Lösung von Problemen mit elektromagnetischen Störungen (EMI) in Servomotorstufen

Wir bauen seit über neun Jahren manuelle und motorisierte Positioniertische. Außerdem fertigen wir automatisierte Justierplattformen. Daher haben wir schon viele Probleme mit elektromagnetischen Störungen (EMI) gesehen. Manche sind leicht zu beheben, andere bringen einen zur Verzweiflung.

Wer mit optischer Justierung arbeitet, kennt das Problem. Der Objekttisch bewegt sich. Die Kamera richtet sich auf den Sensor. Das Bild ist verrauscht. Die Position weicht um einige Mikrometer ab. Man prüft die Mechanik. Alles sitzt fest. Dann wird einem klar, dass das Problem nicht mechanischer Natur ist, sondern elektrisches Rauschen.

Dieser Leitfaden richtet sich an Käufer, Ingenieure und alle, die einen benötigen.ServomotorstufeDas funktioniert tatsächlich in einer echten Fabrik. Kein Schnickschnack. Nur praktische Dinge, die wir aus realen Projekten gelernt haben.

Welche Auswirkungen elektromagnetische Störungen auf eine Servomotorstufe haben

EMI steht für elektromagnetische Interferenz. Es handelt sich um unerwünschte elektrische Störungen. Diese können sich über Kabel oder die Luft ausbreiten. Gelangen sie in den Anwendungsbereich, beeinträchtigen sie Laufwerke, Encoder, Kameras oder Sensoren.

Das Ergebnis?Störungen durch BewegungssteuerungDer Tisch bewegt sich nicht exakt an die gewünschte Position. Manchmal ist es nur ein kleiner Fehler, manchmal ein großer. Bei der optischen Justierung hat selbst ein winziger Fehler erhebliche Auswirkungen.

Wir haben im Labor einen Standardtisch mit einer Wiederholgenauigkeit von 2 µm gesehen. In der Serienfertigung sank diese auf 15 µm. Derselbe Tisch, dieselbe Mechanik. Der einzige Unterschied waren elektromagnetische Störungen durch benachbarte Geräte.

Woher kommen elektromagnetische Störungen in motorisierten Bühnen?

Elektromagnetische Störungen in motorisierten StufenStammt üblicherweise aus vier Quellen. Schauen wir uns diese genauer an.

Das Laufwerk ist meist der Hauptverdächtige.

Die meisten Servoantriebe nutzen Pulsweitenmodulation (PWM). Das bedeutet, sie schalten die Stromzufuhr sehr schnell ein und aus. Wir sprechen hier von 10 kHz bis 100 kHz oder mehr. Dieses schnelle Schalten erzeugt hochfrequentes Rauschen. Es ist die Hauptquelle elektromagnetischer Störungen (EMI) in den meisten Systemen.

Kabel und Erdung: Die üblichen Verdächtigen

Strom- und Signalkabel dürfen niemals zusammen verlegt werden. Andernfalls werden Störungen vom einen auf das andere übertragen. Wir haben beispielsweise ein drei Meter langes, ungeschirmtes Encoderkabel neben einem 220-V-Stromkabel gesehen. Allein durch die Kabelführung entstand dadurch ein zusätzlicher Fehler von 10 µm.

Eine mangelhafte Erdung ist ein weiterer wichtiger Faktor. Eine Masseschleife wirkt wie eine Antenne. Sie fängt Störungen auf und leitet sie direkt an den Encoder oder die Kamera weiter.

Encoder und Kameras sind die Opfer.

Encoder senden Niederspannungssignale. Sie sind störanfällig. Ist das Encoderkabel nicht abgeschirmt, können Störungen die Impulse verändern. Der Antrieb geht dann fälschlicherweise davon aus, dass sich der Positionsträger an einer anderen Stelle befindet.

Auch Kameras sind empfindlich. Elektromagnetische Störungen (EMI) äußern sich als Linien, Rauschen oder Streifen im Bild. Die Software erkennt die falsche Kante. Sie berechnet den falschen Versatz. Der Tisch fährt an die falsche Position.

Andere Quellen, an die Sie vielleicht nicht denken

Schweißgeräte, Pumpen, Laser und sogar Leuchtstoffröhren können elektromagnetische Störungen (EMI) erzeugen. Wir hatten einmal einen Kunden, dessen Bühne jedes Mal ausfiel, wenn ein Schweißgerät in der Nähe eingeschaltet wurde. Die Bühne selbst war in Ordnung. Die Umgebung war das Problem.

Warum die automatische optische Ausrichtung so empfindlich ist

Elektromagnetische Störungen in motorisierten Positioniertischen für automatisierte optische Ausrichtungsplattformenist ein häufiges und kostspieliges Problem. Hier ist der Grund dafür.

Die optische Ausrichtung ist ein geschlossener Regelkreis. Die Kamera erfasst eine Markierung. Die Software berechnet den Versatz. Der Positioniertisch korrigiert diesen. Anschließend überprüft die Kamera erneut. Stört elektromagnetische Interferenzen (EMI) das Kamerasignal, ist das Bild unscharf. Stört EMI das Encodersignal, wird der Antrieb gestört. Der Regelkreis stabilisiert sich nicht.

In vielen Fabriken liegt die Zielgenauigkeit bei 1 µm bis 5 µm. Elektromagnetische Störungen können jedoch leicht zu Abweichungen von 10 µm bis 50 µm führen. Das ist der entscheidende Unterschied zwischen Bestehen und Nichtbestehen.

Wie lassen sich Störungen der Bewegungssteuerung in Servomotor-Positioniersystemen für automatisierte optische Ausrichtungsplattformen reduzieren?

Das ist die große Frage.Wie lassen sich Störungen der Bewegungssteuerung in Servomotor-Positioniersystemen für automatisierte optische Ausrichtungsplattformen reduzieren?Die Lösung ist kein einzelner Zaubertrick. Es ist ein systematischer Ansatz.

Hier sind 8 Dinge, die wir in realen Projekten tun.

1. Verwenden Sie geschirmte, verdrillte Adernpaare.

Schirmung blockiert elektrische Felder. Verdrillung eliminiert Magnetfelder. Verwenden Sie für Encoder geschirmte, verdrillte Adernpaare. Verwenden Sie für die Motorstromversorgung geschirmte Kabel. Schließen Sie die Schirmung an beiden Enden an, um hochfrequente Störungen zu vermeiden. Bei niederfrequenten Störungen testen Sie zunächst nur ein Ende. Überprüfen Sie anschließend beide Enden.

Eine gute Abschirmung kann das Rauschen um 20 bis 40 dB reduzieren. Das entspricht einer 10- bis 100-fach geringeren Störspannung.

2. Strom- und Signalleitungen getrennt halten

Halten Sie Stromkabel mindestens 20 cm von Signalkabeln entfernt. Falls sie sich kreuzen müssen, achten Sie auf einen 90-Grad-Winkel. Verlegen Sie sie niemals über längere Strecken parallel. Diese einfache Regel kann die Lebensdauer von Signalkabeln deutlich verkürzen.Störungen durch Bewegungssteuerungum die Hälfte oder mehr.

3. Erdung reparieren

Verwenden Sie für analoge Signale eine einzelne Masse. Verwenden Sie für hochfrequentes Rauschen eine Massefläche. Halten Sie die Masseleitungen kurz und dick. Vermeiden Sie Reihenschaltungen. Eine schlechte Masse kann elektromagnetische Störungen verschlimmern, anstatt sie zu verringern.

4. EMI-Filter und Ferritkerne hinzufügen

Installieren Sie einen EMV-Filter am Wechselstromeingang des Umrichters. Bringen Sie Ferritkerne an den Motor- und Encoderkabeln an. Ein Ferritkern kann die Impedanz bei hohen Frequenzen um 10 bis 30 dB erhöhen. Dadurch wird die Ausbreitung von Störungen entlang des Kabels verhindert.

5. Wählen Sie Antriebe und Motoren mit geringer elektromagnetischer Störung (EMI).

Nicht alle Antriebe sind gleich. Manche verfügen über sanftes Schalten, andere über integrierte Filter. Manche Motoren haben eine bessere Wicklungskonstruktion. Fragen Sie nach EMV-Testdaten. Ein Antrieb mit geringer EMV ist empfehlenswert.ServomotorstufeEs mag 10 bis 20 % mehr kosten. Aber es kann 50 % der Fehlersuchezeit einsparen.

6. Verbesserung des Encoder-Feedbacks

Verwenden Sie Differenzial- statt Single-Ended-Encoder. Differenzsignale unterdrücken Gleichtaktstörungen. In starken Magnetfeldern sind optische Encoder erforderlich. In Umgebungen mit viel Schmutz sind magnetische Encoder einzusetzen. Wählen Sie den Encoder passend zur jeweiligen Anwendung.

7. Vor dem Reparieren messen.

Was man nicht messen kann, kann man nicht reparieren. Untersuchen Sie die Encodersignale mit einem Oszilloskop. Verwenden Sie einen EMI-Empfänger, um abgestrahlte Störungen zu lokalisieren. Prüfen Sie die Umgebung von Kamera, Encoder und Antrieb. Notieren Sie den Störpegel vor und nach jeder Reparatur.

8. Softwarefilter nur im äußersten Notfall verwenden

Manchmal reicht die Hardware allein nicht aus. Sie können einen Notchfilter im Laufwerk nachrüsten. Sie können einen Tiefpassfilter in der Kamerasoftware hinzufügen. Sie können mehrere Messwerte mitteln. Diese Methoden beseitigen zwar keine elektromagnetischen Störungen, reduzieren aber deren Auswirkungen.

Tabelle 1 zeigt, welche Art von Verbesserung Sie erwarten können.

Servomotortisch mit geringer elektromagnetischer Störung im Vergleich zu einem Standard-Servomotortisch für die automatisierte optische Ausrichtung

Beim Kauf einer Vorstufe haben Sie die Wahl. Sie können eine Standardstufe kaufen. Oder Sie können eine Vorstufe mit geringer elektromagnetischer Störung (EMI) kaufen.Servomotortisch mit geringer elektromagnetischer Störung im Vergleich zu einem Standard-Servomotortisch für die automatisierte optische AusrichtungEin Vergleich ist wichtig. Er beeinflusst Preis, Lieferzeit und Leistung.

Hier ist der Vergleich.

Für einfache Aufgaben ist ein Standard-Positioniertisch ausreichend. Bei einer Positioniergenauigkeit von 50 µm zwischen Punkt A und Punkt B spielt elektromagnetische Interferenz (EMI) möglicherweise keine Rolle. Bei der Ausrichtung optischer Komponenten mit einer Genauigkeit von 1 µm kann ein Standard-Positioniertisch jedoch an seine Grenzen stoßen.

Eine Stufe mit geringer elektromagnetischer Verträglichkeit (EMI) ist zwar teurer, reduziert aber das Risiko, spart Entwicklungszeit und verbessert die Ausbeute. In vielen Projekten amortisieren sich die Mehrkosten innerhalb weniger Wochen.

Eine einfache Auswahlliste

Wie wählt man das Richtige aus?ServomotorstufeNutzen Sie diese Checkliste.

Schritt 1: Definieren Sie Ihre EMV-Umgebung.Notieren Sie die in der Nähe befindlichen Geräte. Schweißgeräte, Pumpen, Laser und Antriebe sind starke Lärmquellen. Überprüfen Sie den Abstand. Überprüfen Sie die Frequenz.

Schritt 2: Überprüfen Sie die Wiederholbarkeit, nicht nur die Auflösung.Ein Positioniertisch kann eine Auflösung von 0,1 µm aufweisen. Bei einer Wiederholgenauigkeit von 5 µm kann er jedoch keine 1-µm-Ausrichtung halten. Fordern Sie Testdaten unter elektromagnetischen Störungen an.

Schritt 3: Fragen Sie nach Abschirmung und Erdung.Sind die Kabel geschirmt? Wie ist die Schirmung angeschlossen? Gibt es eine Massefläche? Können Sie einen Erdungsplan bereitstellen?

Schritt 4: Kabel- und Steckerdesign überprüfen.Metallverbinder sind besser als Kunststoffverbinder. Sie bieten eine Abschirmung. Achten Sie auf den Biegeradius des Kabels. Eine zu enge Biegung kann die Abschirmung beschädigen.

Schritt 5: EMV-Testdaten anfordern.Fragen Sie nach Daten zu abgestrahlten und leitungsgebundenen Störaussendungen. Fragen Sie nach Daten zum Störfestigkeitstest. Wenn der Lieferant diese nicht bereitstellen kann, seien Sie vorsichtig.

Schritt 6: Berücksichtigen Sie die Gesamtkosten.Vergleichen Sie nicht nur den Preis der einzelnen Phasen. Berücksichtigen Sie auch den Entwicklungsaufwand, die Fehlersuche, Ausfallzeiten und Ertragsverluste.

Echte Fälle aus unserer Werkstatt

Wir haben gesehenElektromagnetische Störungen in motorisierten Stufenin vielen Branchen. Hier sind vier Beispiele aus der Praxis.

Fallbeispiel 1: Inspektion von Halbleiterwafern.Ein Kunde verwendete einen StandardServomotorstufeDie Kamera erfasste ein Rauschen von 5 µm. Die Wiederholgenauigkeit des Messtisches betrug 3 µm. Nach dem Hinzufügen abgeschirmter Kabel und eines Ferritkerns sank das Rauschen auf 1 µm. Die Ausbeute verbesserte sich um 8 %.

Fall 2: Reparatur des Displaypanels.Ein Display-Reparatursystem wies alle 20–30 Zyklen sporadische Ansteuerungsfehler auf. Die Ursache war eine Masseschleife zwischen dem Bühnentisch und dem Laser. Durch eine Erdung an einem einzigen Punkt und einen Trenntransformator konnte das Problem behoben werden. Die Fehler traten anschließend vollständig auf.

Fall 3: Scannen medizinischer Objektträger.Ein medizinischer Scanner benötigte eine gleichmäßige Bewegung. Der Tisch vibrierte mit 100 Hz. Die Ursache waren PWM-Rauschen des Treibers. Ein Tiefpassfilter und ein EMV-armer Treiber reduzierten die Vibrationen um 90 %.

Fall 4: Laserausrichtung.Eine Laser-Ausrichtplattform wies einen Positionsfehler von 10 µm auf. Das Encoderkabel war ungeschirmt und verlief drei Meter lang neben einem 220-V-Stromkabel. Nach der Trennung der Kabel und der Verwendung eines geschirmten Encoderkabels sank der Fehler auf 1,5 µm.

Häufig gestellte Fragen

Wie lassen sich Störungen der Bewegungssteuerung in Servomotor-Positioniersystemen für automatisierte optische Ausrichtungsplattformen reduzieren?
Verwenden Sie abgeschirmte Kabel. Trennen Sie Strom- und Signalleitungen. Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Erdung. Fügen Sie Filter und Ferritkerne hinzu. Wählen Sie eine EMV-arme Stufe. Testen Sie mit einem Oszilloskop. Diese Maßnahmen reduzieren die Störaussendung.Störungen durch Bewegungssteuerungin den meisten Fällen um 80 bis 95 %.

Was ist die größte Quelle elektromagnetischer Störungen in einer Servomotorstufe?
Der PWM-Servoregler ist die größte Fehlerquelle. An zweiter Stelle folgen die Motorkabel. Masseschleifen stehen an dritter Stelle.

Kann ich die elektromagnetischen Störungen beheben, ohne die Bühne zu verändern?
Ja. Man kann Filter, Ferritkerne und abgeschirmte Kabel hinzufügen. Man kann die Erdung verbessern. Aber bei einem mangelhaften Bühnenaufbau erzielt man möglicherweise nur eine teilweise Verbesserung.

Was kostet eine Servomotorstufe mit geringer elektromagnetischer Störung?
Eine EMV-arme Stufe kostet 10 % bis 30 % mehr als eine Standardstufe. Der genaue Preis hängt von Hubweg, Last und Genauigkeit ab.

Benötige ich eine EMI-arme Stufe für einen Reinraum?
Reinräume eliminieren keine elektromagnetischen Störungen. Reinraumgeräte sind jedoch oft empfindlich. Eine Stufe mit geringer elektromagnetischer Störung ist daher eine gute Wahl für die optische Justierung im Reinraum.

Wie messe ich elektromagnetische Störungen?
Verwenden Sie ein Oszilloskop zur Messung des Signalrauschens. Verwenden Sie einen EMI-Empfänger zur Messung des abgestrahlten Rauschens. Testen Sie an Kamera, Encoder und Laufwerk. Vergleichen Sie die Ergebnisse vor und nach jeder Korrektur.

Warum Sie mit uns zusammenarbeiten sollten

Wir sind seit über neun Jahren in dieser Branche tätig. Wir fertigen manuelle und motorisierte Positioniersysteme sowie automatisierte Justierplattformen. Unser Fokus liegt auf Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb. Wir kennen uns mit elektromagnetischen Störungen (EMV) bestens aus, da wir täglich Tests durchführen.

UnserServomotorstufeZu den Optionen gehören:

Kabelsets mit geringer elektromagnetischer Verunreinigung.

Geschirmte Encoderkabel.

Eingebaute EMI-Filter.

Differenzialgeber.

Kundenspezifische Erdungskonstruktion.

EMV-Testdaten auf Anfrage.

Wir verkaufen Ihnen nicht nur eine Bühne. Wir helfen Ihnen, Ihr gesamtes Bewegungsproblem zu lösen. Wenn Sie Probleme mit elektromagnetischen Störungen (EMI) haben, senden Sie uns Ihre Anlage. Wir überprüfen Ihre Kabel, Erdung und Ansteuereinstellungen. Wir empfehlen Ihnen eine Bühne mit geringer EMI-Empfindlichkeit, die zu Ihrem Budget passt.

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