Nanometrická kalibrace délkových indukčnostních snímačů
Hromadná výroba se dnes neobejde bez 100procentní kontroly součástek pomocí automatických kontrolních stanic, vybavených většinou indukčnostními snímači. Těch je na stanici často i 50.
Standardně se měří s rozlišením 0,1 µm, většina snímačů je ale o řád citlivější a umožní měřit s rozlišením, ale i opakovatelností, na 0,01 µm. Velké firmy vlastní běžně i několik tisíc těchto sofistikovaných prvků a musí zajistit jejich kontrolu. Vedle lehkosti chodu lineárního vedení je hlavně ověřována funkce odměřovacího indukčnostního systému.
Současný stav
Linearita a zesílení jsou základními parametry snímačů. Dnes se běžně kontrolují pomocí komparačních měřidel s rozlišením 0,1 µm. To je nevhodně o řád větší než má snímač.
Snímače jsou v provozu vystaveny často velmi nepříznivým podmínkám s vibracemi, rázy, olejovou mlhou, prašností, kolísáním teploty, ale někdy i s neadekvátní manipulací obsluhy a nevhodnými silovými účinky – např. při poruše zařízení. Díky tomu dochází nejen k mechanickému poškození zejména precizního lineárního vedení, ale i prvků odměřovacího indukčnostního systému. Třeba vlivem vibrací a rázů dochází často k postupnému – plíživému praskání feritových jader, končicímu až jejich totální destrukcí. Tento proces není zpočátku patrný a běžnými přístroji s hrubším rozlišením podchytitelný. Drobné změny, nasuperponované na standardní „S“ křivce, se při kontrole vůbec nepodchytí a nesymetrie, ale i změna citlivosti se často nesprávně přisoudí driftu nastavovacích odporů v konektoru snímače.
Čas ukázal na smysluplnost zavádět do kontroly snímačů komparátory s rozlišením v řádu nm, ty cenově přijatelné nebyly ale běžně na trhu a bylo účelné zajistit jejich vývoj.
Požadavky
Možnosti řešení problému byly limitovány dostupností vhodného odměřovacího inkrementálního systému. Nový komparátor musel vykazovat mnohem vyšší rozlišení (0,005 µm) při vyhovující linearitě 0,15 µm na zdvihu 12 mm. Dalším požadavkem byla existence precizního a dostatečně robustního předepnutého lineárního kuličkového vedení, schopného funkce ve vertikálním směru (není u rozměrnějších vedení samozřejmostí), a to při striktně dodržovaném Abbého principu.
Požadovány byly také konstantní silové poměry na celém zdvihu. K vyvození změny polohy pinoly byl potřebný bezvůlový diferenciální šroub s hrubším, ale i jemným krokem (citlivost nastavení hodnoty cca 0,05 µm). Přirozeně vše zabudováno v rozměrově stabilním stojanu. Vzhledem k účelu použití nebyla prozatím požadována automatizace kontrolního procesu. Velmi důležitým vstupním požadavkem byla již zmíněná cenová dostupnost.
Realizace
Brněnská firma MESING je dlouholetým dodavatelem zejména zakázkové měřicí techniky se specializací hlavně na automatické kontrolní stanice. Současně realizuje i různé sofistikované měřicí přístroje pro základní výzkum, ale i provoz. Je i předním dodavatelem a výrobcem standardních a zakázkových indukčnostních snímačů a současně je opravuje, upravuje i servisuje.
Řadu let také vyrábí různě složitá komparační měřidla na kalibraci úchylkoměrů a snímačů.
Pro výše popsané účely nově uvede na trh měřidlo MCU 12 (obr. 1) s rozlišením 0,005 µm (na zakázku i 0,0025 µm) a s nelinearitou do 0,2 µm. Pracovní zdvih 12 mm vyhoví potřebě měření většiny snímačů. Přístroj je standardně vybaven upínáním Ø 8h7, ostatní vybavení je nakonfigurováno v souladu s potřebou uživatele. Na obr. 3 je znázorněn kontrolní graf o měření na ČMI. MCU 12 má univerzální použití a je vhodné i na kalibraci úchylkoměrů, ale třeba i jako podnikový etalon menších délek. S využitím se uvažuje v kalibračních střediscích a přirozeně i v podnikových měrových laboratořích.
Jan Kůr
Foto: MESING
14
