Rješavanje problema elektromagnetnih smetnji (EMI) u fazama servo motora

Već preko 9 godina gradimo ručne i motorizirane pozornice. Također proizvodimo platforme za automatsko poravnanje. Tako da smo se susreli s mnogo EMI problema. Neki su jednostavni. Neki vas tjeraju da se naježite.

Ako radite s optičkim poravnanjem, znate taj osjećaj. Pozornica se pomiče. Kamera gleda. Slika je šumna. Položaj je pomaknut za nekoliko mikrona. Provjeravate mehaniku. Sve je čvrsto. Onda shvatate da problem nije mehanički. To je električni šum.

Ovaj vodič je namijenjen kupcima, inženjerima i svima kojima je potrebanstepen servo motorašto zapravo funkcioniše u pravoj fabrici. Bez ikakvih nepotrebnih detalja. Samo praktične stvari koje smo naučili iz stvarnih projekata.

Šta EMI radi fazi servo motora

EMI je skraćenica za elektromagnetnu interferenciju. To je neželjena električna buka. Može se širiti kroz kablove ili kroz zrak. Kada uđe u vašu pozornicu, ometa rad pogona, enkodera, kamere ili senzora.

Rezultat?Smetnje u kontroli pokretaPozornica se ne pomiče tačno tamo gdje ste joj rekli. Ponekad je to mala greška. Ponekad je velika. U optičkom poravnanju, čak je i mala greška velika stvar.

U laboratoriji smo vidjeli standardni stolić s ponovljivošću od 2 µm. Na proizvodnoj liniji, pala je na 15 µm. Isti stolić. Ista mehanika. Jedina razlika bila je EMI od obližnje opreme.

Odakle dolazi EMI kod motorizovanih pozornica

EMI u motoriziranim fazamaobično dolazi iz četiri mjesta. Hajde da ih razložimo.

Disk je obično glavni osumnjičeni

Većina servo pogona koristi PWM. To znači da vrlo brzo uključuju i isključuju napajanje. Govorimo o frekvencijama od 10 kHz do 100 kHz ili više. Ovo brzo prebacivanje stvara visokofrekventni šum. To je najveći izvor EMI-ja u većini sistema.

Kablovi i uzemljenje: Uobičajeni osumnjičeni

Kablovi za napajanje i signalni kablovi nikada ne bi trebali ići zajedno. Ako se to dogodi, šum preskače s jednog na drugi. Vidjeli smo 3 metra neoklopljenog kabla enkodera pored kabla za napajanje od 220 V. To je dodalo 10 µm greške. Samo zbog usmjeravanja kabla.

Loše uzemljenje je još jedan veliki problem. Petlja uzemljenja djeluje kao antena. Hvata šum i šalje ga direktno u vaš enkoder ili kameru.

Enkoderi i kamere su žrtve

Enkoderi šalju signale niskog napona. Lako ih je poremetiti. Ako kabel enkodera nije zaštićen, šum može promijeniti impulse. Pogon tada misli da je faza negdje gdje nije.

Kamere su također osjetljive. Elektromagnetske smetnje se pojavljuju kao linije, snijeg ili kotrljajuće šipke na slici. Softver vidi pogrešnu ivicu. Izračunava pogrešan pomak. Pozornica se pomiče na pogrešno mjesto.

Drugi izvori o kojima možda niste razmišljali

Aparati za zavarivanje, pumpe, laseri, pa čak i fluorescentna svjetla mogu stvoriti EMI. Jednom smo imali kupca čija je pozornica otkazivala svaki put kada bi se uključio obližnji aparat za zavarivanje. Pozornica je bila u redu. Problem je bio u okruženju.

Zašto je automatsko optičko poravnanje tako osjetljivo

EMI u motoriziranim platformama za automatizirano optičko poravnanjeje čest i skup problem. Evo zašto.

Optičko poravnanje je proces zatvorene petlje. Kamera gleda u oznaku. Softver izračunava pomak. Stol se pomiče da ga ispravi. Zatim kamera ponovo provjerava. Ako EMI uđe u signal kamere, slika nije jasna. Ako EMI uđe u signal enkodera, pogon se zbunjuje. Petlja se nikada ne smiri.

U mnogim fabrikama, cilj je od 1 µm do 5 µm. EMI može lako dodati 10 µm do 50 µm greške. To je razlika između prolaza i neuspjeha.

Kako smanjiti smetnje u kontroli kretanja u fazama servo motora za platforme za automatsko optičko poravnanje?

Ovo je veliko pitanje.Kako smanjiti smetnje u kontroli kretanja u fazama servo motora za platforme za automatsko optičko poravnanje?Odgovor nije u jednom magičnom dijelu. To je sistemski pristup.

Evo 8 stvari koje radimo u stvarnim projektima.

1. Koristite oklopljene kablove s upredenim paricama

Zaštita blokira električna polja. Uvrtanje poništava magnetska polja. Koristite zaštićenu upredenu paricu za enkodere. Koristite zaštićene kablove za napajanje motora. Spojite zaštitu na oba kraja za visokofrekventnu buku. Za niskofrekventnu buku, pokušajte s jednim krajem. Testirajte oba.

Dobra zaštita može smanjiti buku za 20 dB do 40 dB. To je 10 do 100 puta manje napona šuma.

2. Držite kablove za napajanje i signal razdvojene

Držite kablove za napajanje najmanje 20 cm od signalnih kablova. Ako se moraju ukrstiti, ukrstite ih pod uglom od 90 stepeni. Nikada ih ne postavljajte paralelno na velike udaljenosti. Ovo jednostavno pravilo može smanjitismetnje u kontroli kretanjaza polovinu ili više.

3. Popravite uzemljenje

Koristite uzemljenje u jednoj tački za analogne signale. Koristite uzemljenu ravan za visokofrekventnu buku. Žice za uzemljenje neka budu kratke i debele. Izbjegavajte lančano povezivanje. Loše uzemljenje može pogoršati elektromagnetne smetnje, a ne poboljšati ih.

4. Dodajte EMI filtere i feritne jezgre

Instalirajte EMI filter na AC ulaz pogona. Dodajte feritne jezgre na kablove motora i enkodera. Feritna jezgra može dodati 10 dB do 30 dB impedancije na visokoj frekvenciji. Sprječava širenje buke duž kabla.

5. Odaberite pogone i motore s niskim EMI-jem

Nisu svi pogoni jednaki. Neki imaju meko prebacivanje. Neki imaju ugrađene filtere. Neki motori imaju bolji dizajn namotaja. Zatražite podatke o EMI testu. Uređaj s niskim EMI-jemstepen servo motoramože koštati 10% do 20% više. Ali može uštedjeti 50% vremena za otklanjanje grešaka.

6. Poboljšajte povratne informacije enkodera

Koristite diferencijalne enkodere umjesto jednostranih. Diferencijalni signali odbacuju šum zajedničkog moda. Koristite optičke enkodere u jakim magnetnim poljima. Koristite magnetne enkodere u prljavim okruženjima. Uskladite enkoder sa zadatkom.

7. Izmjerite prije popravke

Ne možete popraviti ono što ne možete izmjeriti. Koristite osciloskop za pregled signala enkodera. Koristite EMI prijemnik za pronalaženje zračenog šuma. Provjerite blizu kamere, enkodera i pogona. Zabilježite nivo šuma prije i poslije svake popravke.

8. Koristite softverske filtere kao krajnje sredstvo

Ponekad hardver nije dovoljan. Možete dodati zarezni filter u pogon. Možete dodati niskopropusni filter u softver kamere. Možete usrednjavati više očitanja. Ove metode ne uklanjaju EMI, ali smanjuju njegov uticaj.

Tabela 1 prikazuje kakvu vrstu poboljšanja možete očekivati.

Servo motor sa niskim EMI efektom u odnosu na standardni servo motor za automatsko optičko poravnanje

Kada kupujete stepenicu, imate izbor. Možete kupiti standardnu ​​stepenicu. Ili možete kupiti stepenicu s niskim EMI-jem.Servo motor sa niskim EMI efektom u odnosu na standardni servo motor za automatsko optičko poravnanjePoređenje je važno. Ono utiče na cijenu, vrijeme isporuke i performanse.

Evo kako se porede.

Standardni stalak je dovoljan za jednostavne zadatke. Ako se krećete od tačke A do tačke B sa tačnošću od 50 µm, EMI možda neće biti važan. Ali ako poravnavate optičke komponente sa tačnošću od 1 µm, standardni stalak može otkazati.

Niska EMI faza košta više. Ali smanjuje rizik. Štedi vrijeme inženjeringa. Poboljšava prinos. U mnogim projektima, dodatni trošak se isplati u roku od nekoliko sedmica.

Jednostavna kontrolna lista za odabir

Kako birate pravistepen servo motoraKoristite ovu kontrolnu listu.

Korak 1: Definišite svoje EMI okruženje.Navedite opremu u blizini. Aparati za zavarivanje, pumpe, laseri i pogoni su jaki izvori buke. Provjerite udaljenost. Provjerite frekvenciju.

Korak 2: Provjerite ponovljivost, ne samo rezoluciju.Stolp može imati rezoluciju od 0,1 µm. Ali ako je ponovljivost 5 µm, ne može održati poravnanje od 1 µm. Zatražite podatke ispitivanja pod EMI-jem.

Korak 3: Pitajte o zaštiti i uzemljenju.Jesu li kablovi oklopljeni? Kako je oklop povezan? Postoji li uzemljenje? Možete li dati dijagram uzemljenja?

Korak 4: Pregledajte dizajn kabla i konektora.Metalni konektori su bolji od plastičnih. Oni pružaju zaštitu. Provjerite radijus savijanja kabla. Oštar savijanje može slomiti zaštitu.

Korak 5: Zatražite podatke o EMI testu.Zatražite podatke o zračenju i vodljivim emisijama. Zatražite podatke o ispitivanju imuniteta. Ako dobavljač ne može da ih dostavi, budite oprezni.

Korak 6: Razmotrite ukupne troškove.Ne upoređujte samo cijenu faze. Uključite vrijeme potrebno za inženjering, vrijeme otklanjanja grešaka, vrijeme zastoja i gubitak prinosa.

Pravi slučajevi iz naše radionice

Vidjeli smoEMI u motoriziranim fazamau mnogim industrijama. Evo četiri stvarna slučaja.

Slučaj 1: Inspekcija poluprovodničkih pločica.Kupac je koristio standardnistepen servo motoraKamera je registrovala šum od 5 µm. Ponovljivost pozornice bila je 3 µm. Nakon dodavanja oklopljenih kablova i feritne jezgre, šum je pao na 1 µm. Prinos je poboljšan za 8%.

Slučaj 2: Popravak ploče ekrana.Sistem za popravku ekrana imao je nasumične kvarove pogona svakih 20-30 ciklusa. Uzrok je bila petlja uzemljenja između postolja i lasera. Uzemljenje u jednoj tački i izolacijski transformator su to riješili. Kvarovi su potpuno prestali.

Slučaj 3: Skeniranje medicinskih preparata.Medicinskom skeneru je bilo potrebno glatko kretanje. Postolje je vibriralo na 100 Hz. Uzrok je bio PWM šum iz pogona. Niskopropusni filter i pogon sa niskim EMI-jem smanjili su vibracije za 90%.

Slučaj 4: Lasersko poravnanje.Platforma za lasersko poravnanje imala je grešku položaja od 10 µm. Kabl enkodera nije bio oklopljen. Prolazio je pored kabla za napajanje od 220 V u dužini od 3 metra. Nakon odvajanja kablova i korištenja oklopljenog kabla enkodera, greška je pala na 1,5 µm.

Često postavljana pitanja

Kako smanjiti smetnje u kontroli kretanja u fazama servo motora za platforme za automatsko optičko poravnanje?
Koristite oklopljene kablove. Odvojite napajanje i signal. Pravilno uzemljite. Dodajte filtere i ferite. Odaberite stepen sa niskim EMI-jem. Testirajte osciloskopom. Ovi koraci smanjujusmetnje u kontroli kretanjaza 80% do 95% u većini slučajeva.

Koji je najveći izvor EMI-ja u fazi servo motora?
PWM servo pogon je najveći izvor. Kablovi motora su drugi. Petlje uzemljenja su treće.

Mogu li popraviti EMI bez promjene stepena?
Da. Možete dodati filtere, ferite i oklopljene kablove. Možete poboljšati uzemljenje. Ali ako je dizajn pozornice loš, možete dobiti samo djelomično poboljšanje.

Koliko košta stepen servo motora sa niskim EMI-jem?
Stepen sa niskim EMI-jem košta 10% do 30% više od standardnog stepena. Tačna cijena zavisi od putanje, opterećenja i tačnosti.

Da li mi je potreban niski EMI stepen za čistu sobu?
Čiste sobe ne uklanjaju EMI. Ali oprema za čiste sobe je često osjetljiva. Nizak EMI stepen je dobar izbor za optičko poravnanje čistih soba.

Kako testiram EMI?
Koristite osciloskop za signalni šum. Koristite EMI prijemnik za zračeni šum. Testirajte na kameri, enkoderu i pogonu. Uporedite prije i poslije svake popravke.

Zašto raditi s nama

U ovom smo poslu već preko 9 godina. Proizvodimo ručne i motorizirane platforme. Također proizvodimo automatizirane platforme za poravnanje. Fokusiramo se na istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju. Razumijemo EMI jer ga testiramo svaki dan.

Našstepen servo motoraopcije uključuju:

Setovi kablova za niske EMI pritiske.

Zaštićeni kablovi enkodera.

Ugrađeni EMI filteri.

Diferencijalni enkoderi.

Prilagođeni dizajn uzemljenja.

Podaci o EMI ispitivanju na zahtjev.

Ne prodajemo samo pozornicu. Pomažemo vam riješiti cijeli problem kretanja. Ako imate problem sa EMI-jem, pošaljite nam svoju postavku. Možemo pregledati vaše kablove, uzemljenje i postavke pogona. Možemo vam preporučiti pozornicu sa niskim EMI-jem koja odgovara vašem budžetu.

Hajde da razgovaramo o vašem problemu sa elektromagnetnim smetnjama

Da li gradite automatizovanu platformu za optičko poravnanje? Jeste li umorni od...smetnje u kontroli kretanjaTreba li vamstepen servo motorakoji radi u bučnoj fabrici?

Kontaktirajte nas danas. Recite nam vašu ciljanu tačnost, raspon kretanja, opterećenje i okruženje. Dat ćemo vam jasnu preporuku. Također ćemo podijeliti podatke ispitivanja i savjete za odabir. Smanjimo EMI i poboljšajmo vaš prinos.

Pošaljite nam email odmah. Zatražite brzu ponudu. Riješite svoj EMI problem s pozornicom izgrađenom za stvarnu proizvodnju.