Podręcznik użytkownika
F-9908-0082-01-A
XC-80
Stacja kompensacyjna
XC-80
Stacja kompensacyjna
Numer katalogowy firmy Renishaw: F-9908-0082-01-A
Pierwsze wydanie: 03.2017
Zgodność z normami Unii Europejskiej
Firma Renishaw plc deklaruje, że stacja kompensacyjna XC jest zgodna
z obowiązującymi dyrektywami, normami i regulacjami. Kopia pełnej deklaracji
zgodności z wymaganiami Unii Europejskiej jest dostępna pod adresem:
www.renishaw.pl/XLCE.
Informacje prawne
Bezpieczeństwo
Przed przystąpieniem do użytkowania systemu laserowego prosimy o zapoznanie
się z broszurą z zagadnieniami bezpieczeństwa.
Zastrzeżenie
Firma Renishaw dołożyła wszelkich starań, aby zapewnić poprawność treści tego
dokumentu w dniu publikacji, jednak nie udziela żadnych gwarancji odnośnie
tej treści. Firma Renishaw nie ponosi żadnej odpowiedzialności, w jakimkolwiek
stopniu, za ewentualne błędy zawarte w niniejszym dokumencie.
Znaki towarowe
RENISHAW oraz symbol sondy wykorzystany w logo firmy Renishaw są
zastrzeżonymi znakami towarowymi firmy Renishaw plc w Wielkiej Brytanii i
innych krajach. apply innovation oraz inne nazwy i oznaczenia produktów i
technologii Renishaw są znakami towarowymi firmy Renishaw plc oraz jej filii.
Wszelkie inne nazwy marek oraz nazwy produktów użyte w niniejszym
dokumencie są nazwami towarowymi, znakami towarowymi lub zastrzeżonymi
znakami towarowymi należącymi do ich właścicieli.
Copyright
© 2017 Renishaw plc. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Kopiowanie niniejszego dokumentu, jego reprodukcja w całości bądź w części,
a także przenoszenie na inne nośniki informacji lub tłumaczenie na inne języki z
użyciem jakichkolwiek metod bez uprzedniej pisemnej zgody firmy Renishaw jest
zabronione.
Publikacja materiałów w ramach niniejszego dokumentu nie implikuje uchylenia
praw patentowych firmy Renishaw plc.
Dyrektywa WEEE
Oznaczenie produktów firmy Renishaw i/lub towarzyszącej im dokumentacji
takim symbolem oznacza, iż produkt nie powinien być wyrzucany
wraz z innymi odpadami pochodzącymi z gospodarstwa
domowego. Odpowiedzialność za dostarczenie takiego produktu
do wyznaczonego miejsca zbiórki produktów przeznaczonych do
utylizacji odpadów elektrycznych oraz elektronicznych (WEEE) w
celu umożliwienia ich recyklingu lub innych form odzysku ponosi
użytkownik końcowy. Prawidłowa utylizacja takiego produktu
pomoże zachować cenne zasoby oraz uniknąć negatywnego
wpływu na środowisko. Szczegółowe informacje można uzyskać w
najbliższym punkcie zbiórki lub od przedstawiciela firmy Renishaw.
XC-80
Stacja kompensacyjna
Spis treści
Wprowadzenie ......................................................................................................4
Kompensacja długości fali ................................................................................... 4
Kompensacja rozszerzalności cieplnej materiału ................................................ 4
Panel tylny ...........................................................................................................4
Podłączenie i konfiguracja stacji kompensacyjnej XC ......................................... 5
Czujniki parametrów środowiskowych ................................................................5
Symbole czujników ..............................................................................................6
Diody LED ............................................................................................................. 6
Diody LED w czujnikach ..................................................................................... 6
Stan diody LED ................................................................................................... 6
Kalibracja stacji kompensacyjnej XC ................................................................. 7
Kompensacja długości fali .................................................................................. 7
Położenie czujników powietrza ...........................................................................8
Położenie czujnika temperatury powietrza .......................................................... 8
Czujniki ciśnienia i wilgotności względnej powietrza ........................................... 8
Kompensacja rozszerzalności cieplnej materiału ............................................. 8
Współczynniki rozszerzalności cieplnej materiału .............................................. 9
Położenie czujnika materiału ............................................................................. 10
Oszacowanie dokładności obrabiarki prcującej w temperaturze 20°C ..............10
Kalibracja zgodnie z normami krajowymi lub międzynarodowymi .................... 10
Oszacowanie dokładności układu sprzężenia zwrotnego obrabiarki
równoważnej pracy w temperaturze 20°C .........................................................11
Produkcja części, których dokładność odnosi się do temperatury 20°C ........... 11
Automatyczna kompensacja ............................................................................. 12
Cykl aktualizacji stacji kompensacyjnej XC ...................................................... 12
Stała kompensacja materiału ............................................................................ 13
Dane techniczne ................................................................................................. 13
Wprowadzenie .................................................................................................. 13
Waga i wymiary ................................................................................................... 14
Numer katalogowy .............................................................................................. 14
4
XC-80
Stacja kompensacyjna
Wprowadzenie
Stacja kompensacyjna XC stanowi kluczowy czynnik wpływający na dokładność
pomiarów systemu laserowego. Dzięki bardzo dokładnemu i precyzyjnemu
pomiarowi warunków środowiskowych możliwa jest kompensacja długości fali
wiązki laserowej ze względu na zmiany temperatury, ciśnienia i wilgotności
względnej powietrza, co praktycznie zapewnia eliminację wszelkich błędów
pomiarowych wynikających ze zmian tych parametrów.
Kompensacja długości fali
Wskazania czujników stacji kompensacyjnej XC są wykorzystywane do
kompensacji odczytów lasera tylko w trybie pomiarów liniowych. Gdyby
kompensacji nie było, wtedy zmiany współczynnika załamania światła w powietrzu
mogłyby być przyczyną znaczących błędów pomiarowych. Chociaż możliwe
jest ręczne wprowadzanie parametrów środowiskowych (wykorzystując ręczne
przyrządy pomiarowe itd.), korzyść ze stosowania stacji kompensacyjnej XC
polega na tym, że kompensacja jest dokładna i automatyczna, z aktualizacją
parametrów co siedem sekund.
Kompensacja rozszerzalności cieplnej materiału
Do stacji kompensacyjnej XC można również podłączyć trzy czujniki, które mierzą
temperaturę badanej obrabiarki lub materiału. Jeśli do oprogramowania CARTO
wprowadzi się odpowiedni współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału,
umożliwi to kompensację wyników pomiarów obrabiarki (materiału) względem
temperatury odniesienia równej 20°C.
Kompensację wpływu otoczenia można przeprowadzić na jeden z trzech
sposobów:
• Automatycznie aktualizowana kompensacja wpływu otoczenia przy użyciu
stacji kompensacyjnej XC.
• Ręcznie aktualizowana kompensacja wpływu otoczenia przy użyciu stacji
kompensacyjnej XC.
• Kompensacja na podstawie ręcznie wprowadzanych danych bez użycia
stacji kompensacyjnej XC.
Pełne dane techniczne stacji kompensacyjnej XC podano w rozdziale Dane
techniczne.
Stacja kompensacyjna XC wchodzi w skład zestawu, który składa się z kabla USB,
jednego czujnika temperatury powietrza i jednego czujnika temperatury materiału.
Panel tylny
Na panelu tylnym stacji kompensacyjnej XC znajdują się następujące elementy:
1 3
4
5
1
Data kalibracji
2
Stan diody LED
3
Gniazdo USB
4
Czujnik wilgotności względnej
5
Data ponownej kalibracji
2
5
XC-80
Stacja kompensacyjna
Podłączenie i konfiguracja stacji kompensacyjnej XC
Na panelu tylnym stacji kompensacyjnej XC znajduje się gniazdo USB,
którego używa się do podłączenia stacji XC kablem USB do komputera (kabel
wchodzi w skład zestawu stacji XC). Umożliwia on komunikację między stacją
kompensacyjną XC a komputerem, zasilając również stację XC i czujniki.
Uwaga: Przed podłączeniem stacji kompensacyjnej XC do komputera
należy zainstalować oprogramowanie CARTO. Instalacja oprogramowania
zapewni poprawną konfigurację komputera.
Czujniki parametrów środowiskowych
Czujniki ciśnienia i wilgotności względnej znajdują się w obudowie stacji
kompensacyjnej XC. Aby zapewnić dokładność stacji kompensacyjnej XC
w podanym zakresie, należy ją ustawiać wzdłużnie w orientacji poziomej (w
sposób pokazany na rysunku). Nieprzestrzeganie tego zalecenia może być
przyczyną błędu w odczycie ciśnienia powietrza, a to z kolei może zmniejszyć
dokładność kompensowanych pomiarów.
Uwaga: Nie zasłaniać czujnika wilgotności względnej znajdującego się na
pokrywie tylnej.
Uwaga: Odczyt wilgotności względnej jest wyświetlany w oprogramowaniu
dopiero po podłączeniu czujnika temperatury powietrza do stacji
kompensacyjnej XC.
Przedstawione czujniki temperatury powietrza
i materiału są oddzielnymi pozycjami i są
dostarczane wraz z kablami komunikacyjnymi.
Każdy z kabli ma dwa wkręcane złącza: żeńskie,
które łączy się z czujnikiem oraz męskie, które
łączy się z odpowiadającym mu gniazdem
w stacji kompensacyjnej XC.
Firma Renishaw dostarcza
standardowo jeden czujnik
temperatury materiału i jeden czujnik
temperatury powietrza wraz z każdą
stacją kompensacyjną XC. W celu
skompensowania rozszerzalności
cieplnej obrabiarki z długimi osiami
do stacji kompensacyjnej XC
można podłączyć maks. trzy czujniki
temperatury materiału. Dodatkowe zestawy czujników temperatury materiału
można uzyskać u lokalnego dystrybutora firmy Renishaw.
Czujniki temperatury powietrza i materiału są dostarczane wraz z kablami
o długości 5 m. Czujniki można łączyć dodatkowymi kablami w celu uzyskania
maksymalnej długości kabla równej 60 m. Pozwala to na umieszczenie czujników
w określonych miejscach na obrabiarce. Dodatkowe i zamienne czujniki oraz
kable można uzyskać u lokalnego dystrybutora firmy Renishaw.
6
XC-80
Stacja kompensacyjna
Aby ułatwić użytkownikowi identyfikację kabli podłączonych do czujników, kable
wyposażono w wymienne etykietki z nazwami. Kable należy przechowywać razem
z podłączonymi czujnikami w przewidzianym do tego miejscu w walizce.
Czujniki temperatury wyposażono w magnesy w celu ich mocowania na
powierzchniach stalowych lub żeliwnych; mają również otwór umożliwiający
przykręcenie od dołu.
Czujniki temperatury materiału i powietrza będą poprawnie działać dopiero
po podłączeniu do właściwych gniazd w stacji kompensacyjnej XC. Na boku
stacji kompensacyjnej XC znajdują się symbole odpowiadające różnym
typom czujników. Czujnik temperatury powietrza należy podłączyć do gniazda
oznaczonego przedstawionym poniżej symbolem temperatury powietrza. Czujnik
temperatury materiału można podłączyć do dowolnego gniazda oznaczonego
symbolem temperatury materiału.
Symbole czujników
Symbole czujników temperatury materiału i powietrza znajdują się również na
samych czujnikach.
Uwaga: Nie ma oddzielnych gniazd do podłączenia czujników ciśnienia
powietrza i wilgotności, ponieważ te czujniki znajdują się w obudowie stacji
kompensacyjnej XC.
Diody LED
Diody LED w czujnikach
Pod symbolami czujników na stacji kompensacyjnej XC znajduje się sześć diod
LED odpowiadających wskazaniu czujnika ciśnienia powietrza, wilgotności
względnej, temperatury powietrza i czujników temperatury materiału. Kolor diody
LED wskazuje odczyt sygnału z czujnika, a także jego poprawność.
Stacja kompensacyjna XC odczytuje w sposób ciągły i kolejno czujniki przez
siedem sekund. Odpowiednia dioda LED zmienia kolor na pomarańczowy, gdy
trwa odczyt sygnału z czujnika. Dioda LED zmienia kolor na zielony po odebraniu
poprawnego odczytu z czujnika. Dioda LED zmienia kolor na czerwony, gdy
czujnik nie jest podłączony lub ma usterkę. Wartości kompensacji długości fali są
aktualizowane po odczycie każdego czujnika (co siedem sekund).
Stan diody LED
Na panelu tylnym stacji kompensacyjnej XC znajduje się dioda LED stanu.
Dioda LED zmienia kolor na czerwony po podłączeniu zasilania stacji (tj. po
jej podłączeniu kablem USB do komputera). Świeci na zielono, gdy stacja jest
gotowa do wykonywania pomiarów.
Temperatura powietrza
Ciśnienie powietrza
Wilgotność względna
Temperatura materiału 1
Temperatura materiału 2
Temperatura materiału 3
7
XC-80
Stacja kompensacyjna
Kalibracja stacji kompensacyjnej XC
Aby zachować podaną dokładność systemu kalibracyjnego Renishaw, zaleca się
coroczne kalibrowanie stacji kompensacyjnej XC oraz jej czujników. Częstszą
kalibrację zaleca się w wypadku urządzeń pracujących w ciężkich warunkach
środowiskowych lub gdy podejrzewa się ich uszkodzenie. Częstsza ponowna
kalibracja może też wynikać z wprowadzonego programu zapewniania jakości,
a także krajowych lub miejscowych regulacji prawnych. Na panelu tylnym stacji
kompensacyjnej XC znajduje się etykietka z datą kolejnej, ponownej kalibracji.
Stacja kompensacyjna XC i czujniki podczas przechowywania, transportu
i eksploatacji nie mogą być narażone na udary, drgania, wysokie temperatury,
ciśnienie ani wilgoć (patrz dane techniczne), ponieważ każdy z tych czynników
może przyczynić się do unieważnienia ich kalibracji.
Niepewność obliczeń kalibracji przeprowadzono zgodnie z wytycznymi
europejskimi dotyczącymi dokumentu akredytacji EA-4/02.
Wszystkie kalibracje wchodzą w zakres systemu zapewnienia jakości EN ISO
9001:2000 firmy Renishaw. System podlega audytowi i certyfikacji przez agencję
z akredytacją UKAS. Akredytacja UKAS jest w wielu krajach na całym świecie
uznawana przez stosowne jednostki normalizacyjne tych krajów.
Szczegółowe informacje na temat procedury kalibracji można znaleźć
w certyfikatach kalibracji dostarczonych wraz z systemem lub w witrynie
www.renishaw.pl/certificates
Błędy i niepewności związane z normalizacją odczytów temperatury materiału
w 20°C nie są uwzględnione w dokładności systemu. Te błędy i niepewności
zależą nie tylko od faktu, że czujnik temperatury materiału mieści się w zakresie
tolerancji (co potwierdza się aktualnym certyfikatem kalibracji Renishaw), ale
również od dokładności wartości współczynnika rozszerzalności termicznej
wprowadzonego w oprogramowaniu kalibracyjnym, różnicy temperatury
względem 20°C oraz poprawnego rozmieszczenia czujników.
Firma Renishaw oferuje pełną gamę usług ponownej kalibracji i napraw
kompensatorów wpływu otoczenia oraz czujników w zakładzie produkcyjnym
w Wielkiej Brytanii. Usługi ponownej kalibracji porównawczej laserowego systemu
XL są wykonywane w oddziałach firmy w Stanach Zjednoczonych, Niemczech
i Chinach. Więcej informacji można uzyskać od lokalnego dystrybutora firmy
Renishaw lub w witrynie Renishaw.pl.
Kompensacja długości fali
Dokładność pomiarów położenia liniowego zależy od dokładności długości fali
wiązki lasera. Decyduje o tym nie tylko jakość stabilizacji lasera, lecz również
parametry środowiskowe otoczenia. Zwłaszcza wartości temperatury otoczenia,
ciśnienia powietrza i wilgotności względnej będą mieć wpływ na długość fali (w
powietrzu) wiązki laserowej.
W przypadku braku kompensacji długości fali błędy liniowych pomiarów
laserowych mogą osiągać poziom 50 ppm. Nawet w pomieszczeniu
z kontrolowaną temperaturą codzienne zmiany ciśnienia atmosferycznego mogą
powodować zmiany długości fali o ponad 20 ppm. Można przyjąć jako wskazówkę,
że każda z poniższych zmian warunków środowiska będzie powodować błąd
w przybliżeniu 1 ppm:
Temperatura powietrza
1 °C
Ciśnienie powietrza
3,3 mbar (2,489 mm Hg)
Wilgotność względna
(w temperaturze 20°C)
50%
Wilgotność względna
(w temperaturze 40°C)
30%
Uwaga: Podano wartości w najgorszym przypadku, które nie są całkowicie
niezależne od wartości innych parametrów.
Można zmniejszyć te błędy, wykorzystując stację kompensującą warunki
środowiskowe.
Stacja kompensacyjna XC mierzy temperaturę powietrza, jego ciśnienie
i wilgotność, a następnie oblicza współczynnik załamania światła powietrza (i
długość fali światła laserowego) na podstawie równania Edlena. Odczyt lasera
jest następnie automatycznie dostosowany w celu skompensowania odchyłek
długości fali światła laserowego. Zaletą systemu automatycznego jest brak
konieczności interwencji ze strony użytkownika oraz częsta aktualizacja.
8
XC-80
Stacja kompensacyjna
Kompensacja długości fali dotyczy wyłącznie pomiarów liniowych. W wypadku
innych pomiarów (kąta, płaskości, prostoliniowości itd.) zmiany warunków
otoczenia mają o wiele mniejsze znaczenie, ponieważ w podobnym stopniu
dotyczą wiązki pomiarowej i odniesienia.
Położenie czujników powietrza
Położenie czujnika temperatury powietrza
WAŻNA INFORMACJA
W celu zapewnienia stabilności termicznej czujnik temperatury powietrza należy
umieścić w środowisku pomiarowym na maks. 15 minut przed rozpoczęciem pomiaru.
Czujnik temperatury powietrza należy umieścić możliwie najbliżej ścieżki pomiaru
wiązki światła laserowego, w okolicy środka osi przesuwu. Nie umieszczać
czujników w pobliżu miejscowych źródeł ciepła, np. silników ani na przeciągu.
Podczas mierzenia długich osi należy sprawdzić, czy nie występują gradienty
temperatury powietrza. Jeżeli temperatura powietrza zmienia się o ponad 1°C
wzdłuż osi, należy użyć wentylatora w celu zapewnienia obiegu powietrza.
(Dotyczy to w szczególności długi, pionowych osi, gdzie prawdopodobieństwo
wystąpienia gradientów temperatury powietrza jest większe). Unikać prowadzenia
kabli sygnałowych czujników w pobliżu źródeł dużych zakłóceń elektrycznych, jak
np., silniki liniowe lub silniki o dużej mocy.
W celu ułatwienia montażu czujniki temperatury powietrza mają otwór przelotowy,
który umożliwia ich przykręcenie do powierzchni.
Czujniki ciśnienia i wilgotności względnej powietrza
Czujniki ciśnienia i wilgotności względnej są wbudowane w stację kompensującą
warunki środowiskowe XC. Zasadniczo pomiar ciśnienia powietrza lub jego
wilgotności względnej w bezpośrednim otoczeniu ścieżki wiązki laserowej nie
jest wymagany. Wynika to z tego, że duża zmienność ciśnienia i wilgotności
powoduje powstanie dużego błędu pomiaru. W środowisku roboczym nie powinny
jednak wystąpić znaczące zmiany tych czynników. Czujnik wilgotności względnej
powinno się jednak umieścić z dala od źródeł ciepła lub przeciągów.
Nie wolno zasłonić czujnika wilgotności w trakcie montażu.
W wypadku kalibrowania osi pionowych o długości ponad 10 metrów zaleca się
również umieszczenie czujnika ciśnienia w okolicy środka osi przesuwu.
Kompensacja rozszerzalności cieplnej materiału
Międzynarodową temperaturą odniesienia używaną w branży metrologicznej
jest 20°C, natomiast współrzędnościowe maszyny pomiarowe i obrabiarki są
kalibrowane względem tej wartości temperatury. W standardowym środowisku
roboczym, gdzie precyzyjna regulacja temperatury jest często niedostępna,
obrabiarka nie będzie mieć tej temperatury. Ponieważ większość obrabiarek
rozszerza się lub kurczy wraz ze zmianami temperatury, może to być przyczyną
błędów kalibracji.
Aby uniknąć tego błędu kalibracji, w oprogramowaniu do pomiarów liniowych
wprowadzono korekcję matematyczną — kompensację rozszerzalności cieplnej
lub „normalizację” — którą stosuje się w odniesieniu do liniowych odczytów
lasera. Oprogramowanie normalizuje pomiary na podstawie współczynnika
rozszerzalności cieplnej, który należy wprowadzić ręcznie, zaś średnią
temperaturę obrabiarki mierzy się przy użyciu stacji kompensacyjnej XC. Celem
tej korekcji jest oszacowanie wyników kalibracji lasera, które otrzymałoby się
w trakcie kalibracji obrabiarki w temperaturze 20°C.
9
XC-80
Stacja kompensacyjna
Współczynniki rozszerzalności cieplnej materiału
Wraz ze zmianą temperatury większość materiałów rozszerza się lub kurczy
w niewielkim zakresie. Dlatego też współczynnik rozszerzalności cieplnej podaje
się w częściach na milion i stopień Celsjusza (ppm/°C). Współczynnik określa
wielkość, o jaką dany materiał rozszerza się lub kurczy przy wzroście lub spadku
jego temperatury o jeden stopień. Załóżmy przykładowo, że współczynnik
rozszerzalności cieplnej wynosi +11 ppm/°C. Oznacza to, że przy wzroście
temperatury materiału o 1°C materiał rozszerzy się o 11 ppm, co odpowiada
11 mikrometrom na metr materiału lub 11 mikrocalom (0,000011 cal) na cal
materiału.
Nieprawidłowa kompensacja rozszerzalności cieplnej materiału jest jednym
z głównych źródeł błędów w laserowych pomiarach odległości liniowej
w środowiskach bez regulacji temperatury. Jest to spowodowane tym,
że współczynniki rozszerzalności powszechnie stosowanych materiałów
konstrukcyjnych są relatywnie duże w porównaniu do współczynników związanych
z błędami kompensacji długości fali i błędami zestrojenia wiązki.
W pomiarze znormalizowanym występuje błąd związany z dokładnością pomiaru
czujnika temperatury materiału. Wielkość tego błędu zależy od współczynnika
rozszerzalności cieplnej testowanej obrabiarki. Czujnik temperatury materiału ma
dokładność ±0,1°C. Jeśli testowana obrabiarka ma współczynnik rozszerzalności
cieplnej równy 10 ppm/°C, wtedy błąd w normalizacji pomiaru wynosi ±1 ppm. Ta
wartość występuje oprócz dokładności pomiaru systemu (±0,5 ppm), gdy używa
się stacji kompensującej warunki środowiskowe.
Ponieważ te dwa błędy nie są skorelowane, ich połączony wpływ liczy się jako
pierwiastek kwadratowy z sumy ich kwadratów, nie zaś jako sumę arytmetyczną.
Dlatego też, po uwzględnieniu powyższego przykładu dokładność pomiaru
znormalizowanego wynosi ±1,2 ppm dla systemu lasera i stacji kompensacyjnej XC.
Dodatkowe błędy pomiarów wystąpią po wprowadzeniu nieprawidłowego
współczynnika rozszerzalności cieplnej w oprogramowaniu. Ponieważ wartości
współczynników rozszerzalności cieplnej różnych obrabiarek mogą różnić
się nawet o 10 ppm/°C i więcej, należy pamiętać o wprowadzeniu poprawnej
wartości. W razie potrzeby należy skonsultować się z producentem obrabiarki.
Współczynnik rozszerzalności układu sprzężenia zwrotnego obrabiarki jest
wprowadzany zwykle do oprogramowania pomiarowego, chyba że szacowana
dokładność przedmiotów obrabianych występuje w temperaturze otoczenia
20°C. W poniższej tabeli przedstawiono typowe współczynniki rozszerzalności
różnych materiałów użytych do budowy obrabiarek oraz ich układów sprzężenia
zwrotnego.
Uwaga: Ponieważ współczynnik rozszerzalności zależy od składu
materiału i sposobu jego obróbki, te wartości mają jedynie charakter
poglądowy i powinno się ich używać tylko wtedy, gdy nie są dostępne dane
producenta.
Materiał Zastosowanie
Współczynnik
rozszerzalności
ppm/°C
Żelazo/stal
Elementy konstrukcyjne obrabiarki,
napędy z kołem i zębatką,
przekładnie śrubowo-toczne
11,7
Stop aluminium
Lekkie konstrukcje maszyn
współrzędnościowych
22
Szkło
Przetworniki liniowe z liniałem
szklanym
8
Granit Konstrukcja i stół obrabiarki 8
Beton Fundament obrabiarki 11
Inwar
Przetworniki/konstrukcje o niskim
współczynniku rozszerzalności
<2
Stabilne termicznie
szkło
Przetworniki/konstrukcje o zerowym
współczynniku rozszerzalności
<0,2
10
XC-80
Stacja kompensacyjna
Należy zachować ostrożność przy identyfikacji współczynnika rozszerzalności,
szczególnie w wypadku konstrukcji wykonanej z dwóch materiałów o różnych
współczynnikach. W wypadku np. układu sprzężenia zwrotnego z kołem zębatym
i zębatką współczynnik rozszerzalności będzie zbliżony do współczynnika
wałka żeliwnego, do której przymocowana jest zębatka. W wypadku dużych
obrabiarek bramowych z prowadnicami zamontowanymi na podłożu współczynnik
rozszerzalności prowadnicy może ulec zmniejszeniu ze względu na ograniczające
działanie fundamentu betonowego. Nowoczesne liniały są wykonane z wielu
różnych materiałów, np. liniał szklany może być przymocowany do podłoża
aluminiowego, które z kolei mocuje się do żeliwnego elementu obrabiarki.
W takich wypadkach dobór właściwego współczynnika może być utrudniony.
Należy skonsultować się z producentem liniału i/lub obrabiarki, na której go
zamontowano.
Położenie czujnika materiału
PRZESTROGA
W celu zapewnienia stabilności termicznej czujnik temperatury materiału należy
przymocować do materiału na 25 minut przed rozpoczęciem pomiaru.
Przy rozmieszczaniu czujników temperatury materiału trzeba najpierw określić
główny cel wprowadzenia kompensacji rozszerzalności cieplnej materiału. Zwykle
dostępne są cztery opcje.
1. W celu oszacowania dokładności pozycjonowania liniowego, którą uzyskałoby
się, gdyby obrabiarka pracowała w temperaturze otoczenia równej 20°C. Jest
to często wymagane podczas produkcji obrabiarki, zatwierdzania, przekazania
do eksploatacji lub ponownej kalibracji; w większości wypadków odpowiada
definicji z krajowej lub międzynarodowej normy dopuszczenia obrabiarki.
2. W celu przeprowadzenia kalibracji zgodnie z krajową lub międzynarodową
normą dopuszczenia obrabiarki.
3. W celu oszacowania dokładności liniowej, którą uzyskałby układ sprzężenia
zwrotnego obrabiarki mający temperaturę równą 20°C. Jest to pomocne
podczas diagnozowania usterek układu sprzężenia zwrotnego.
4. W celu oszacowania dokładności przedmiotów produkowanych przez
obrabiarkę, gdy poddawano by je kontroli w temperaturze otoczenia równej
20°C. Jest to szczególnie ważne podczas produkcji precyzyjnych przedmiotów
z metali nieżelaznych w warsztatach, w których nie ma regulowanej
temperatury, a współczynniki rozszerzalności układu sprzężenia zwrotnego
obrabiarki i przedmiotu obrabianego znacząco się różnią.
Różnice między tymi celami są często znaczące, zwłaszcza gdy układ położenia
sprzężenia zwrotnego obrabiarki ulega nagrzaniu podczas obróbki (np. nakrętka
kulowa) lub gdy współczynnik rozszerzalności przedmiotu obrabianego
znacząco różni się od współczynnika rozszerzalności układu położenia
sprzężenia zwrotnego, np. w wypadku aluminiowego przedmiotu obrabianego
z przetwornikiem liniowym z liniałem szklanym.
Czujnik temperatury materiału dostarczany wraz ze stacją kompensacyjną XC
ma podstawę z mocnym magnesem, dzięki której można go przymocować
na testowanej obrabiarce. Należy zapewnić dobry kontakt termiczny między
czujnikiem temperatury materiału a mierzonym materiałem.
Oszacowanie dokładności obrabiarki prcującej w temperaturze 20°C
W celu oszacowania dokładności obrabiarki tak, jakby pracowała w temperaturze
otoczenia równej 20°C, czujniki temperatury materiału należy rozmieścić na stole
obrabiarki lub na innej, masywnej części jej konstrukcji, która NIE JEST w pobliżu
żadnych źródeł ciepła, jak np. silniki, przekładnie, obudowy łożysk lub układ
wydechowy. Należy podać wartość współczynnika rozszerzalności odpowiadający
współczynnikowi układu sprzężenia zwrotnego.
Kalibracja zgodnie z normami krajowymi lub międzynarodowymi
Aby skalibrować dokładność obrabiarki zgodnie z normą krajową lub
międzynarodową, należy wykonać procedurę opisaną w normie. Powinna ona
określać rozmieszczenie czujnika temperatury materiału, jakiego współczynnika
11
XC-80
Stacja kompensacyjna
rozszerzalności użyć oraz określić cykl rozgrzewania obrabiarki. Jeśli w normie
zdefiniowano również test dryftu cieplnego, należy go uwzględnić.
Jeśli występuje znacząca różnica temperatury powietrza i obrabiarki,
prawdopodobnie występuje też znacząca różnica między temperaturą
powierzchni i wnętrza materiału. W takiej sytuacji należy zwrócić uwagę na
położenie czujników temperatury materiału i umieścić je tak, aby mierzyły
temperaturę wnętrza materiału. Przy użyciu maks. trzech czujników można
mierzyć temperaturę materiału, zaś zastosowany współczynnik kompensacji
będzie zależny od wartości średniej.
Częstym nieporozumieniem jest umieszczanie czujników materiału zawsze
na nakrętce kulowej lub w układzie sprzężenia zwrotnego. Nie jest to zawsze
pożądane, co wyjaśnimy na poniższym przykładzie.
Przykład:
Załóżmy, że obrabiarka jest kalibrowana na hali w temperaturze 25°C, a ciepło
wytwarzane podczas pracy rozgrzewa nakrętkę kulową o 5°C więcej, czyli
do 30°C. Jeśli czujniki materiału umieści się na nakrętce kulowej (lub w jej
pobliżu), odczyty wiązki laserowej zostaną skompensowane tak, jakby nakrętka
kulowa pracowała w temperaturze 20°C. Jeśli jednak obrabiarka pracowałaby
w temperaturze 20°C, temperatura nakrętki kulowej NIE wynosiłaby 20°C.
Ciepło wytwarzane przez nakrętkę i silnik spowodowałoby wzrost temperatury
nakrętki kulowej o około 5°C powyżej temperatury otoczenia (25°C).
Umieszczenie czujników materiału na nakrętce kulowej doprowadzi do nadmiernej
kompensacji. Aby zapewnić odczyt odpowiadający uśrednionej temperaturze
otoczenia obrabiarki w ciągu kilku ostatnich godzin, najlepiej jest umieścić czujniki
materiału ma masywnej części obrabiarki.
Oszacowanie dokładności układu sprzężenia zwrotnego obrabiarki
równoważnej pracy w temperaturze 20°C
Tę procedurę stosuje się często do celów diagnostycznych. Przypuśćmy, że
kalibracja obrabiarki zgodnie z celem 1 lub 2 powiodła się, a aktualnie trwa
oszacowanie dokładności układu sprzężenia zwrotnego w temperaturze 20°C.
Aby spełnić ten cel, wiązkę laserową należy zestroić jak najbliżej osi układu
sprzężenia zwrotnego (w celu zminimalizowania błędu Abbégo).
Czujniki temperatury materiału należy umieścić na układzie sprzężenia zwrotnego
(lub w jego pobliżu) oraz podać wartość współczynnika rozszerzalności
odpowiadający współczynnikowi układu sprzężenia zwrotnego. Przy użyciu maks.
trzech czujników można mierzyć temperaturę materiału.
Produkcja części, których dokładność odnosi się do temperatury
20°C
Jeśli obrabiarki używa się zawsze do obróbki materiałów o współczynniku
rozszerzalności znacząco różniącym się od współczynnika rozszerzalności
układu sprzężenia zwrotnego, jak np. stopów aluminium, kompozytów z włókna
węglowego, ceramiki itd., korzystne może być zastosowanie współczynnika
rozszerzalności przedmiotu obrabianego zamiast współczynnika układu
sprzężenia zwrotnego. Choć nie uzyska się w ten sposób kalibracji, która
odpowiada parametrom obrabiarki w temperaturze 20°C, można jednak poprawić
dokładności przedmiotów obrabianych, które kontroluje się w temperaturze
otoczenia 20°C.
Czujniki temperatury materiału należy umieścić tak, aby mierzyły temperaturę
zbliżoną do temperatury przedmiotu obrabianego. Jest to często miejsce na
stole obrabiarki, choć w tym wypadku trzeba również uwzględnić inne czynniki,
jak rodzaj stosowanego układu zasilania chłodziwem i szybkość usuwania
materiału podczas obróbki. Należy również pamiętać, aby przeprowadzić taką
kalibrację w standardowych warunkach, oraz że sprawdzi się ona tylko wtedy, gdy
temperatura i współczynnik rozszerzalności różnych przedmiotów obrabianych są
relatywnie spójne.
12
XC-80
Stacja kompensacyjna
Automatyczna kompensacja
Automatyczna kompensacja wpływu otoczenia polega na wykorzystaniu stacji
kompensującej warunki środowiskowe do skompensowania długości fali lasera
i rozszerzalności cieplnej materiału. Jeśli kalibracja odbywa się w środowisku,
w którym może dojść do zmiany warunków w trakcie testu, zaleca się
przeprowadzenie automatycznej kompensacji.
W celu przeprowadzenia automatycznej kompensacji należy najpierw podłączyć
czujnik temperatury powietrza i materiału do właściwych gniazd z boku stacji
kompensacyjnej XC. Więcej informacji można znaleźć w rozdziale poświęconym
czujnikom parametrów środowiskowych. Następnie podłącza się stację
kompensacyjną XC do komputera PC przy
użyciu dostarczonego kabla USB.
Panel monitora urządzenia XC
w programie Capture wskazuje, że
stacja kompensacyjna XC jest dostępna.
Kompensacja wpływu otoczenia odbywa
się teraz automatycznie.
Wskazania czujników stacji
kompensacyjnej XC są zbierane co siedem
sekund i wykorzystywane odpowiednio
do kompensacji odczytów lasera. Więcej
informacji można znaleźć w rozdziale
poświęconym cyklowi aktualizacji stacji
kompensacyjnej XC.
Aby zdefiniować używane jednostki
parametrów środowiska, wybierz opcje
„Więcej”, „Ustawienia” i „Jednostki
środowiskowe”.
PRZESTROGA
Przed uruchomieniem każdego przebiegu kalibracji:
Upewnić się, że układ napędowy i liniał kalibrowanej osi w obrabiarce zostały
dostatecznie rozgrzane.
Upewnić się, że wprowadzono poprawną wartość współczynnika rozszerzalności
cieplnej poprzez dostosowanie parametru kompensacji rozszerzalności cieplnej
materiału.
Cykl aktualizacji stacji kompensacyjnej XC
Co siedem sekund odbywa się odczyt sygnału z jednego z sześciu czujników
parametrów środowiskowych, a sygnał jest następnie przekazywany do
komputera. Współczynnik kompensacji wpływu otoczenia jest aktualizowany na
podstawie tego odczytu. Odczyt z czujników parametrów środowiskowych odbywa
się w następującej kolejności: temperatura powietrza, wilgotność względna,
ciśnienie powietrza oraz trzy czujniki temperatury materiału.
13
XC-80
Stacja kompensacyjna
Stała kompensacja materiału
W pewnych zastosowaniach obrabiarki może być konieczne wprowadzenie stałej
temperatury materiału do skompensowania. Przykładem takiego zastosowania
może być obrabiarka z wbudowanym czujnikiem (lub czujnikami) materiału oraz
układem chłodzenia w celu utrzymania kontrolowanej temperatury łoża.
Aby zastosować stałą temperaturę materiału, przejdź do sekcji „Obrabiarka”
w zakładce „Definicja” wybierz opcję „Stała temperatura materiału”. Można
wprowadzić tutaj stałą wartość temperatury.
Dane techniczne
Wprowadzenie
W niniejszym rozdziale podano dane dotyczące wagi i wymiarów stacji, a także
podsumowano dane fizyczne i robocze jej różnych podzespołów.
W ramach polityki ciągłego usprawniania produktów firma Renishaw zastrzega
sobie prawo do zmiany wyglądu lub danych technicznych produktu bez
uprzedniego powiadamiania.
Przechowywanie systemu
Zakres temperatury przechowywania -25°C – 70°C
Zakres wilgotności przechowywania 0% – 95% (bez kondensacji)
Zakres ciśnienia przechowywania 10 mbar – 1200 mbar
Kompensator wpływu otoczenia XC i czujniki
Zakres pomiaru czujnika temperatury
powietrza
0°C – 40°C
Dokładność pomiaru czujnika temperatury
powietrza
±0,2°C
Zakres pomiaru czujnika ciśnienia powietrza 650 mbar – 1150 mbar
Dokładność pomiaru czujnika ciśnienia
powietrza
±1,0 mbar#
Zakres pomiaru czujnika wilgotności względnej 0% – 95% (bez kondensacji)
Dokładność pomiaru czujnika wilgotności
względnej
±6%
Dokładność kompensacji długości fali ±0,5 ppm †*
Zakres pomiaru czujnika temperatury materiału 0°C – 55°C
Dokładność pomiaru czujnika temperatury
materiału
±0,1°C
Okres aktualizacji automatycznej kompensacji 7 s
Okres aktualizacji jednego czujnika 42 s
Zalecany okres kalibracji 12 miesięcy
Wyjścia Zgodne ze standardem USB 2
Zasilanie
Zasilanie z portu USB
Maksymalny pobór prądu =
100 mA
# Stacja kompensacyjna XC w orientacji poziomej
† Uwaga: Wartości dokładności nie uwzględniają błędów związanych
z normalizacją odczytu pomiaru w temperaturze materiału równej 20°C.
* k = 2 (poziom zaufania 95%) EA-4/02, ISO
14
XC-80
Stacja kompensacyjna
Waga i wymiary
Kompensator wpływu warunków środowiskowych (wymiary w mm)
Opis Masa
Stacja kompensacyjna XC-80 490 g
Czujniki temperatury powietrza 48 g
Czujnik temperatury materiału 45 g
Numer katalogowy
Numer
katalogowy
W zestawie Numer katalogowy
A-9908-0510
Zestaw
kompensatora
XC-80,
Stacja kompensacyjna XC-80 Nd.
Czujnik temperatury materiału
oraz przewód
A-9908-0879
Czujnik temperatury powietrza
oraz przewód
A-9908-0879
Płytka montażowa XC A-9908-0892
Przewód USB A-9908-0286
Dane teleadresowe przedstawicielstw
Renishaw znajdują się na
www.renishaw.pl/kontakt
*F-9908-0082-01*
© 2017 Renishaw plc
Wydano
: 03.2017
Nr katalogowy: F-9908-0082-01-A
T
+48 22 577 11 80
F
+48 22 577 11 81
E
poland@renishaw.com
www.renishaw.pl
Renishaw Sp. z o.o.
ul. Osmańska 12
02-823 Warszawa
Polska
-
1
-
2
-
3
-
4
-
5
-
6
-
7
-
8
-
9
-
10
-
11
-
12
-
13
-
14
-
15
Powiązane dokumenty
-
Renishaw CARTO Capture instrukcja
-
-
-
-
-
-
-
-
-