Aktuální vydání

celé číslo

10

2022

Chemie, potravinářství a farmacie

celé číslo

Laserový interferometr XL-80: mobilita, přesnost a snadné použití

Laserový interferometr XL-80: mobilita, přesnost a snadné použití

Růst požadavků na přesnost pohybu a používání pohybových mechanismů s velkou dynamikou otevírá nové oblasti použití laserových interferometrů. Pro dosažení velké přesnosti a opakovatelnosti polohování je při seřizování již mnoho let používají výrobci obráběcích a měřících strojů. Nyní však začíná narůstat potřeba seřizovat i geometrii a dynamické chování jiných strojů a objevují se požadavky od výrobců strojů na řezání vodním paprskem, velkoformátových plotrů, strojů na výrobu plochých obrazovek a dalších. Stále častější je i požadavek realizovat měření u zákazníka.

Přední světový výrobce laserových interferometrů, firma Renishaw, v dubnu 2007 uvedl na trh zcela nový typ vysoce mobilního a přesného interferometru XL80.

Základní technická data

Základem měřicího systému je kompaktní laserová hlavice XL-80 (obr. 1), vytvářející mimořádně stabilní svazek helium-neonového laserového světla: stabilita frekvence vyzařované vlnové délky je ±0,05 ppm za rok a ±0,02 ppm za hodinu. Těchto vynikajících hodnot je dosahováno teplotní stabilizací délky laserové trubice v řádu jednotek nanometrů. Použití He-Ne laseru je výhodné z hlediska navázání na mezinárodní etalony délky. Stav stabilizace laseru a sílu signálu ukazují signalizační LED. Doba stabilizace je kratší než šest minut.

Mezi standardními funkcemi, jimiž je vybavena laserové hlavice, je nově i spínač zesílení signálu, který umožňuje dosáhnout měřicího rozsahu až 80 m nebo větší intenzity signálu při obtížných nastaveních na kratší vzdálenosti.

Druhou součástí systému, klíčovou z hlediska přesnosti měření, je samostatný kompenzátor XC-80, který velmi přesně měří teplotu, tlak a relativní vlhkost vzduchu. Na základě zjištěných údajů upravuje vlnovou délku laseru tak, aby do výpočtu stále vstupovala její správná hodnota, a tím do značné míry eliminuje chyby měření vyplývající ze změn parametrů prostředí. Kompenzace se provádí každých sedm sekund. V době mimo měření jsou snímače odpojeny, aby se nezahřívaly a tím neovlivňovaly měření. Ke kompenzátoru lze dále připojit až tři snímače teploty materiálu (obr. 2), aby bylo možné měření normalizovat na standardní teplotu materiálu 20 °C. Snímače teploty jsou inteligentní, to znamená, že obsahují vlastní procesor, který se stará o převod signálu do digitální podoby a analýzu funkce snímače.

Mobilita

Při pohledu na nový laserový interferometr XL-80 a kompenzátor XC-80 od firmy Renishaw není možné si nevšimnout, jak malých rozměrů je toto zařízení ve srovnání s dřívějšími ekvivalentními přístroji. S přibližně 3 kg (včetně připojovacích kabelů, zdroje napájení a senzorů) je jeho hmotnost o 70 % menší než hmotnost srovnatelných zařízení. Zmenšení velikosti základních komponent umožnilo přizpůsobit velikost dalších prvků systému, jako jsou stativ a nastavovací deska laseru, tak, aby se celý systém (bez stativu) vešel do malého přepravního kufru. Velikost základní verze „na kolečkách“ nyní dosahuje rozměrů jen něco málo přes 50 % velikosti předchozího kufru. Přesto obsahuje úplný lineární a úhlový systém a navíc má prostor pro uložení diagnostického systému Renishaw QC10. Díky hmotnosti menší než 15 kg je vysoce mobilním diagnostickým a kalibračním systémem, který nemá konkurenci.

Přesnost a rychlost měření

S nárůstem počtu mechanismů, které se pohybují rychlostmi převyšujícími 2 m/s, potřebují zákazníci stále častěji měřicí systém, který může při těchto vysokých rychlostech pracovat a zajistit přesné měření s podrobnými výsledky. Laserový měřicí systém XL-80, na rozdíl od většiny jiných dostupných zařízení, splňuje současně oba požadavky: maximální rychlost lineárního pohybu při měření se zvyšuje na 4 m/s (u ML 10 to byl 1 m/s) při zachování rozlišení odečítání polohy 1 nm. Přesnost lineárního měření popisovaného systému je ±0,5 µm/m pro celý rozsah povolených paramerů okolního prostředí, tj. při teplotě 0 °C až +40 °C, tlaku 650 až 1 150 mbar a relativní vlhkosti 0 až 95 %, s intervalem spolehlivosti 95 % (k = 2). Frekvence vzorkování 50 kHz umožňuje zaznamenat velmi podrobné údaje o dynamických dějích.

S využitím aktualizovaných verzí softwaru Renishaw (LaserXL™ a QuickViewXL™) lze prezentovat data známým, snadno použitelným způsobem. Software Laser XL zajišťuje měření uskutečňované po krocích, které splňuje většinu norem pro ověření obráběcích strojů, a software QuickView nabízí zobrazení laserového měření v reálném čase.

Snadnost a efektivita použití

Laserový interferometr je spojen s PC prostřednictvím standardního rozhraní USB – není třeba žádné samostatné speciální rozhraní. Pro další rozšíření oblasti použití je přímo na zadní stěně laserové hlavice připraven konektor s vyvedeným kvadraturním a analogovým signálem. Všechny možnosti předchozího modelu ML10 a speciálních typů interferometrů jsou tedy nyní standardními funkcemi modelu XL-80.

Laserová hlavice se napájí ze samostatného zdroje, který umožňuje připojení k síti s napětím 90 až 264 V. Kompenzátor je napájen ze zdroje počítače prostřednictvím rozhraní USB.

Nový systém je zpětně zcela kompatibilní s dosavadní optikou systému ML10 a napomáhá tisícům současných uživatelů systému ML10 po celém světě povýšit ho na nový systém, a přitom nepřijít o prostředky již investované do optiky, postupů a školení personálu. K dispozici jsou optické prvky pro měření délek i úhlů, měření přímosti, kolmosti a rovinnosti. Pro měření přesnosti polohování rotačních os je k dispozici otočný stolek RX10. V kombinaci se systémem XL-80 a úhlovou optikou umožňuje plně automatickou kalibraci os s přesností ±1".

Za zmínku stojí i nový univerzální stativ, který prošel rozsáhlými zkouškami a díky tomu tvoří stabilní základnu laserové hlavice při zachování kompaktnosti a malé hmotnosti (i s kufrem 6,2 kg). Stolek stativu umožňuje pootočení i posun laserové hlavice a pro urychlení práce může zůstat připevněn k laserové hlavici. Tam, kde nevyhovuje instalace na stativ, lze stolek s laserovou hlavicí uchytit také na většinu běžných magnetických držáků pomocí adaptéru se závitem M8. Při kalibraci souřadnic měřicího stroje lze laserový měřicí systém XL-80 včetně optiky umístit rovněž přímo (bez stolku) na žulový stůl stroje.

Ing. Jan Vlček, Renishaw s. r. o.

Obr. 1. Laserový interferometr XL-80
Obr. 2. Kompenzátor XC-80
Obr. 3. Inteligentní snímače teploty
Obr. 4. Interferometr XL-80 umístěný na stativu
Obr. 5. Použití interferometru XL-80 bez stativu

Příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde