trvanlivost
-
Snížená hystereze – plynulejší reakce a zdokonalené dynamické charakteristiky
-
Robustní konstrukce čtecích hlav – vynikající odolnost vůči vibracím
-
Kvalitní utěsnění – vyšší odolnost vůči kontaminaci kapalinami a pevnými nečistotami
-
Snadné seřízení – pomůcky usnadňující instalaci a seřízení pravítka
-
Spotřeba vzduchu – významná úspora nákladů při vytváření přetlaku (10.6.2021)