Absolutní lineární a úhlové snímače HEIDENHAIN jsou již léta produkty, které si výrobci obráběcích strojů zvolí vždy, když je nutno splnit vysoké požadavky na přesnost, spolehlivost a produktivitu. Při absolutním měření je polohová hodnota ve snímači k dispozici bezprostředně po zapnutí stroje a může být kdykoli volána následnou elektronikou. Není nutno pohybovat osami pro nalezení referenční polohy. Informace o absolutní poloze je odečítána z optického rastru, který je vytvořen ze struktury absolutního sériového kódu. Vzhledem k výhodám absolutních snímačů je nyní společnost HEIDENHAIN vyrábí ve větším množství než inkrementální verze. Vyšší technické požadavky strojů i vlastní výroby, jakož i přísnější bezpečnostní požadavky národních i mezinárodních standardů, si vynutily novou generaci zakrytých lineárních snímačů se zvýšenou odolností proti pronikání mechanických i kapalných nečistot. Zásadní inovací a srdcem těchto nových snímačů je HEIDENHAIN čip OPTO-ASIC, koncipovaný na základě zkušeností z výzkumu a vývoje za posledních 15 let. Díky integraci optických prvků, analogových obvodů a vyhodnocování digitálních signálů v jediném čipu se opět významně zvýšila kvalita signálu a spolehlivost. V OPTO-ASIC jsou rovněž integrovány funkce umožňující činnost těchto snímačů v aplikacích souvisejících s bezpečností. To znamená, že absolutní lineární snímače řady LC 115 a LC 415 v bezpečnostním provedeni s označením FS v názvu (jako jednosnímačové systémy) dosahují SIL2 v souladu s normou EN 61508 a EN ISO 13849. V souladu s těmito normami byly splněny podmínky bezpečného mechanického provozu. Díky rychlému taktu generování hodnoty polohy, a to během 5 μs a rozlišení až 1 nm, neexistují pro jejich použití na obráběcích strojích žádná omezení. Vedle snímačů s rozhraním RS 485, jako jsou EnDat 2.2, FANUC αi a MITSUBISHI, existují také snímače s rozhraním Ethernet DQ 01 SIEMENS. Společnost HEIDENHAIN považuje konstrukci a funkční rozsah ASIC, včetně nezbytné výrobní technologie COB (chip on board) nebo flip-chip assembly, za základní know-how, které outsourcoval. Tento hluboký záběr výroby a kooperace interdisciplinárních procesů s výzkumem a vývojem v oblasti mechanických komponentů a elektroniky pod jednou střechou je základem vysoké spolehlivosti sériové výroby absolutních a inkrementálních snímačů společnosti HEIDENHAIN. Konstrukce sním ačů Základem optického rastru absolutních lineárních snímačů, nabízených v plné LC 115 a štíhlé verzi LC 415, tvoří inkrementální mřížka s konstantou 20 μm a absolutní mřížka s čárovým kódem PRC (Pseudo Random Code). Inkrementální stopa je snímána osvědčenou metodou jednoho pole. Tento typ snímání se kvalitou a spolehlivostí signálu dramaticky odlišuje od zastaralé metody tří nebo čtyř polí. Díky velké oblasti snímání, přes celou šířku dělení stupnice a uspořádání s několika postupnými poli snímání, jsou tyto snímače se snímáním jednoho pole mimořádně necitlivé na znečištění. Výsledky odpovídajících testů na znečištění to potvrzují: i při znečištění velkých oblastí snímač nadále poskytuje vysoce kvalitní signály. Polohová chyba zůstává hluboko pod hodnotou, specifikovanou třídou přesnosti snímače. Vliv znečištění na výstupní signál (v tomto příkladu z typu LS 487). Vlevo: snímání čtyřmi poli, vpravo: snímání jedním polem Technika osvědčená u absolutních rotačních snímačů se v adaptované podobě využila i pro konstrukci optiky absolutních lineárních snímačů polohy. Individuální bity PRC jsou snímány „diferenciálně“. Každý bit sestává ze světlého a tmavého pole. Podobně jako u diferenciálního snímání dat rozhraní RS 485, ovlivňuje rušení obě pole a má pouze malý vliv na zpracování signálu. Kombinace obou technologií umožňuje dosáhnout velmi vysoké kvality signálu a spolehlivosti. Funkční bezp ečnost Bezpečnost má při konstrukci strojů i výrobních zařízení rostoucí význam. Důkazem toho je úprava a doplnění nové legislativy současně se zaváděním přísnějších požadavků na bezpečnost v národních i mezinárodních normách. Cílem je zabezpečit především ochranu osob, nicméně hmotným fondům a životnímu prostředí je věnováno též více pozornosti. Pro splnění těchto vysokých požadavků, kladených na měřicí technologie novými normami, vypracovala společnost HEIDENHAIN společně s institutem TÜV SÜD nový bezpečnostní koncept pro typové zkoušky. Certifikace platí pro celý systém – od vzniku hodnoty polohy přes přenos dat až po vyhodnocení následnou elektronikou. Vyloučení chyb souvisejících s uvolněním mechanických prvků je poslední částí této úvahy. Nové absolutní lineární snímače řady LC 115/415 jsou prvními lineárními snímači, které poskytují výrobcům strojů hodnoty PFH pro hodnocení celého systému. Počet snímačů dodávaných s funkční bezpečností se bude postupně zvyšovat. Certifikace snímačů úhlu řady RCN byla dosažena v roce 2012. Pokud má výrobce obráběcích strojů připraven odlišný bezpečnostní koncept, společnost HEIDENHAIN mu může vyjít vstříc s hodnotami MTTF a s tabulkou chyb, připravenou specificky pro daný snímač. Podrobnosti musí být v obou případech koordinovány s výrobcem obráběcího stroje. Sp olehlivost Produktivita obráběcího stroje je dána jeho přesností (zda může bezpečně vyrábět díly požadované kvality), dynamikou (v jakém čase) a dosažitelností žádané polohy. Nové snímače LC definují standardy ve všech třech požadavcích. Dosažitelnou přesnost jsme již v článku popsali. Přípustná rychlost pojíždění 3 m/s a maximální zrychlení 10 g ve směru měření nepředstavují z hlediska dynamiky žádné omezení lineárního pohybu. Použití filtrovaného stlačeného vzduchu společně s lineárními snímači poskytuje maximální spolehlivost. Tím se vytváří ve snímači přetlak, který zamezuje vnikání nečistot a kapalin. Vzhledem k tomu, že se v rozvodech stlačeného vzduchu může opakovaně vyskytovat špičkové zatížení kondenzáty kapalin, je snímač LC 115 opatřen konstrukčním detailem pro minimalizaci vlivu tohoto znečištění. Stlačený vzduch je veden do „komory“ mezi vnitřními a vnějšími dvojicemi těsnicích chlopní. Výsledkem je, že hlavní tok čisticího vzduchu je veden ze snímače a mnohem slabší sekundární tok stlačeného vzduchu do vnitřku snímače. To zamezuje znečištění přicházejícímu přímo do snímače. Znečištěný tlakový vzduch proto již nemůže ovlivnit spolehlivost. LC 211 – absolutní i př i dél kách až 28 metrů U dlouhých obráběcích strojů nastavuje snímač LC 211 nové standardy v oblasti lineárního měření. Následník dobře známého „skládaného“ lineárního snímače LB 382 nyní nabízí přednosti měření absolutní polohy v rozsahu délek až do 28 metrů. Snímač LC 211 používá nový popsaný OPTO-ASIC, avšak s odrazem světelného paprsku, protože měřicím standardem je zde místo skla ocelový pásek s reflexní vrstvou. Dělení ocelového pásku METALLUR, známé ze snímače LB 382, s mřížkovou konstantou inkrementální stopy 40 μm a PRC stopou, sestává z vysoce odrazivé zlaté vrstvy a světlo pohlcujících rysek mřížky. Snímání poskytuje jedinečné hodnoty absolutní polohy po celé měřené délce, s rozlišením až 10 nm. Měření délek až 28 m si nevyhnutelně vyžaduje dlouhé kabely. Sériový přenos dat je u takových aplikací zvláště výhodný, protože například kvalita a úroveň signálů rozhraní 1 VPP klesá s velkou délkou kabelů a frekvencí snímání. Sériové rozhraní, v porovnání, vysílá data bez ztráty, bez ohledu na délku kabelu. Snímač LC 200 má, podobně jako snímače řady LC 100 a LC 400, protokoly pro rozhraní EnDat 22, FANUC αi a MITSUBISHI. Pro usnadnění montáže tak dlouhého snímače byla pro LC 211 vyvinuta nová technika montáže. Sekce, které jsou až 2 metry dlouhé, mají předmontovaná těsnění a jsou navrženy pro zajištění tolerance do 2 mm během montáže ve směru měření. Je však důležité, aby byla montážní tolerance zachována po celé měřené délce, vzhledem ke správné funkci upínacího mechanismu. Nová strategie montáže významně snížila čas vyžadovaný pro montáž a současně zvýšila kvalitu a spolehlivost. Souhrn Nové utěsněné lineární snímače LC 115/415 jsou přesnější, spolehlivější a bezpečnější než kdykoli předtím. Kombinace principu snímáním jednoho pole a digitálního zpracování signálu zaručuje vysoce přesné absolutní hodnoty polohy. Dvojité těsnicí chlopně zlepšují odolnost vůči znečištěnému stlačenému vzduchu. Certifikace TÜV umožňuje jednosnímačovému systému bezpečné snímání čistě digitálních, absolutních polohových hodnot. Snímač LC 211 doplňuje výrobní program měření délek až 28 m. Všechny snímače LC lze provozovat s řídicími systémy HEIDENHAIN, FANUC a MITSUBISHI. Řadu LC 1x5/4x5 lze také přímo připojit k řídicím systémům SolutionLine společnosti SIEMENS s rozhraním DQ 01.
