Je zajímavé sledovat vývoj
požadavků na snímače a aplikační
zvyklosti při návrhu
výrobních zařízení. Ještě před
několika lety zcela převládala
poptávka po optických snímačích
polohy a snímače založené
na magnetickém principu byly
považovány za doplněk vhodný
pouze pro speciální aplikace
s mimořádnými nároky na odolnost.
Rozvoj výroby snímacích
technologií a dobré zkušenosti
konstruktérů postupně zmenšují
nedůvěru a začínají převládat
požadavky využívající specifických
možností magnetických
snímačů, jako je odolnost vůči
vibracím, malé zástavbové rozměry,
vysoká rychlost snímání,
teplotní odolnost a stále vzrůstající
citlivost spolu s příjemnou
cenou.
Podobný vývoj je patrný
i v oblasti lineárních a úhlových
snímačů s vysokým a velmi vysokým
rozlišením. Zde se začínají
prosazovat nové materiály stupnic
a nové techniky zpracování
signálu, které umožňují aby
např. otevřené snímače s nekrytou
stupnicí pracovaly v běžných
průmyslových podmínkách.
Tyto pokroky vývoje uvolňují
konstruktérům ruce a umožňují
návrh kompaktnějších, cenově
výhodnějších zařízení s vyšší
užitnou hodnotou.
NOVÉ TECHNOLOGIE PRO
MAGNETICKÉ SNÍMAČE
AM8192 – 13bitový snímací čip
AM8192 je kompaktní snímač na
čipu. Tento první 13bitový magnetický
snímač byl vybrán časopisem
NASA Tech Briefs jako produkt
měsíce listopadu 2006.
Pole Hallových snímacích prvků
detekuje s vysokou citlivostí úhlovou
pozici polarizovaného magnetu otáčejícího
se nad povrchem čipu. Sin/
Cos analogový signál je převeden na
výstupní inkrementální nebo absolutní
polohový signál konfigurovatelným
interpolátorem (až do rozlišení
8192 poloh na otáčku).
Technologie OnAxis™
Použití bezkontaktní magnetické
snímací technologie přináší uživatelům
výrazné výhody. Konstruktérům
se podařilo snížit počet dílů snímače
téměř o 50 % ve srovnání s optickým
snímacím principem. Nejsou třeba
ložiska a celý snímací čip, který tvoří
srdce systému lze velmi dobře krytovat
- proto je nabízeno krytí IP68. Důmyslným
návrhem matice snímacích Hallových
prvků je
vyřešena citlivost
na externí magnetické
pole - např.
zdroj magnetického
pole o intenzitě
1 tesla v těsné
blízkosti povrchu
snímače způsobí
chybu čtení max.
0,5 bitu, tj. méně
než 1 polohu.
T e c h n o l o -
gie OnAxis™
je navržena pro
snímání polohy
a rychlosti
v sériově vyráběných
zařízeních, kde každá zbytečná
minuta práce přináší velké náklady
a je požadavek na minimalizaci ceny
snímače. Samocentrovací konstrukce
válcového tělesa umožňuje montáž
snímače pouhým zapuštěním do připraveného
otvoru nebo zahloubení
a připevnění dvěma
šrouby. Není
třeba žádných spojek
a ustavování.
Snímače s technologií
OnAxis™
t y p u R M 4 4
a RB44 jsou vyráběny
v rozlišení od
256 do 8192 poloh
na otáčku (8-13
bitů) s krytím IP68,
napájením 5 nebo
24 V. Výstupní
signál je digitální
RS422A nebo absolutní
SSI. a mohou
spolehlivě pracovat
v rozmezí teplot od
-40 až do +125 ?C
při otáčkách až 30
000 min-1. Zapouzdřené
snímače jsou
doplněny snímacími
moduly s krytím IP00
určenými zejména pro
zástavbu do motorů,
kde díky svým malým
zástavbovým rozměrům,
bezkontaktnímu
způsobu snímání
a výhodné ceně úspěšně
konkurují optickým
čidlům a resolverům.
Pro kusovou výrobu
a náhradu stávajících
snímačů
jsou určeny snímače
v bezkontaktním provedení RM
nebo typ s výstupní hřídelí RE. Snímače
jsou dostupné s různými typy
výstupních signálů - absolutní paralelní
nebo sériový SSI, inkrementální
(až 1024 pulzů s vyhodnocením 4x),
lineární napěťový výstup (0-10 V DC
nebo -10 až +10 V DC
nebo lineární proudový
výstup (0- 20 mA
nebo 4 – 20 mA).
Napájení 5 – 24 V.
Inteligentní úhlové
a lineární snímače
s vysokým rozlišením
Vzruch do téměř
stojatých vod optických
úhlových a lineárních
snímačů přinesla
řada snímačů
Renishaw Signum.
Úhlový snímač Signum RESM
Tento typ snímače vyslyšel volání
konstruktérů po systému s velkým
vnitřním průměrem stupnice, vysokým
rozlišením i odolností. Systém
tvoří stupnice RESM, odolná čtecí
hlava SR a interface Si. Stupnice
RESM vyniká mimořádnými parametry,
které vyhoví i pro nejnáročnější
aplikace (např. přesnost dělení
až ± 0,38 úhlové vteřiny, rozlišení
a opakovatelnost systému až 0,02
úhlové vteřiny). Velkou předností
stupnice RESM je malá stavební výška
a variabilita průměrů (? 52 mm
to ? 550 mm) pro snadné začlenění
do systému. Každá stupnice je navíc
vybavena patentovaným kuželovým
uložením, které zjednodušuje montáž
a minimalizuje excentricitu, jež
často vzniká při vestavbě úhlových
snímačů a má velký vliv na přesnost
instalovaného systému. Nízká hmotnost
a malý moment setrvačnosti
stupnice RESM nezatěžuje konstrukci
přídavnými momenty, které
často způsobují snižování přesnosti
a dynamických parametrů navrhovaného
zařízení.
Lineární snímač Signum RELM
RELM je mimořádně přesný
a robustní otevřený lineární snímač
s definovaným teplotním chováním
díky materiálu Invar s koeficientem
teplotní roztažností 0,6?m/m/°C
(v intervalu 0-30 °C). Stupnice jsou
vyráběny ve třídě přesnosti ±1?m
a čte je stejná čtecí hlava jako úhlové
stupnice.
Čtecí hlava SR a interface SI
Čtecí hlava SR s krytím zvýšeným
na IP64 umožňuje práci při pracovní
teplotě do 85 ?C a rychlosti 12,5 m/
min. Stejně jako všechny optické snímače
Renishaw těží i tato čtecí hlava
z vynikající filtrační optiky, která
poskytuje systému mimořádnou imunitu
proti špíně, prachu a škrábancům.
Inteligentní zpracování signálu Signum
™ zajišťuje mimořádně malou
cyklickou chybu (± 30 nanometrů)
a vysokou spolehlivost. Diagnostický
software, který je součástí systému
Signum™, dále rozšiřuje uživatelskou
přívětivost a umožňuje uživateli optimalizovat
nastavení a provádět online
diagnostiku připojením interface
přes USB port na PC.
ZÁKLADNÍ ÚVAHY PŘI VOLBĚ
ODMĚŘOVACÍHO SYSTÉMU
Při výběru rotačního či úhlového
snímače není rozumné volit nejvyšší
přesnost a rozlišení, aniž by byla
zvážena rychlost přenosu dat, rozměry
systému, jeho složitost a cena.
Existují lineární snímače poskytující
přesnost a rozlišení v desetinách
nanometrů. Podobně mohou s přesností
vyšší než úhlová vteřina pracovat
i úhlové snímače.
Při určování požadovaných parametrů
snímače je třeba oddělit přesnost,
rozlišení a opakovatelnost: v
aplikacích vyžadujících opakovatelnost
(např. manipulační stroje) je
přesný úhel každé ze stanic druhořadý
vzhledem ke schopnosti systému
opakovaně zastavit na témže
pulzu snímače. Jedná-li se o plynulý
pohyb, nesmí zvolené rozlišení
dovolit kolísání rychlosti servopohonu.
U pomaloběžných zařízení,
jakými jsou například astronomické
dalekohledy, je důležitější přesné
měření úhlu než maximální rychlost,
při které je snímač schopný
pracovat.
Pochopíme-li požadavky na parametry
odměřovacího systému, bude
volba vhodného snímače mnohem
snazší.
ING. JAN VLČEK
RENISHAW S.R.O.
