Абсолютный датчик линейных перемещений для больших длин

Металлообрабатывающие станки для производства крупногабаритных деталей — это особый класс оборудования. Авиационная и космическая промышленность, энергетическое машиностроение, большие пресс-формы — везде нужны оси длиной в несколько метров.

Представьте: ось станка длиной 20, 25, а то и 28 метров. Как обеспечить точное позиционирование на такой длине? Раньше для таких задач был доступен только инкрементальный линейный датчик LB 382. Но времена меняются.

Новый абсолютный датчик линейных перемещений LC 200 от HEIDENHAIN снимает прежние ограничения. И это не просто эволюция — это качественный скачок.

Применение для крупногабаритных деталей: авиация, энергетика, пресс-формы

Требования современных отраслей

Станки с минимум одной длинной управляемой осью — не редкость. Авиационная промышленность требует обработки крупногабаритных деталей фюзеляжей. Космическая отрасль — компонентов ракет-носителей. Энергетическое машиностроение — турбин и генераторов.

А еще есть большие пресс-формы для автомобильной промышленности. Оси длиной в несколько метров — это реальность современного производства.

Почему абсолютные датчики выигрывают

Абсолютные датчики, выдающие абсолютное значение положения сразу после включения, завоевывают все большую популярность. И это понятно: при их использовании не требуется обнуление осей.

Включили станок — и сразу знаете точное положение инструмента. Никаких референтных ходов, никакой потери времени. Это факт.

Раньше для длин свыше нескольких метров был доступен только инкрементальный линейный датчик LB 382. Теперь ситуация изменилась.

Конструкция LC 200: модульная система и совместимость с LB 382

Сборная конструкция

Новый линейный датчик LC 200 является сборным и состоит из так называемого комплекта с необходимыми для конкретной длины деталями:

★ шкала
★ подложки
★ уплотнения
★ одна или несколько считывающих головок
★ набор требуемых для данной длины элементов корпуса

Почему модульная конструкция? Потому что длина осей бывает разной. Производить датчики фиксированной длины — неэффективно. А здесь собрали нужное количество сегментов — и получили требуемую длину.

Совместимость по присоединительным размерам

Датчик LC 200 совместим по присоединительным размерам с инкрементальным датчиком LB 382.

Что это значит на практике? Если у вас уже установлен LB 382, вы можете заменить его на LC 200 без переделки крепления. Это серьезно упрощает модернизацию.

Не всё так просто, как кажется. Но совместимость — это большой плюс для тех, кто хочет перейти на абсолютное позиционирование без капитальной переделки станка.

Технология METALLUR: две дорожки для абсолютного позиционирования

Стальная лента с делениями

В качестве шкалы служит стальная лента с делениями, нанесенными методом METALLUR. Считывание производится с помощью отраженного света.

Несмотря на большую длину измерения (до 28 метров), значение позиции генерируется всего по двум дорожкам:

✓ абсолютная дорожка с последовательным кодом — однозначна по всей длине
✓ инкрементальная дорожка с периодом делений 40 мкм

Инкрементальная дорожка интерполируется и обрабатывается интегрированным Opto-ASIC для получения абсолютного значения с высоким разрешением (до 0,01 мкм).

Рис. 1 Шкала с двумя дорожками – абсолютной и инкрементальной

Преимущества метода METALLUR

Метод METALLUR 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
☑️ очень маленькая погрешность интерполяции
☑️ повышенная устойчивость к загрязнениям

Звучит убедительно? Безусловно. Когда на длине 28 метров вы получаете разрешение 0,01 мкм — это впечатляет.

Термическая стабильность: шкала следует за деформацией станины

Проблема термических деформаций

Другое преимущество стальной ленты METALLUR 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. Таким образом, шкале передается коэффициент термического расширения станины.

Почему это важно? Представьте: станина станка нагревается в процессе работы. Она расширяется. Если шкала не будет следовать за этим расширением, возникнут погрешности измерения.

А здесь шкала и станина расширяются синхронно. Погрешности минимизированы.

Тенденции станкостроения

Многие станкопроизводители следуют тенденциям по повышению рабочих характеристик и достижению более высокой динамики на осях станка, устанавливая на эти оси линейные двигатели.

Логично? Вполне. Линейные двигатели обеспечивают высокую скорость и ускорение. Но к датчикам предъявляются более высокие требования.

Жесткость системы: работа с линейными двигателями

Требования линейных двигателей

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.

Поэтому при разработке LC 200 было уделено особое внимание улучшению жесткости системы в направлении измерения, чтобы этот датчик можно было применять также с линейными двигателями.

Увеличение жесткости на 50%

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 LB 382.

Это серьезно. Когда вы увеличиваете жесткость на 50%, вы можете работать на более высоких скоростях без потери точности.

Монтаж составного датчика: новый профиль корпуса

Проблема стыковки сегментов

Особенно важно для составных датчиков — уменьшение погрешности в местах стыковки сегментов корпуса.

При монтаже LC 200 элементы корпуса монтируются на станине, а затем шкала протягивается через многосекционный корпус.

Рис. 2 LC 200 – элементы корпуса монтируются на станине, шкала натягивается внутри составного корпуса

Нейтральная фаза считывания

Чтобы избежать ошибок измерения позиции в местах стыковки корпуса, считывание со шкалы выполняется всегда в нейтральной фазе.

Благодаря этому точность системы остается стабильной даже при смещении размеров (например, перекос корпуса) к границам допуска на монтаж корпуса.

Не всё так просто, как кажется. Но инженеры HEIDENHAIN нашли решение.

Новый профиль корпуса

Для упрощения монтажа был разработан новый профиль корпуса. При этом учитывалась:

✔️ совместимость по монтажу с LB 382
✔️ одновременное упрощение монтажа
✔️ 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.

Рис. 3 Новый профиль корпуса упрощает и ускоряет монтаж

Рис. 4 Оптический метод считывания – надежный и точный

Безопасные системы: сертификация SIL-2 и PL d

Применение в системах безопасности

Датчик линейных перемещений LC 200 подходит для использования в качестве датчика обратной связи на осях большой длины в системах с повышенными требованиями к безопасности.

Цель — возможность применения LC 200 в безопасных системах управления в качестве системы одного датчика, отвечающих категориям:

★ SIL-2 (согласно EN 61 508)
★ Performance Level „d" (согласно EN ISO 13 849)

В ближайшее время запланирована соответствующая сертификация.

Два независимых абсолютных значения

Основой для безопасной передачи значения позиции являются два генерируемых независимо друг от друга абсолютных значения, а также биты ошибок, передаваемые системе ЧПУ.

Почему два значения? Для контроля. Если значения расходятся — система получает сигнал ошибки. Это повышает надежность.

Логично? Безусловно. В безопасных системах контроль критически важен.

Интерфейс EnDat 2.2: диагностика и надежность

Последовательная передача данных

Это достигается с помощью последовательного интерфейса EnDat 2.2.

Кроме этого, последовательная передача данных с помощью двунаправленного интерфейса EnDat 2.2 имеет другие преимущества:

✓ высокая надежность
✓ повышенная точность
✓ возможность диагностики
✓ низкие затраты благодаря простому подключению
✓ и многое другое

Дополнительные инкрементальные сигналы

LC 200 будет также доступен и с интерфейсом EnDat 2.2 с дополнительными инкрементальными сигналами.

Зачем? Для совместимости со старыми системами управления, которые не поддерживают абсолютный режим. Это гибкий подход.

Преимущества LC 200: сравнение с инкрементальными датчиками

Закрытие пробела в линейке

Новый датчик LC 200 закрывает пробел в абсолютных закрытых линейных датчиках компании HEIDENHAIN большой длины (до 28 метров).

Технология считывания с одним полем сканирования, используемая в LC 200, позволила повысить точность и надежность датчика.

Простота монтажа многосекционного датчика

Новая конструкция корпуса сделала монтаж многосекционного датчика простым и быстрым.

При сохраненных преимуществах инкрементального датчика LB 382 появился новый значительно улучшенный датчик линейных перемещений.

Благодаря инновационной технологии открываются новые горизонты как для существующих, так и для перспективных задач станкостроения.

Есть над чем подумать, выбирая систему измерения для крупногабаритного станка.

ООО «ХАЙДЕНХАЙН»
+7 (495) 931 9646
www.heidenhain.ru
info@heidenhain.ru