Aktuální vydání

celé číslo

12

2020

Systémy DCS pro kontinuální a dávkové výrobní procesy

Provozní analytická technika

celé číslo

Fotoelektrické, laserové a mechanické snímače a detektory polohy Panasonic pro praxi

V sériové výrobě se v mnoha situacích používají snímače vzdálenosti či detektory přítomnosti různých komponent. Tyto přístroje např. mezi jednotlivými buňkami na automatizované výrobní lince hlídají správné rozměry výrobků a potvrzují přesnost operací provedených v dílčím kroku výrobního postupu, kontrolují přesnost umístění součástek na desce s plošnými spoji či správné přistavení palety atd. Článek stručně seznamuje s novinkami v tomto sortimentu společnosti Panasonic Electric Works.

 

Automatizační technika umožňuje vyrábět stále větší objemy výrobků bez zásahu lidské ruky. Hlavní důraz je přitom kladen na přesnost a opakovatelnost výroby a dodržení pevně daných technologických podmínek, což vše musí být možné zpětně prokázat.

 

Současný trend, kdy zákazníci požadují v rámci velkých sérií různá provedení výrobků, která se od sebe mohou i podstatně lišit provedením, barvou či funkčními schopnostmi, vyúsťuje v požadavek vyrábět na jedné lince bez zásahu člověka velký počet variant výrobku. Takovýto výrobní podnik, uspořádaný podle pravidel postupně přijímaných v rámci konceptu průmysl 4.0, se v praxi označuje jako digitální továrna. V ní je nutné nejen automaticky vyrábět, ale také automaticky sledovat průběh a výsledky jednotlivých výrobních operací a porovnávat je s výrobními předpisy a očekáváními. Přitom je také nutné zaznamenávat výsledky provedených měření s online upozorněním na případné odchylky za účelem zpětně ovlivnit nastavení parametrů automatizovaných výrobních strojů a zařízení. Zaznamenané výsledky měření jsou následně součástí průkazu správnosti postupu výroby jednotlivých vyrobených součástek či jejich sestav. Ve strojírenské a elektrotechnické výrobě se při kontrole provedených operací a kvality výrobků lze v praxi často setkat s dotykovými i bezdotykovými (fotoelektrickými, laserovými, indukčními) snímači vzdálenosti či detektory polohy. Co nového nabízí v tomto oboru společnost Panasonic Electric Works (dále Panasonic)?

 

Přesné a odolné mechanické digitální snímače posunutí Panasonic HG-S

Dotykové digitální snímače posunutí Panasonic řady HG-S jsou dodávány jako sestava tvořená snímací hlavicí tužkového tvaru s rozměry 11 × 18 × 84,5 mm (délka tělesa hlavice bez připojovacího konektoru a vlastního snímacího hrotu) a řídicí jednotkou (obr. 1).

 

Snímací hlavice snímače HG-S je opatřena kabelem odolávajícím namáhání v ohybu připojeným prostřednictvím konektoru, takže ji lze bez omezení instalovat i na pohyblivé díly. Princip snímání polohy je optický, absolutní. Měřicí rozsah snímací hlavice je 10 mm a přesnost údaje až ±1 μm nebo lepší (ve zúženém měřicím rozsahu ±0,5 μm) při rozlišení 0,5 μm v základním provedení a 0,1 μm v provedení se zvýšenou přesností. Informaci o poloze snímací jehly poskytuje absolutní lineární kodér polohy se snímačem obrazu typu CMOS, čtoucím skleněnou stupnici s různými obrazci rysek. Tím je dosaženo přesného měření polohy bez vynechávání údajů i při velmi rychlých operacích a je vyloučena chyba při nastavení výchozí („nulové“) polohy.

 

Konstrukčně je hlavice snímače HG-S uspořádána tak, že snímací jehla je vedena ve dvou kluzných ložiskách, po jednom v horní a dolní části pouzdra, což hlavici poskytuje značnou provozní trvanlivost a odolnost proti příčným zatížením. Snímací hlavice má stupeň krytí IP67 a vydrží více než 100 milionů pracovních cyklů (jmenovitá hodnota). Doba odezvy snímací hlavice je kratší než 3 ms.

 

Nedílnou součástí snímače HG-S je mnohostranně a mimořádně snadno použitelná řídicí jednotka se sadou ovládacích kláves a s dvouřádkovým přehledným kontrastním displejem LCD s širokým pozorovacím úhlem. Jednotka, jako první na světě, zobrazuje dva údaje, a to naměřenou hodnotu (snímačem) a hodnotu očekávanou (vypočítaný údaj), a spolu s nimi polární diagram zobrazující naměřenou hodnotu (zeleně hodnotu v rozmezí mezi stanovenou maximální a minimální hodnotou, oranžově hodnotu mimo nastavené rozmezí). Tato funkce umožňuje přesně a hlavně rychle zkontrolovat správnost měřeného výrobku, doslova jedním pohledem (obr. 2).

 

Z hlediska automatizace výroby řídicí jednotka nabízí užitečnou funkci řetězení snímačů. Jedna z řídicích jednotek ve skupině, určená jako řídicí (master), představuje vzor ke zkopírování svého nastavení do dalších jednotek, pracujících v podřízeném režimu (slave). Při tomto uspořádání významně klesá časová náročnost operací konfigurování a údržby zařízení. Jedna jednotka typu master může obsluhovat až patnáct podřízených jednotek.

 

Snímače posunutí řady HG-S mají velmi široké použití. V automobilovém průmyslu např. umožňují kontrolovat správné spojení dvou obrobků či dodržení kulatosti klikových hřídelí, měřit výšky usazení součásti v sestavě, jako např. výšky šroubů a osazení částí převodovky, či kontrolovat výškovou polohu nalisovaných dílů atd. Mimo automobilový průmysl lze měřit např. odchylku od nominální osy hřídelí motorů nebo rovinnost montáže displejů i jiných rovinných součástí. K velké užitné hodnotě snímačů řady HG-S dále přispívá široká nabídka provedení snímacích hlavic. Současné množství variant jak snímacích hlavic, tak i řídicích jednotek snímačů řady HG-S umožňuje pokrýt téměř libovolné požadavky výrobních závodů i specializovaných pracovišť.

 

Bezkontaktní snímače vzdálenosti řady HG-C

Laserové snímače řady HG-C jsou kompaktní a lehké přístroje (rozměry 20 × 44 × 25 mm, hmotnost 35 g, upevnění dvěma šrouby M3) určené k velmi přesnému bezdotykovému měření vzdálenosti v rozmezí od desítek do až 600 mm. Nedílnou součástí snímače je vestavěný displej indikující nastavovací stavy a při měření zobrazující v různých podobách naměřené hodnoty. K dispozici jsou varianty se středem měřicího pole ve vzdálenosti 30, 50, 100, 200 a 400 mm od snímače a s měřicím rozsahem (příslušně po řadě) ±5, ±15, ±35, ±80 a ±200 mm, což umožňuje volit umístění snímače ve velmi širokých mezích. Opakovatelnost měření závisí na měřicím rozsahu snímače (od 10 μm u rozsahu ±5 mm až po 300 μm, popř. 800 μm u rozsahu ±200 mm) a obdobně také linearita snímače (u dolních tří měřicích rozsahů ±0,1 %, u horních dvou ±0,2, popř. ±0,3 % měřicího rozpětí). Spolu s údajem na displeji je k dispozici také analogový výstupní signál 0 až 5 V.

 

Snímače řady HG-C se jednotlivě připojují pětižilovými kabely a vyznačují se stupněm krytí IP67, tj. jsou chráněné před vniknutím cizích předmětů včetně prachových částic a s možným ponořením do vody na dobu až 30 min. Pro tyto své vlastnosti představují snímače řady HG-C odolnou měřicí pomůcku vhodnou k použití v úlohách se zvýšenou prašností a také tam, kde se lze setkat s odstřikující nebo tekoucí vodou.

 

Výrobce doporučuje snímače řady HG-C použít i např. při detekci přechodu mezi různými materiály nebo barvami povrchu či k měření pohybu rotujících předmětů, výšky jednotlivých stupňů u schodovitého provedení výrobků, hloubky záseků či štěrbin apod. Typickými úlohami jsou měření deformace kruhových tvarů, měření tloušťky deskových materiálů dvěma snímači umístěnými proti sobě a hlídání výšky výrobků (např. zda po povrchové montáži jsou všechny součástky osazeny správně). U robotů snímač zjišťuje výšku pracovní hlavy a nástroje nad úrovní materiálu. Bezkontaktní snímače nacházejí využití v potravinářství nebo ve farmacii.

 

Tvarově nejbohatší nabídka fotoelektrických detektorů PM-25/45/65

Společnost Panasonic nedávno vylepšila svou řadu detektorů tvaru písmene U (obr. 3) k detekci přítomnosti překážky v měřicí štěrbině zúžením detekčního paprsku na 0,5 mm. Tím bylo možné měřicí štěrbinu oproti předchozí řadě rozšířit o 1 mm, což poskytuje větší volnost při instalaci a umožňuje přístroj použít k detekci rotace i předmětů nebo kotoučů házejících do stran. Protože společnost Panasonic má vždy na zřeteli potřeby svých zákazníků a ví, že každá změna způsobuje výrobním závodům problémy, jsou detektory nové řady mechanicky (vzdálenost upevňovacích otvorů) i elektricky kompatibilní s předchozí řadou. Lze tudíž bez problémů nahradit starý model novým.

 

K usnadnění montáže je detektor na přední i zadní stěně opatřen značkami vyznačujícími polohu detekčního paprsku, což urychluje nastavování polohy snímaného předmětu a zkracuje prostoje při montáži nebo výměně detektoru. Detektory řad PM-25/45/65 jsou vybaveny velkou oranžovou kontrolkou, která se při vstupu měřeného objektu do dráhy detekčního paprsku rozsvítí. Kontrolka je viditelná z libovolného směru, shora i ze stran. Detektory díky tomu, že riziková místa průchodu v blízkosti elektronických obvodů kabelů jsou zalita do ochranné pryskyřice, výborně odolávají rázům a vibracím. Ve všech modelech jsou použity ochranné obvody chránící elektroniku proti přepólování napájení i proti zkratu na výstupu.

 

Nabízené moderní účinné a přesné detektory se upevňují jedním (vybrané modely) nebo dvěma šrouby M3. Jako typické způsoby použití se nabízejí úlohy nastavování polohy palet na výrobním pásu, snímání polohy výchozího bodu a detekce jeho překročení (při použití dvou detektorů polohy u suportu nebo elektronicky ovládaného svěráku NC strojů) a snímání polohy rotujících těles.

 

Směrem k realizaci konceptu průmysl 4.0

Většina snímačů uvedených v článku může být součástí výrobních linek splňujících požadavky konceptu průmysl 4.0 na prokazatelnost výroby a udržování její kvality. Nabídka jednotlivých typů je dostatečně široká. Předností snímačů je zejména odolnost proti poškození a u fotoelektrických detektorů i nezávislost na otřesech a dlouhá doba provozního života. Údržbáři automatizovaných výrobních linek jistě ocení skutečnost, že společnost Panasonic zachovává nejen mechanickou, ale i elektrickou zpětnou kompatibilitu. To usnadňuje přechod na nové modely bez nutnosti upravovat místa uchycení nebo obslužný program.

 

V souvislosti s realizací konceptu průmysl 4.0 lze konstatovat, že přechod na digitální továrnu budoucnosti může být pro uživatele o hodně snazší, použije-li stavební díly, jako jsou programovatelné řídicí jednotky (PLC), operátorské panely (technika HMI), ionizéry, laserové popisovače, čítače, časovače, servomotory či již zmíněné snímače a detektory polohy od jednoho výrobce. Tak je zaručeno, že veškerá použitá automatizační technika bude stále jako celek rozvíjena s navzájem vyváženými parametry, což inovacemi současných řad produktů i programového vybavení zajistí sám výrobce. Takovýto přístup umožňuje uživatelům automatizační techniky snáze čelit novým výzvám, které přicházejí třeba právě s konceptem průmysl 4.0.

(Panasonic Electric Works)

 

Obr. 1. Dotykový digitální absolutní snímač posunutí Panasonic řady HG-S (vlevo snímací hlavice, vpravo řídicí jednotka)

Obr. 2. Řídicí jednotka snímače řady HG-S v detailu (1 – duální zobrazení pro větší provozní pružnost, 2 – displej LCD, 3 – intuitivní rozhodování podle polárního diagramu, 4 – funkce kopírování master-slave)

Obr. 3. Firma Panasonic nabízí fotoelektrické detektory přítomnosti tvaru písmene U v mnoha různých provedeních