Это неотредактированная стенограмма вебинара: Интеграция Encoder в 2016 году: новые режимы установки, сетевое взаимодействие и многое другое.Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу.
На этом вебинаре —Интеграция кодировщиков в 2016 году: новые режимы установки, подключения к сети и многое другое— Лиза Эйтеланд и Стив Дилтс рассказывают о новейших датчиках положения вращения. Мы исследуем, в чем преимущества механических, оптических, магнитных и емкостных энкодеров и какие функции были добавлены за последние несколько лет.
Далее мы рассмотрим физические варианты, доступные инженерам для поворотных датчиков положения, включая варианты уплотнений, крепления и подшипников, корпуса, номинальные значения и модульные установки, которые становятся все более настраиваемыми. Затем мы приводим несколько примеров потребительских дизайнов, промышленных установок и коммерческих приложений с обратной связью, а также какие физические перестановки наиболее распространены для каждого из них.
Наконец, мы переходим к управляющей электронике и самим кодирующим сигналам и сравниваем проблемы, возможности и режимы измерений с точки зрения разрешения, интерполяции и обработки сигналов. Мы определяем и объясняем каналы коммутации, предотвращение ухудшения сигнала, функции автоматической регулировки усиления (AGC), обработки сигналов и интеграции управления, поскольку это относится к кодерам в целом.
Лиза Тщеславная: Здравствуйте и добро пожаловать на сегодняшний вебинар «Интеграция с Encoder в 2016 году: новые способы установки, сетевое взаимодействие и многое другое», представленный журналом Design World и компанией Encoder Products. Меня зовут Лиза Эйтель, и я инженер-редактор журнала DESIGN WORLD magazine. Прежде чем мы начнем, позвольте мне объяснить, как вы можете принять участие в сегодняшней презентации.
Прежде всего, если у вас возникнут какие-либо технические трудности во время сегодняшней сессии, просто обратитесь за помощью через поле для вопросов на вашей консоли вебинара.
Также: Общайтесь в социальных сетях и делитесь информацией с сегодняшней сессии. Напишите в твиттере или разместите сообщение на этом вебинаре и поставьте хэштег на свои посты, чтобы присоединиться к разговору с хэштегом Dw Webinar.
Мы будем рады вашим вопросам. Просто вводите их по мере того, как они приходят вам в голову, в окне вопросов на вашей консоли вебинара. Мы ответим на как можно больше вопросов во время сессии вопросов и ответов, которая последует за основной презентацией, но, пожалуйста, не стесняйтесь задавать свои вопросы в любое время. Если вы смотрите это по запросу, вы все равно можете задавать вопросы. Они будут отправлены нам, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.
Немного обо мне: Еще раз, я Лиза Эйтел, старший редактор журнала Design World, получившая степень бакалавра наук в области машиностроения в колледже Фенн (ныне Колледж Вашкевича) в Кливлендском государственном университете. Я работаю техническим писателем уже 14 лет. Сегодня я рассказываю о двигателях, приводах, управлении движением и механической передаче энергии для Design World и выступаю в качестве судьи на наших местных первых соревнованиях по робототехнике.
Компания Encoder Products, являющаяся нашим спонсором, является разработчиком и производителем датчиков движения. Сегодня это крупнейший частный производитель энкодеров в Северной Америке, производящий инкрементные и абсолютные поворотные энкодеры, изобретатель оригинального Cube encoder, первый производитель оптико-ASIC и первый, кто включил гибкие крепления для энкодеров с полым валом. Ее штаб-квартира и производство находятся в штате Айдахо.
Сегодня к нам присоединяется также Стив Дилтс из компании Encoder Products. Стив — менеджер по развитию бизнеса в штаб-квартире компании в Айдахо. Во время этого вебинара он даст нам хорошее краткое описание того, когда следует указывать модуль магнитного энкодера. В EPC он работает с 2006 года, занимая должности в области технических продаж, отношений с дистрибьюторами и маркетинга.До прихода в компанию Стив был директором по продажам и маркетингу производителя медицинских изделий и средств личной гигиены. Когда он не на работе, его часто можно увидеть джентльменом, занимающимся сельским хозяйством на своем тракторе Ford 1941 года выпуска.
Итак, на этом вебинаре мы рассмотрим новейшие технологии в области датчиков положения вращения. Мы исследуем, в чем преимущества механических, оптических, магнитных и емкостных датчиков и какие функции были добавлены за последние несколько лет для удовлетворения таких разнородных задач, как отслеживание положения автомобиля в лифтах и перемещения по осям станков в оборудовании с ЧПУ.
Далее мы рассмотрим физические варианты расположения поворотных датчиков положения, включая варианты монтажа и подшипников, корпуса, номинальные значения и модульные установки, которые становятся все более настраиваемыми.
Затем мы приводим несколько примеров потребительских дизайнов, промышленных установок и коммерческих приложений с обратной связью и указываем, какие физические перестановки наиболее распространены для каждого из них.
Наконец, мы очень кратко коснемся управляющей электроники и кодирующих сигналов и сравним проблемы и режимы измерения, а также варианты интерполяции и обработки сигналов.
Затем мы определяем и объясняем ухудшение сигнала, основную функцию автоматической регулировки усиления и интеграцию управления, поскольку это относится к кодерам в целом.
Итак, за последние несколько лет ко всем подтипам поворотных энкодеров был добавлен ряд функций. Независимо от подтипа, просто обзор — поворотные энкодеры выводят инкрементные или абсолютные сигналы для обеспечения обратной связи по положению и скорости. Нарастающие сигналы представляют собой последовательности высоких и низких волн, указывающих на движение, но не на конкретное положение. Напротив, абсолютные энкодеры действительно указывают положение отслеживаемой оси вращения вместе с перемещением.
Механические энкодеры на самом деле больше похожи на поворотные переключатели, но с цифровым выходом. Они широко распространены в потребительских товарах для отслеживания положения ручек, а также в медицинском и фитнес-оборудовании и авионике. Разрешение определяется в терминах угла броска — для ряда положений, таких как, например, 30 положений для поворота на 360°.
Что касается поворотных энкодеров для реального управления движением — емкостные энкодеры (в основном производства CUI) используют низкий ток — эффективный вариант — для питания высокочастотного передатчика, который посылает сигналы, периодически модулируемые вытравленным диском, прежде чем они попадут на приемник. Этот приемник считывает изменения емкости, а ASIC преобразует их в угловые значения с разрешением до сорока девяноста шести шагов за оборот.
Однако наиболее распространенными поворотными энкодерами на сегодняшний день являются оптические энкодеры. Ранние версии имели хрупкие стеклянные диски между источником света и чувствительной головкой. Сегодня все большее распространение получают более прочные версии. Сегодня диск может быть изготовлен из металла с травлением, закаленного стекла с маркировкой или искусственного пластика.
Встроенная электроника также делает эти энкодеры более надежными. Например, технология EPC Opto-ASIC, представленная здесь в правом нижнем углу, представляет собой единый чип, объединяющий все компоненты сенсорной платы, включая фотосенсор, в одной схеме. Это повышает устойчивость к воздействию твердых частиц и электрических помех.
Еще одна большая тенденция связана с магнитными и магнитострикционными датчиками, отчасти благодаря новым конструкциям, основанным на таком зондировании. Обычные версии этих датчиков имеют множество магнитных полосок вокруг колеса. Два канала на датчике отслеживают пары полос и выводят дифференциальный сигнал. В некоторых конструкциях также используются встроенные микропроцессоры, работающие с программным обеспечением для обработки сигналов, что позволяет получить точный и динамичный отклик, конкурирующий с оптическими конструкциями.
Перенос задач измерения с оптико-электрических компонентов на твердотельную электронику в некоторых случаях означает, что эти датчики могут быть меньше по размеру и надежнее. Кроме того, пользователи могут легче изменять рабочие характеристики этих кодеров с помощью обновлений программного обеспечения, а не физических изменений. Таким образом, такие кодировщики легче адаптировать к проектам с меньшим количеством конструктивных компромиссов, если таковые вообще имеются. Это отражает более широкую промышленную тенденцию к использованию больших данных и Интернета вещей, а также тенденцию к более тщательному профилактическому обслуживанию.
Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу
Физических перестановок для поворотных энкодеров предостаточно. Они включают в себя множество вариантов уплотнений, подшипников и корпусов, а также модульные установки. Здесь в развернутом виде показан энкодер Heidenhain с функцией исключения неисправностей, который обнаруживает механическое ослабление. На самом деле это обязательное условие для энкодеров, которые должны соответствовать стандартам функциональной безопасности, особенно для машин, которые продаются по всему миру. Вы также видите здесь серию из четырех изображений вариантов механического крепления, недавно мы сняли видео об этом для BEI. У вас есть варианты со сплошными, сквозными и глухими валами, а также некоторые энкодеры, которые имеют собственную муфту.
Кстати, у нашего спонсора EPC есть действительно фантастическая статья о выборе между энкодерами со сквозными или глухими центрами отверстий. Отсканируйте QR-код здесь, чтобы перейти непосредственно к этой технической статье в формате PDF онлайн. Другой вариант — модульные энкодеры, что особенно важно для установок, которым требуется только постепенная обратная связь. Они не имеют собственных подшипников, но крепятся непосредственно к двигателю. Или проверьте пальцами магнитную муфту, установленную на центральном снимке. Вал диаметром пять или три восьмых дюйма вставляется в сквозной энкодер, а противоположный магнитный конец крепится к валу машины. Это отлично подходит для временных или даже постоянных, но не поддающихся механической обработке осей.
Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу
Итак, теперь рассмотрим несколько примеров потребительских дизайнов и промышленных установок и какие физические перестановки наиболее эффективны в каждой из них.Как мы знаем, обратная связь с двигателем является наиболее распространенным способом использования поворотных энкодеров. Здесь энкодер крепится к валу двигателя или отслеживает частоту вращения с помощью механических соединений. На полосе с картинками мы видим пример от Duff Norton — с кодерами EPC для отслеживания положения винтовых домкратов с приводом от мотор-редуктора для подъема железнодорожных вагонов. Это позволяет контроллеру синхронизировать работу нескольких домкратов и поднимать 80-тонные железнодорожные вагоны без опрокидывания.
Средним примером является ротационный энкодер, который выдерживает суровые условия эксплуатации благодаря корпусу со степенью защиты IP67.
На той, что справа, находится специальный сквозной кодер для установки оси на машине для ориентации бутылок перед нанесением этикеток. Ниже слева направо мы переходим от энкодера с шаговым двигателем для робототехники потребительского класса к недорогому оптическому инкрементальному энкодеру для крупномасштабного OEM-дизайна. Здесь следует отметить, что переход некоторых отраслей промышленности от оптических энкодеров к магнитным привел к уменьшению размеров энкодеров, что позволило им работать в паре со всеми типами двигателей. Медицинские приборы, в частности, выигрывают от этих все более компактных предложений.
Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу
В правом нижнем углу вы видите другую крайность — полноценный промышленный магнитный энкодер, который разделяется для установки на большие вращающиеся оси в нефтегазовой отрасли, строительстве, ветроэнергетике и судостроении.
В промежутке между ними проверьте все оси, требующие обратной связи при натяжении полотна. Здесь датчики подключаются не к двигателям, а к роликам натяжных рычагов, что позволяет главному контроллеру поддерживать постоянное натяжение полотна. Задания на обрезку по длине, синхронизация регистрационных меток и измерение обратного хода, а также транспортировка — это другие области применения энкодера. В последнем случае датчики крепятся к двигателю или промежуточным валам. Здесь датчики особенно важны, когда производственная линия зависит от координации работы нескольких конвейеров.
Последнее замечание — пересмотрите картинку в левом нижнем углу от Eva Robotics. Это одно из новых применений — на осях, работающих от шаговых двигателей. В традиционных установках инженеры просто включали шаговый двигатель с крутящим моментом, превышающим требуемый, чтобы предотвратить остановку. Но с учетом необходимости делать машины меньше и дешевле, это больше не годится. Так что сейчас многие шаговые двигатели поставляются с обратной связью от энкодера. Обратите внимание и на режим интегрирования связи здесь.
Так как насчет прямых замен? Некоторые производители, такие как Fraba Posital, пытаются включиться в эту игру, предлагая облачную конфигурацию для конечных пользователей. По сути, пользователи изменяют параметры кодировщика, обновляя программное обеспечение устройства с помощью портативного инструмента, а затем загружают данные конфигурации в онлайн-базу данных. Если требуется замена, у производителя есть эти записи под рукой, чтобы предоставить готовую к установке версию энкодера.
То, что вы видите на этом слайде, — это набор энкодеров от компании Encoder Products. Все эти предложения основаны на перекрестных ссылках и модернизации тысяч отечественных и зарубежных кодировщиков. Во много раз они обходятся дешевле, чем покупка у производителей оборудования.
Оба этих примера иллюстрируют, как концепция производства по индивидуальному заказу меняет даже модели поставок подвижных компонентов.
Теперь давайте поговорим о управляющей электронике и самих кодирующих сигналах. Контроллер, принимающий обратную связь с энкодером, будет определять, какие типы сигналов приемлемы. Инкрементные кодеры выдают одноканальный, двухканальный или четырехканальный выходной сигнал, а также индексный плюс четырехканальный выходной сигнал. Как мы увидим, некоторые такие энкодеры имеют больше каналов для коммутации двигателя, чтобы заменить менее точные датчики эффекта Холла при сопряжении с двигателями постоянного тока.
Кроме того, схемы управления, такие как интерполяция, могут повысить общее разрешение системы кодирования. Просто рассмотрим оптический энкодер с квадратурным выходом. Здесь схема интерполяции делит синусоидальные выходные сигналы оптики на множество промежуточных положений в виде прямоугольных волн. Это может увеличить разрешение в двадцать раз.
Обратите внимание, что энкодеры в конструкциях, приводимых в действие двигателями с постоянными магнитами, когда-то использовались почти исключительно в качестве обратной связи по положению и скорости. Но теперь, коммутирующие энкодеры тоже распространены. Типичные установки имеют выходы для квадратурных сигналов, а также индексный выход, а также три выхода коммутационного фазового канала. Независимо от того, с шестиступенчатым приводом, как на рисунке в центре, или с синусоидальным приводом, датчики здесь обеспечивают согласование каждого входного сигнала фазного тока с соответствующей функцией преобразования обратной ЭДС в крутящий момент двигателя, устраняя положение и ошибку, связанные с неизбежной неточностью фазирования в процессе.
И еще кое-что: обратите внимание на встроенный двигатель в правом нижнем углу этого слайда. Это бесщеточный двигатель постоянного тока Dunkermotoren. Это отражает более широкую тенденцию к интегрированным двигателям, поскольку в него встроена управляющая электроника и (благодаря электронике силового каскада) отпадает необходимость во внешнем источнике питания. Он также содержит один из любого количества датчиков, специально разработанных для обеспечения совместимости с органами управления двигателя и физической геометрией.
Итак, какие еще проблемы должны решать инженеры, использующие кодировщики? Каковы типичные возможности и режимы измерений с точки зрения разрешения и обработки сигналов? В конце концов, конструкции меняются практически на каждом рынке, требуя более высокого разрешения и точности — даже для датчиков меньшего размера, особенно в области автоматизации медицинской, текстильной и легкой промышленности. Помните, что поскольку поворотные энкодеры являются измерительными устройствами, разрешение является основным параметром. Это единицы измерения угла — например, градусы или радианы — некоторое количество отсчетов на оборот — импульсы на оборот или PPR — или двоичное число шагов измерения на оборот, например, 16-разрядный кодер, имеющий от 2 до 16 отсчетов на оборот. Напротив, магнитное кодовое колесо на этом слайде — оно обозначено как 5311 — от 12-разрядного кодера austria microsystems, который выдает 4096 импульсов на квадратурный выход, но только для скоростей до 650 мм/сек. EPC-замену энкодера Siemens, показанную здесь в верхнем левом углу, можно заказать либо с 1024, либо с 2048 CPR. Просто напомню здесь, что CPR — это количество циклов на оборот, что на самом деле является выражением разрешающей способности, а не точности.
Функциональная блок-схема, которую вы видите с графиками ошибок, взята из статьи, опубликованной Design World несколько лет назад, о важности разрешения кодировщика и хорошо продуманных алгоритмах интерполяции. Обратите внимание, что любые ошибки в интерполяции проявляются на медленной и высокой скоростях, как показано на рисунке. В статье подробно описывается одно высокодинамичное применение сервоприводов — прецизионная механическая обработка — на случай, если вы захотите найти эту статью по адресу designworldonline.com . По сути, соответствие требованиям трансмиссии, а также погрешность положения энкодера и ошибка интерполяции — все это может привести к появлению волнообразных отметин на поверхностях обрабатываемых деталей в таких приложениях.
На следующем слайде мы рассмотрим физическое предотвращение ухудшения качества сигнала при использовании кодеров. Во многих конструкциях функции автоматической регулировки усиления или АРУ, а также обработки сигнала и интеграции управления имеют важное значение. Во время обработки сигнала кодировщиком фильтры анализируют каждый цикл и удаляют шум, отбрасывая любые недопустимые состояния сигнала. Затем элементы управления восстанавливают сигналы кодера в их правильной последовательности и форме.
AGC — это схема обратной связи с замкнутым контуром, которая использует среднюю или пиковую выходную мощность для динамической регулировки усиления и поддержания выходной амплитуды, несмотря на любые отклонения измерений.
Помехоустойчивость. Как это получить? Сам электродвигатель, на который часто устанавливаются энкодеры, не говоря уже о связанных с ним приводах, источнике переменного тока, а также расположенных поблизости реле и освещении, может ухудшать электрические сигналы от энкодеров. Проблема проявляется различными симптомами — от простых оплошностей до полного отказа сервопривода.
Инженеры могут предотвратить эту проблему, уменьшив влияние всего излучаемого шума — того, который распространяется по воздуху. Возможно, что еще более важно, можно также уменьшить влияние проводимого шума, распространяющегося по кабелям энкодера от контуров заземления, источников питания или другого подключенного оборудования. Прежде всего, проложите силовые и сигнальные линии раздельно. Укажите скрученные и экранированные сигнальные кабели и расположите их на расстоянии не менее фута от всех остальных линий.
QR—код на этом слайде указывает на замечательную работу, которую мы сделали в 2014 году, под названием проблемы, вызываемые приводами, и типы кабелей, которые помогают их решить. Здесь есть одно важное замечание от автора . и другие — используйте дифференциальные выходы с витым и экранированным кабелем. Дополнительные сигналы уменьшают синфазный шум и искажения.
Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу
Еще одна рекомендуемая практика для обеспечения безопасности сигналов энкодера — обеспечение непрерывности кабеля от энкодера к контроллеру и сведение к минимуму стыков, где это возможно. Также убедитесь, что все двигатели и приводы должным образом заземлены.
Говоря о выходе энкодера — после выбора количества каналов для энкодера инженеры должны выбрать тип электрического выхода. И снова, неожиданный переход — у нашего спонсора есть потрясающая библиотека официальных документов в формате PDF по этой теме по адресу encoders.com так что зацени это. В одной из этих статей описывается, как варианты вывода энкодера включают открытый коллектор или N-P-N, подтягивающий, двухтактный или P-P (или даже HTL) — и дифференциальный линейный выход драйвера. Как мы упоминали ранее, дифференциал отличается тем, что имеет два подключения на канал, что позволяет принимающему контроллеру отсеивать шум. Сегодня большинство инкрементных энкодеров с двухтактными (HTL) или RS422 (TTL) выходными драйверами заменили большинство N-P-N (а также P-N-P) и выходное напряжение.
Одно предостережение: это правда, что для более сложных приложений управления движением, таких как сложные производственные установки, промышленный Ethernet предлагает ценные преимущества. Одним из них является возможность подключения к сети с функциями корпоративного уровня. Но небольшие автономные устройства все еще могут использовать полевую шину или двухточечную проводку, такую как SSI, бит-параллельные или даже аналоговые сигналы.
В отличие от инкрементных энкодеров, имеющих традиционные подключения, сети fieldbus превосходят в автоматизации производства, для которого они изначально создавались, включая вспомогательное оборудование, такое как конвейеры, мобильное оборудование, медицинское оборудование и солнечные панели. Шинная топология этих сетей упрощает подключение и поддерживает диагностику.
На самом деле, обратите внимание, что количество энкодеров во всех отраслях промышленности растет, поскольку машины должны быть более гибкими и надежными, чем когда-либо. Таким образом, в данном случае функции профилактического обслуживания кодировщиков могут включать предупреждения и вывод ошибок. Показательный пример: у Leine and Linde есть усовершенствованная диагностическая система (или ADS). Новый ADS Online — это диагностический инструмент компании для поддержки технического обслуживания, основанного на состоянии оборудования. По сути, он анализирует состояние поворотного энкодера и предупреждает о надвигающихся неисправностях, что особенно полезно в крупном сложном оборудовании.
В новую эру индустрии 4.0 обратная связь, подобная этой, включая дополнительную информацию, очень полезна. Поэтому неудивительно, что тенденции профилактического обслуживания и Интернета вещей стимулируют развитие сетей, особенно основанных на Ethernet. Многие отмечают устойчивую тенденцию к использованию различных форм промышленного Ethernet, включая Ethernet/IP и EtherCAT, в крупномасштабной промышленной автоматизации. Это предоставляет больше возможностей для встраиваемых и распределенных интеллектуальных систем (включая мониторинг состояния) в устройствах на заводе-изготовителе. Имея в наличии так много данных, производители кодировщиков добавляют больше функций, чтобы эффективно использовать эту информацию.
Теперь я передаю дело Стиву Дилтсу из компании Encoder Products. Опять же, Стив там работает менеджером по развитию бизнеса. Сейчас он даст нам краткое описание того, когда следует указывать модуль магнитного энкодера. Стив, слово за тобой.
Стив Дилтс:Спасибо тебе, Лиза. Я ценю очень подробный обзор множества опций и вариантов выбора, представленных компаниям, которым необходимо указать и приобрести кодировщики. Они, конечно, были бесконечно благодарны за возможность поделиться некоторой информацией сегодня с вашей аудиторией посредством этого вебинара. Мы очень быстро рассмотрим один конкретный вариант спецификации кодировщика.
Прежде чем я сделаю это и перейду к сути, просто обыгрываю то, что вы только что упомянули в отношении повышения автоматизации. Одно из наших местных изданий сегодня [написано 00:26:35] в этой утренней статье рассказывалось о лесопромышленном комплексе здесь, в Северном Айдахо. В нем указывалось, что, несмотря на то, что у нас, вероятно, четверть лесоперерабатывающих предприятий, которые были у нас 20 лет назад, на нескольких заводах работает меньшее количество людей, и сегодня мы фактически перерабатываем и производим больше продукции, чем 20-25 лет назад. Все это стало возможным благодаря более широкому использованию автоматизации.
Как вы отметили, для большей части этой автоматизации требуются датчики. Во многих случаях предпочтительным датчиком является энкодер, а более конкретными и актуальными для нашего сегодняшнего обсуждения являются поворотные энкодеры. Как вы здесь представили, существует множество вариантов, самых разных, с точки зрения механики, электричества, обработки сигналов, типов выходных данных и всего остального. Здесь мы рассмотрим лишь пару из этих вариантов и ответим на вопрос: когда вам следует указывать модуль магнитного энкодера?
Прежде чем мы ответим на этот вопрос, конечно, мы просто хотим определить наши термины. На самом деле то, на что мы обращаем внимание, — это пара механических и электрических особенностей. Слева от вас на этом рисунке вы видите то, что мы будем называть датчиком пеленга. Их были установлены и функционировали миллионы. В будущем их будет еще миллионы. Это очень прочная и стабильная платформа для создания такой обратной связи при вращении.
В нижней части этого изображения вы видите корпус. Этот корпус в сборе снабжен подшипниками, на которых закреплен вал. На валу, конечно же, находится оптический поворотный энкодер, инкрементальный энкодер, у нас есть кодовый диск, источник света и фотодетектор, который принимает этот световой сигнал и вырабатывает выходной ток, и все это преобразуется в цифровой сигнал в виде прямоугольной волны.
Поскольку все эти детали должны быть правильно собраны и выровнены, опять же, это отличный продукт, отличная базовая модель для формата обеспечения обратной связи при вращении. Справа находится то, что мы называем модульным энкодером, и все эти механические особенности, связанные с подшипниками, устраняются благодаря такой конструкции. У нас вся электроника размещена в модульном корпусе.
Этот конкретный блок представляет собой магнитный модуль в сравнении с оптическим энкодером, несущим энкодер. Просто для быстрого ознакомления с используемой здесь технологией, как я уже упоминал, оптический энкодер будет иметь диск с приращениями, либо напечатанный, либо выгравированный на поверхности майлара или стекла. Иногда у нас даже есть механические металлические диски с прорезанными в них пазами, но большинство из того, что мы видим сегодня на рынке, — это либо стеклянные, либо пленочные, либо пластиковые диски. [Маска 00:30:18] в центре электроники печатной платы [очень 00:30:22] Проверенная технология, существующая уже долгое время, и у нее отличная история обеспечения отличной обратной связи.
Справа у нас есть простая иллюстрация магнитного датчика, который имеет один полюс [пара 00:30:41] с магнитом, который вращается вблизи датчика на эффекте Холла. Как вы можете видеть, количество компонентов значительно сокращается и упрощается при использовании магнитного решения. Это влияет не только на стоимость, но и на некоторые факторы, связанные с надежностью и работоспособностью в определенных суровых условиях, о которых мы поговорим здесь чуть позже.
Нас интересует, почему вы выбрали модульную систему, а не датчик положения подшипника? Почему вы выбрали решение с магнитным датчиком, а не с оптическим? Каковы некоторые факторы, которые помогают вам сделать этот выбор?
Одна из вещей, которую мы хотим спросить, заключается в том, что мы говорим о том, нужны ли вам подшипники в вашем энкодере в сборе или нет. Вопрос в следующем: существуют ли в вашем приложении факторы, которые могут повлиять на срок службы этих подшипников и диска в энкодере.
Вам не обязательно быть экспертом по кодированию, чтобы посмотреть на эти фотографии и сказать, что в этом приложении что-то пошло ужасно неправильно. Слева у нас есть вал ступицы, соединенный с постоянным энкодером, где подшипник заклинило и оказало некоторое неблагоприятное воздействие внутри энкодера. Справа приведен пример аварии диска, при которой вышли из строя подшипники, вал энкодера вышел за свои пределы. Этот стеклянный диск был разбит, и в результате у вас остается нефункциональный кодировщик.
Существуют ли ситуации, когда вы хотите по возможности избежать использования подшипников? Вот некоторые факторы, о которых следует подумать и оценить, делая такой выбор. Испытываете ли вы чрезмерные радиальные и осевые нагрузки? Это от 5 до 40 фунтов, что является своего рода типичным диапазоном, который мы наблюдаем со многими инкрементными датчиками, особенно с датчиками вала. Обходной путь заключается в том, что мы расширяем диапазон нагрузок на подшипники, и поэтому у нас есть датчики, которые мы производим, позволяющие выдерживать нагрузку на подшипники до 80, 90 и даже 100 фунтов.
Когда вы начинаете рассматривать эти типы нагрузок, в итоге вы получаете очень большой кодировщик, и поэтому вам приходится задать еще один дополнительный вопрос о том, есть ли у вас место для всей этой массы. Несущие нагрузки, находитесь ли вы в ситуации, когда нагрузки на энкодер или что-то вроде верхнего предела диапазона этого энкодера? Существуют ли экстремальные факторы удара и вибрации? То, что мы видим здесь, я просто вывел типичную дальность съемки, которую вы увидите на энкодере, при температурах от минус 20 до минус 80 градусов. Кодировщиков много, мы можем расширить этот ассортимент.
На самом деле, с точки зрения подшипников, важно то, что эти температуры делают со смазкой внутри этих подшипников, и если либо низкая, либо высокая температура находится на пределе, это может привести к преждевременному износу подшипников и выходу их из строя. В худшем случае у вас есть кодировщик на оборудовании на какой-нибудь ледовой станции Zebra на холодном севере, и он простаивает там месяцами и не двигается. Затем кто-то щелкает переключателем, и катушка в мгновение ока разгоняется до 3600 оборотов в минуту, и что произойдет с этими подшипниками, если смазка не соответствует данной температурной ситуации? Вот крайний пример, но он иллюстрирует суть дела.
Кроме того, загрязняющие вещества, которые могут проникнуть за пределы уплотнения и попасть в подшипники, конечно же, могут привести к преждевременному выходу подшипников из строя. Мы видим, что иногда при наличии мелкой крупы и частиц, которые сами по себе могут препятствовать проникновению влаги, уплотнение может не пропускать ее, но со временем, если накапливается влага, и частицы попадают на поверхность контакта уплотнения с валом, мы можем видеть, как они работают внутри и со временем попадают в подшипники. Опять же, это некоторые факторы, которые могут побудить вас рассмотреть решение, не требующее подшипников, описанное выше для высокоскоростного применения.
Большинство датчиков подшипников рассчитаны на частоту вращения от 6 до 10 000 оборотов в минуту, мы видим некоторые, которые достигают 12 000 оборотов в минуту. Вы получаете гораздо больше, чем это. Вы действительно двигаетесь быстро из-за любви к [подшипникам, поскольку они 00:35:51], обычно применяемым в поворотных датчиках. Во многих случаях ограничение скорости энкодера определяется номинальным значением подшипника. Опять же, если мы сможем устранить этот фактор, вы сможете увеличить скорость, возможно, до 20 000 оборотов в минуту, что требуется вашему приложению. Есть несколько решений, которые мы рассмотрим в ближайшее время и которые будут хорошо работать в приложениях такого типа, в высокоскоростных приложениях.
С другой стороны, это, конечно, не самый критичный фактор, но важный и приобретающий все большее значение фактор, и это стоимость. Просто интуитивно вы можете взглянуть на эти два продукта и догадаться, что один из них будет дороже другого только с точки зрения компонентов, которые идут на изготовление этого энкодера, включая корпус, подшипники, вал и все остальное, по сравнению со стилем модуля слева.. Опять же, эти энкодеры модульного типа обычно стоят немного дороже, чем полноценные промышленные энкодеры для подшипников. Это соображение следует учитывать.
Кроме того, существуют ли ограничения по пространству, которые привели бы к более компактному решению? Лиза, ранее вы упоминали о стремлении к использованию кодировщиков меньшего размера. Это, безусловно, то, что мы видим и как производитель, просто в силу растущего использования датчиков и поворотных сенсоров и различных приложений. Медицинский — это тот, о котором вы упомянули, просто требуется более компактная установка за счет удаления основной части подшипников и корпуса, чтобы вы могли получить гораздо более компактное решение.
Нажмите здесь, чтобы посмотреть презентацию по запросу
Очень часто, нравится нам это или нет, мы обнаруживаем, что кодировщик — это своего рода запоздалая мысль инженера-проектировщика. Они сосредоточились на многих других компонентах силовой установки. Они возвращаются к [концам и говорят 00:37:53]: “О, да. Им нужен кодировщик.” Часто вы можете обнаружить, что места осталось не так уж много. В любом случае, кодировщики модульного типа, предлагаете ли вы какие-то преимущества в экономии места, как показано на этом изображении здесь?
Присутствуют ли загрязняющие вещества, которые не только влияют на подшипники, но и могут повлиять на способность оптического датчика функционировать должным образом? Слева вы видите попадание некоторого количества [твердых частиц и 00:38:27] раствора, которое будет представлять проблему для любого кодировщика, но в особенности для оптического решения. У нас могут возникнуть трудности с получением сигнала или он может быть получен из всего света, проходящего через эти скопления мусора в этом кодере.
Справа показан пример мойки под высоким давлением, класс защиты IP до IP69K, для очистки паром под высоким давлением. Примером на этой фотографии был расширенный тест на промывку при давлении 1500 фунтов на квадратный дюйм на энкодере модульного типа, который мы производим. Это пример некоторых крайностей, которые вы можете увидеть в этом конкретном приложении. Загрязняющие вещества, твердые частицы, жидкости, находящиеся под давлением — все это может привести вас к выводу, возможно, к тому, что вы выбрали решение модульного типа энкодера.
Другой вопрос: существует ли риск выхода из строя датчика, диска из-за воздушного зазора между датчиком и диском. Я упоминал об этом, это действительно снова связано с ударами и вибрацией, а также с износом подшипников на несущем валу или, возможно, на энкодере, или даже на двигателе, или на каком-либо другом устройстве, на котором работает энкодер.
Этот критический зазор между диском и датчиком — вот о чем мы здесь говорим. Во многих оптических кодерах это может быть [как десять 00:40:04], где указано от 2 до 4/1000 дюйма. Если вы испытываете какой-либо удар, который приводит к отклонению диска или вала во время вращения энкодера, диск контактирует с датчиком, и теперь у вас нефункциональный энкодер. Эти спецификации не часто публикуются производителями кодировщиков, но при необходимости производитель может обратиться к ним и поделиться с вами.
На самом деле, вопрос состоял бы в том, чтобы вернуться назад и посмотреть на ударные нагрузки на вал, которые вы собираетесь контролировать, и на их потенциал. Он соответствует самым высоким требованиям к ударам и вибрации и использует оптический энкодер. У вас могло бы быть несколько сценариев, в которых вы могли бы подвергнуться риску из-за этого, что опять же следует обдумать в процессе спецификации.
Некоторые магнитные решения очень устойчивы к большому воздушному зазору между датчиком и вращающимся валом, а также к совмещению этого датчика с валом, что также следует учитывать. Опять же, магнитные [и 00:41:22] контактные решения, подобные тем, которые мы собираемся представить здесь через минуту, и мы показываем на этом слайде наш способ преодолеть этот пробел в решении проблемы выравнивания.
Просто сравнивая наши два решения, можно сказать, что оптический датчик пеленга, как правило, может обеспечить очень высокую точность и высокое разрешение. У нас есть энкодеры, которые производят до 30 000 и более циклов за оборот, а при квадратурном подсчете — до 120 000 импульсов за оборот. У нас есть энкодеры, точность которых составляет доли угловых минут. Они устойчивы к сильным магнитным полям. Опять же, таких на местах предостаточно, и им, безусловно, найдется место.
Магнитные модули, устойчивые к загрязнениям, устойчивые к сильным ударам и вибрации, что, опять же, благодаря магнитному датчику, любая пыль и мусор, попадающие между датчиком и магнитом, не будут оказывать такого негативного воздействия, как при использовании светодиода, фотодатчика и оптического энкодера. Они могут быть устойчивы к сильным ударам и вибрации, компактны, подходят для высокоскоростных применений и имеют меньшую стоимость. Это некоторые факторы, которые следует взвесить, просто вкратце, при рассмотрении оптического энкодера в стиле подшипника в сравнении с магнитным модулем.
Примером этого является наша модель 30M, недавно выпущенная на рынок. Это модуль диаметром 30 миллиметров со всей электроникой и датчиком и корпусом, отлитым под давлением, датчик фиксации в целом с магнитом на конце вала имеет разрешение до 1024 циклов на оборот и дополнительное уплотнение корпуса IP69 для промывки [режим работы 00:43:30], как показано на рисунке некоторые из фотографий, сделанных ранее. Это при использовании опции с разъемом M12.
Здесь у нас есть пара различных вариантов разъемов. Вот пример установки на мотор-редуктор Bodine. Опять же, отлично подходит для такого типа обратной связи с сервоприводом шагового двигателя, некоторые типичные области применения для этих типов энкодеров, сервоприводов, шагового двигателя, обратной связи, как уже упоминалось, рулевое управление мобильным оборудованием, измерение скорости, оборудование для обработки древесины, студийное освещение, сценическое оборудование, такие вещи, как позиционирование поворотного клапана, мониторинг и управление; солнечные панели для непромышленного применения.
Мы видели такие вещи, как торговые автоматы, робототехника, другие приложения, где мы могли бы применить подобный энкодер, и поэтому широкий спектр возможностей там представлен электромеханическими функциями, которые вы найдете в одном из этих энкодеров модульного типа.
Еще раз спасибо тебе, Лиза. Мы ценим вашу помощь и помощь команды Design World. С этими словами я передам его обратно команде Design World.
Лиза Тщеславная: Благодарю вас. Большое тебе спасибо, Стив. Это было фантастически. У нас есть к вам несколько вопросов. Давайте перейдем к небольшим вопросам и ответам здесь. Первый вопрос, и некоторые из них, возможно, были бы лучше для продолжения, но я просто представлю их вам
Стив Дилтс:Спасибо тебе, Лиза. Это хороший вопрос. Наверное, это два самых важных фактора, я думаю, и это факторы окружающей среды. Одним из них может быть уровень ударной нагрузки, о котором мы говорили ранее, и вибрация, которая будет исходить от решения со стеклянным диском. С другой стороны, если вы работаете в условиях высокой температуры, скажем, при 100 градусах по Цельсию, вам следует избегать дисков из пластика или майлара только потому, что они подвержены деформации при воздействии таких высоких температур.
Лиза Тщеславная:Отлично. Следующий вопрос
Стив Дилтс:Да. Это один из таких вопросов, как «что такое стандартный кодировщик». Трудно сказать в общем смысле. Для большинства отзывов двигателя мы видим 1024, 2048 CPR, точку отсечения для многих применений с двигателями векторного типа, серводвигателями, курс может доходить до 4096.
Мы видели поворотные энкодеры, которые, как я упоминал ранее, выполняют более 30 000 циклов на оборот. У некоторых производителей цена достигает 65 000. Это разрешение, которое не совпадает с точностью; точность заключается в том, насколько точно сигнал энкодера в любой заданной контрольной точке вращения совпадает с идеальным импульсом, и поэтому точность и разрешение на самом деле два разных вопроса. Я предполагаю, что разрешение зависит от того, насколько точно вы надеетесь контролировать движение, а с точностью — это повторяемость от одного шага к следующему.
На самом деле вопрос в том, каковы конкретные потребности приложения, — вот с чего мы всегда начинаем, когда пытаемся ответить на этот вопрос для нашего клиента.
Лиза Тщеславная:Отлично. Понял. Следующий
Стив Дилтс:Да. Мы говорим о поворотных датчиках и обратной связи по вращению. Наша рекомендация заключается в том, что если вы контролируете вал и хотите знать скорость и направление этого вала, то подключите свой энкодер непосредственно к этому валу, к трем отверстиям или, возможно, к муфте. Иногда просто физические ограничения приложения не позволяют этого сделать. Мы бы сказали, что у вас есть несколько механических связей между датчиком и валом или устройством, которое вы пытаетесь контролировать.
Другой тип обратной связи, в котором используются поворотные энкодеры, связан с линейным перемещением и линейным измерением. С помощью поворотного энкодера мы часто устанавливаем измерительное колесо на валовой энкодер и можем измерять что-то вроде ленты конвейера во время ее вращения. В данном случае, поскольку на самом деле мы хотим измерить ход самого ремня, мы бы рекомендовали установить колесо на поверхность ремня, которую вы хотите измерить и контролировать, и использовать этот метод. Я думаю, эмпирическое правило было бы настолько близким, насколько непосредственно связано с движением, которое вы пытаетесь измерить, то, как мы направляем. Это похоже на то, что мы рекомендуем клиентам.
Лиза Тщеславная:Отлично. Похоже, у нас мало времени. На этом наш вебинар завершается. Участники, если у вас возникнут еще вопросы, пожалуйста, присылайте их нам. Еще одна благодарность компании Encoder Products за то, что она стала нашим спонсором. Кроме того, спасибо тебе, Стив, за то, что ты совершил там такое глубокое погружение. Участники, пожалуйста, обратите внимание, что версия этого вебинара по запросу будет доступна онлайн, и я собираюсь убедиться, что она отображается по этому URL, который вы там видите. Большое вам спасибо за уделенное время
Стив Дилтс:Спасибо тебе, Лиза. Было здорово принять участие в сегодняшней программе.
Свежие комментарии