Bezkontaktowe pomiary laserowe

Laserowe enkodery bezdotykowe z powodzeniem mogą być stosowane w szeroko rozumianej branży produkcyjnej w celu dokonywania dokładnych pomiarów długości i prędkości wyrobów oraz do optymalizacji procesu wytwórczego.
Podczas gdy od producentów wymaga się zwiększenia efektywności i jakości wytwarzanych przez nich produktów, zdolność do pomiarów długości i prędkości ze zwiększoną dokładnością staje się kluczowa. Szczególnie istotna z punktu widzenia poprawy procesu wytwórczego jest możliwość pomiaru długości oraz prędkości podczas produkcji.
W konwencjonalnych rozwiązaniach tego typu do pomiaru długości i prędkości wykorzystywano metody oparte na urządzeniach mechanicznych, takich jak enkodery obrotowe czy tachometry. Pomiary dotykowe mogą jednak powodować problemy mechaniczne i kalibracyjne, a co za tym idzie zwiększać koszty.
Technologia bezdotykowych enkoderów laserowych w szybkim tempie staje się standardową metodą pomiarową dla wielu powszechnych zastosowań produkcyjnych, takich jak ciągły pomiar długości i prędkości produktu, kontrola nad systemami tnącymi, regulacja prędkości wyrobu, czy też jego pozycjonowanie. Enkodery bezdotykowe są używane na liniach produkcyjnych wytwarzających papier, różnego rodzaju powłoki, folie, w procesie pakowania, przy materiałach nietekstylnych i tekstylnych, materiałach budowlanych, elementach metalowych oraz wielu innych materiałach przemysłowych. Wysoka dokładność pomiarowa bezdotykowych enkoderów laserowych umożliwia producentom wprowadzenie znaczących ulepszeń jakości oferowanych produktów, oszczędności podczas procesu wytwórczego oraz szybki zwrot kosztów poniesionych na inwestycję.
Dotykowe kontra bezdotykowe
Zazwyczaj pomiary długości i prędkości produktu są stosowane z wykorzystaniem tachometru połączonego z rolką bądź kołem, które jest w kontakcie z produktem. Te elementy mechaniczne podatne są na rozkalibrowanie i ślizgi spowodowane różnicami w średnicy rolki bądź w związku z gromadzeniem się brudu czy zużyciem koła. Błędy pomiarowe elementów mechanicznych będą się zmieniać w zależności od wykorzystywanego materiału oraz warunków panujących na linii produkcyjnej. Wymaga to nieustannego ręcznego sprawdzania dokładności długości i prędkości przez operatora, który następnie poprawia ustawienia linii produkcyjnej, tak aby dostosować ją do danej specyfikacji.
Wykorzystując mechaniczny enkoder dotykowy, którego stopień skomplikowania i złożoności jest wysoki, w zależności od zastosowania, błędy dokładności w pomiarach długości i prędkości produktu są na poziomie 2% i większym. Niedokładność rzędu 2% w przypadku produkcji masowej oznacza znaczne straty materiału, a co za tym idzie stratę pieniędzy.
Laserowa precyzja
Enkodery bezdotykowe korzystają z unikatowej, opartej na laserze techniki pomiarowej, która nie potrzebuje kontaktu z wyrobem. Ten system pomiarowy jest skalibrowany na stałe i nie ma żadnych ruchomych części, które mogłyby się zużyć. Jego praca polega na wyświetlaniu unikatowego wzoru na powierzchni wyrobu.
W miarę przesuwania się produktu światło odbite wraca do enkodera. Informacja ta następnie jest przetłumaczona na prędkość wyrobu, natomiast wytworzone drgania pozwalają określić długość produktu, autonomiczność kształtów, powierzchni czy kolor. Informacje na temat drgań przekazywane są do systemu regulacji, np. PLC, żeby następnie rozpocząć zliczanie długości wyrobu, jego pozycjonowanie, przycinanie, drukowanie bądź zainicjowanie innych zadań. Pomiary długości i prędkości dokonywane są z dokładnością lepszą niż ? 0,05% oraz powtarzalnością rzędu ? 0,02%.
Opakowania karbowane
Producent pudeł karbowanych potrzebuje dokładnej kontroli nad prędkością wyrobu zarówno podczas normalnej produkcji, jak i sytuacji wymagających wzmożonej intensywności wytwarzania. Niedokładności enkodera dotykowego i rozkalibrowane rolki ciągnące tworzą różnice w cięciu, co w efekcie prowadzi do powstawania zbyt dużych strat materiału. Bezdotykowe enkodery laserowe mogą dokładnie zmierzyć prędkość płyty już w momencie, gdy produkt zetknie się z nożami tnącymi. Sygnały o prędkości z urządzenia zapewniają, że system regulacji na podstawie precyzyjnych zliczeń drgań będzie mógł kontrolować działanie przecinaka poprzecznego. Ta dokładność pomogła znacząco zredukować straty materiału oraz podnieść jakość wyrobów. Dzięki temu rozwiązaniu przedsiębiorstwo rocznie oszczędza więcej niż 200 000 dolarów.
Włókniny, wełna szklana i kamienna
Wytwórca wełny szklanej zmagał się z niedokładnością długości i prędkości rzędu 1% podczas operacji cięcia wyrobu. Dotykowe enkodery kołowe ślizgały się i traciły kontakt z powierzchnią wełny z powodu brudu i gruzu powstającego podczas produkcji oraz ze względu na jej miękką strukturę. Większy nacisk koła enkodera powodował uszkodzenie wyrobu. Niedokładności pomiarów uniemożliwiały pracę systemu tnącego oraz znaczącego, powodując problemy z synchronizacją pomiędzy procesem formowania wełny a cięciem poprzecznym siekaczem. Zainstalowanie enkodera laserowego zapewniło bezdotykową i wolną od uślizgów metodę mierzenia długości i prędkości wełny szklanej z dokładnością bliską 0,05%. Korzystając z tej metody, udało się usprawnić kontrolę cięcia, zmniejszyć straty oraz wdrożyć produkcję produktów o wyższej jakości.
Płyty stolarskie
Firma stolarska wykorzystywała mechaniczny enkoder kołowy w tartaku do mierzenia długości i prędkości wyrobu podczas operacji cięcia na wymiar. Koła enkodera ześlizgiwały się, ponieważ powierzchnia płyt była niejednorodna i pokryta brudem i gruzem. W celu zminimalizowania efektu ześlizgiwania personel stolarni zwiększył nacisk koła na płytę. Wynikiem tego było uszkodzenie powierzchni wyrobu oraz szybsze zużycie się kół enkodera.
Niedokładna informacja o długości i prędkości zmniejszyła precyzję cięcia i znaczenia o ok. 1%, powodując problemy z synchronizacją pomiędzy procesem tworzenia płyty a poprzecznym ruchem piły. Zastąpienie mechanicznego koła enkodera, systemem pomiaru z laserem pozwoliło zakładowi na bezpośredni pomiar rzeczywistej długości i prędkości płyt, zanim trafiły pod nóż. Dane te są odświeżane z szybkością 1000razy na sekundę i przesyłane z częstotliwością do 250 kHz do systemu regulacji układu tnącego.
Inne zastosowania
Bezdotykowy enkoder laserowy dowiódł swojej użyteczności w szerokiej gamie zastosowań wytwórczych, jednak może być również wykorzystywany w innych dziedzinach. Jako przykład można podać regulację procesu łączenia warstw podczas wytwarzania papieru, docinania przewodów hamulcowych, docinania profili gumowych i plastikowych oraz innych procesów przemysłowych.
Artykuł pod redakcją mgr. inż. Pawła Właszczuka, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
 CE