Sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) ratkaiseminen servomoottorivaiheissa

Olemme rakentaneet manuaalisia ja moottoroituja näyttämöitä yli 9 vuoden ajan. Valmistamme myös automaattisia kohdistusalustoja. Joten olemme nähneet paljon sähkömagneettisia häiriöitä (EMI). Jotkut ovat helppoja. Jotkut saavat sinut haluamaan repiä hiuksiasi päästäsi.

Jos työskentelet optisen kohdistuksen parissa, tiedät tunteen. Lava liikkuu. Kamera näyttää. Kuvassa on kohinaa. Sijainti on muutaman mikronin pielessä. Tarkistat mekaniikan. Kaikki on tiukasti kiinni. Sitten huomaat, että ongelma ei ole mekaaninen. Se on sähköistä kohinaa.

Tämä opas on tarkoitettu ostajille, insinööreille ja kaikille, jotka tarvitsevatservomoottorivaihejoka oikeasti toimii oikeassa tehtaassa. Ei hölynpölyä. Vain käytännön juttuja, joita olemme oppineet oikeista projekteista.

Mitä EMI tekee servomoottorivaiheelle

EMI on lyhenne sanoista sähkömagneettinen häiriö. Se on ei-toivottua sähköistä kohinaa. Se voi kulkeutua kaapeleita pitkin tai ilmassa. Kun se pääsee lavalle, se häiritsee asemaa, enkooderia, kameraa tai antureita.

Tulos?Liikeohjauksen häiriötObjektiivi ei liiku täsmälleen käskettyyn paikkaan. Joskus kyseessä on pieni virhe. Joskus se on iso. Optisessa kohdistuksessa pienikin virhe on iso juttu.

Olemme nähneet laboratoriossa standardipöydän, jonka toistettavuus on 2 µm. Tuotantolinjalla se putosi 15 µm:iin. Sama pöytä. Sama mekaniikka. Ainoa ero oli lähellä olevien laitteiden sähkömagneettinen häiriö.

Mistä sähkömagneettiset häiriöt tulevat moottoroiduissa vaiheissa

EMI moottoroiduissa vaiheissatulee yleensä neljästä paikasta. Puretaanpa ne osiin.

Ajoneuvo on yleensä pääepäilty

Useimmat servomoottorit käyttävät PWM-tekniikkaa. Tämä tarkoittaa, että ne kytkevät virran päälle ja pois erittäin nopeasti. Puhumme 10 kHz:stä 100 kHz:iin tai enemmän. Tämä nopea kytkentä aiheuttaa korkeataajuista kohinaa. Se on suurin sähkömagneettisen häiriön lähde useimmissa järjestelmissä.

Kaapelit ja maadoitus: Tavalliset epäillyt

Virta- ja signaalikaapeleita ei tulisi koskaan vetää yhdessä. Jos ne kulkevat yhdessä, kohina siirtyy kaapeleiden välillä. Olemme nähneet kolmen metrin pituisen suojaamattoman enkooderikaapelin 220 V:n virtakaapelin vieressä. Se lisäsi 10 µm virhettä. Pelkästään kaapelien reitityksen vuoksi.

Huono maadoitus on toinen suuri ongelma. Maadoitussilmukka toimii kuin antenni. Se poimii kohinaa ja lähettää sen suoraan enkooderiin tai kameraan.

Enkooderit ja kamerat ovat uhreja

Enkooderit lähettävät matalajännitteisiä signaaleja. Niitä on helppo häiritä. Jos enkooderin kaapeli ei ole suojattu, kohina voi muuttaa pulsseja. Taajuusmuuttaja luulee silloin, että vaihe on jossain muualla.

Kamerat ovat myös herkkiä. Sähkömagneettiset häiriöt näkyvät kuvassa viivoina, lumena tai vierivinä palkkeina. Ohjelmisto näkee väärän reunan. Se laskee väärän siirtymän. Lava siirtyy väärään paikkaan.

Muita lähteitä, joita et ehkä tule ajatelleeksi

Hitsauslaitteet, pumput, laserit ja jopa loisteputket voivat aiheuttaa sähkömagneettisia häiriöitä. Meillä oli kerran asiakas, jonka pöytälaite vikaantui aina, kun lähellä oleva hitsauslaite käynnistyi. Pöytälaite oli kunnossa. Ongelmana oli ympäristö.

Miksi automaattinen optinen kohdistus on niin herkkä

EMI moottoroiduissa vaiheissa automatisoiduissa optisissa kohdistusalustoissaon yleinen ja kallis ongelma. Tässä syy.

Optinen kohdistus on suljetun silmukan prosessi. Kamera tarkastelee merkkiä. Ohjelmisto laskee siirtymän. Alusta liikkuu korjatakseen sen. Sitten kamera tarkistaa uudelleen. Jos kamerasignaaliin tulee sähkömagneettista häiriötä, kuva ei ole selkeä. Jos sähkömagneettista häiriötä tulee enkooderin signaaliin, käyttölaite sekoaa. Silmukka ei koskaan tasaannu.

Monissa tehtaissa tavoite on 1–5 µm. Sähkömagneettinen häiriö voi helposti lisätä 10–50 µm virhettä. Se on ero läpäisyn ja hylkäämisen välillä.

Kuinka vähentää liikkeenohjauksen häiriöitä servomoottorivaiheissa automatisoiduissa optisissa kohdistusalustoissa?

Tämä on se suuri kysymys.Kuinka vähentää liikkeenohjauksen häiriöitä servomoottorivaiheissa automatisoiduissa optisissa kohdistusalustoissa?Vastaus ei ole yksi taikatemppu. Se on järjestelmällinen lähestymistapa.

Tässä on 8 asiaa, joita teemme oikeissa projekteissa.

1. Käytä suojattuja kierrettyjä parikaapeleita

Suojaus estää sähkökenttien vaikutuksen. Kiertäminen kumoaa magneettikentät. Käytä suojattua kierrettyä parikaapelia antureissa. Käytä suojattuja kaapeleita moottorin virransyöttöön. Kytke suojaus molemmista päistä korkeataajuisen kohinan varalta. Matalataajuisen kohinan varalta kokeile toista päätä. Testaa molemmat.

Hyvä suoja voi vähentää kohinaa 20–40 dB. Se on 10–100 kertaa pienempi kohinajännite.

2. Pidä virta- ja signaalijohdot erillään

Pidä virtajohdot vähintään 20 cm:n etäisyydellä signaalikaapeleista. Jos ne on pakko risteää, tee se 90 asteen kulmassa. Älä koskaan vedä niitä pitkiä matkoja rinnakkain. Tämä yksinkertainen sääntö voi vähentääliikkeenohjauksen häiriötpuoleen tai enemmän.

3. Korjaa maadoitus

Käytä analogisille signaaleille yhden pisteen maadoitusta. Käytä maatasoa korkeataajuiselle kohinalle. Pidä maadoitusjohdot lyhyinä ja paksuina. Vältä ketjuttamista. Huono maadoitus voi pahentaa sähkömagneettisia häiriöitä, ei parantaa niitä.

4. Lisää EMI-suodattimet ja ferriittisydämet

Asenna EMI-suodatin taajuusmuuttajan AC-tuloon. Lisää ferriittisydämet moottori- ja enkooderikaapeleihin. Ferriittisydän voi lisätä impedanssia 10–30 dB korkealla taajuudella. Se estää kohinan kulkeutumisen kaapelia pitkin.

5. Valitse matalan EMI-arvon omaavia taajuusmuuttajia ja moottoreita

Kaikki taajuusmuuttajat eivät ole samanlaisia. Joissakin on pehmeä kytkentä. Joissakin on sisäänrakennetut suodattimet. Joillakin moottoreilla on parempi käämitysrakenne. Pyydä EMI-testitietoja. Matala-EMI-arvoinenservomoottorivaihevoi maksaa 10–20 % enemmän. Mutta se voi säästää 50 % virheenkorjausajasta.

6. Paranna enkooderin palautetta

Käytä differentiaalienkoodereita yksipäisten sijaan. Differentiaalisignaalit hylkivät yhteismuotoisen kohinan. Käytä optisia enkoodereita voimakkaissa magneettikentissä. Käytä magneettisia enkoodereita likaisissa ympäristöissä. Sovita enkooderi työhön.

7. Mittaa ennen korjaamista

Et voi korjata sitä, mitä et voi mitata. Käytä oskilloskooppia tutkiaksesi enkooderin signaaleja. Käytä EMI-vastaanotinta löytääksesi säteilevän kohinan. Tarkista kameran, enkooderin ja taajuusmuuttajan läheltä. Kirjaa kohinataso ennen jokaista korjausta ja sen jälkeen.

8. Käytä ohjelmistosuodattimia viimeisenä keinona

Joskus laitteisto ei riitä. Voit lisätä asemaan lovisuodattimen. Voit lisätä kameran ohjelmistoon alipäästösuodattimen. Voit laskea useiden lukemien keskiarvon. Nämä menetelmät eivät poista sähkömagneettista häiriötä, mutta ne vähentävät sen vaikutusta.

Taulukko 1 näyttää, millaista parannusta voit odottaa.

Matala EMI-servomoottorivaihe vs. standardiservomoottorivaihe automaattiseen optiseen kohdistukseen

Kun ostat lavan, sinulla on valinnanvaraa. Voit ostaa vakiolavan. Tai voit ostaa matalan EMI-arvon omaavan lavan.Matala EMI-servomoottorivaihe vs. standardiservomoottorivaihe automaattiseen optiseen kohdistukseenVertailu on tärkeää. Se vaikuttaa hintaan, läpimenoaikaan ja suorituskykyyn.

Näin ne vertautuvat.

Vakiopöytä sopii yksinkertaisiin tehtäviin. Jos siirrytään pisteestä A pisteeseen B 50 µm:n tarkkuudella, sähkömagneettisilla häiriöillä ei välttämättä ole merkitystä. Mutta jos optiset komponentit kohdistetaan 1 µm:n tarkkuudella, vakiopöytä saattaa pettää.

Alhaisen EMI-arvon omaava vaihe maksaa enemmän. Mutta se vähentää riskiä. Se säästää suunnitteluaikaa. Se parantaa tuottoa. Monissa projekteissa lisäkustannukset maksavat itsensä takaisin viikoissa.

Yksinkertainen valintalista

Miten valitset oikeanservomoottorivaiheKäytä tätä tarkistuslistaa.

Vaihe 1: Määrittele sähkömagneettisten häiriöiden ympäristösi.Listaa lähellä olevat laitteet. Hitsauslaitteet, pumput, laserit ja käyttölaitteet ovat voimakkaita melulähteitä. Tarkista etäisyys. Tarkista taajuus.

Vaihe 2: Tarkista toistettavuus, älä pelkästään resoluutiota.Pöydän resoluutio voi olla 0,1 µm. Mutta jos toistettavuus on 5 µm, se ei voi säilyttää 1 µm:n kohdistusta. Pyydä testidataa EMI-kohdasta.

Vaihe 3: Kysy suojauksesta ja maadoituksesta.Ovatko kaapelit suojattuja? Miten suojaus on kytketty? Onko maadoitustaso? Voitko toimittaa maadoituskaavion?

Vaihe 4: Tarkista kaapelin ja liittimen suunnittelu.Metalliliittimet ovat parempia kuin muoviliittimet. Ne tarjoavat suojauksen. Tarkista kaapelin taivutussäde. Liian tiukka taivutus voi rikkoa suojauksen.

Vaihe 5: Pyydä EMI-testitietoja.Pyydä tietoja säteilevistä ja johtuneista päästöistä. Pyydä tietoja häiriönsietotestien suorittamisesta. Jos toimittaja ei pysty toimittamaan niitä, ole varovainen.

Vaihe 6: Harkitse kokonaiskustannuksia.Älä vertaile pelkästään vaiheen hintaa. Ota huomioon suunnitteluaika, virheenkorjausaika, seisokkiaika ja tuottohävikki.

Todellisia tapauksia tehtaaltamme

Olemme nähneetEMI moottoroiduissa vaiheissamonilla toimialoilla. Tässä on neljä todellista tapausta.

Tapaus 1: Puolijohdekiekkojen tarkastus.Asiakas käytti standardiaservomoottorivaiheKamera havaitsi 5 µm:n kohinaa. Pöydän toistettavuus oli 3 µm. Suojattujen kaapeleiden ja ferriittisydämen lisäämisen jälkeen kohina laski 1 µm:iin. Saanto parani 8 %.

Tapaus 2: Näyttöpaneelin korjaus.Näytön korjausjärjestelmässä ilmeni satunnaisia ​​​​käyttövikoja 20–30 jakson välein. Syynä oli maadoitussilmukka alustan ja laserin välillä. Yhden pisteen maadoitus ja erotusmuuntaja korjasivat sen. Viat loppuivat kokonaan.

Tapaus 3: Lääketieteellisten objektilasien skannaus.Lääketieteellinen skanneri tarvitsi tasaisen liikkeen. Pöytä värähteli 100 Hz:n taajuudella. Syynä oli taajuusmuuttajan PWM-kohina. Alipäästösuodin ja matala-EMI-taajuusmuuttaja vähensivät tärinää 90 %.

Tapaus 4: Laserkohdistus.Laserkohdistusalustalla oli 10 µm:n sijaintivirhe. Enkooderin kaapeli oli suojaamaton. Se kulki 220 V:n virtakaapelin vieressä 3 metrin matkan. Kaapelien erottamisen ja suojatun enkooderikaapelin käytön jälkeen virhe laski 1,5 µm:iin.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka vähentää liikkeenohjauksen häiriöitä servomoottorivaiheissa automatisoiduissa optisissa kohdistusalustoissa?
Käytä suojattuja kaapeleita. Erota virta ja signaali. Maadoita oikein. Lisää suodattimia ja ferriittejä. Valitse matala-EMI-vaihe. Testaa oskilloskoopilla. Nämä vaiheet vähentävätliikkeenohjauksen häiriötuseimmissa tapauksissa 80–95 prosenttia.

Mikä on servomoottorivaiheen suurin sähkömagneettisen häiriön (EMI) lähde?
PWM-servomoottori on suurin lähde. Moottorikaapelit ovat toisella sijalla. Maadoitussilmukat ovat kolmantena.

Voinko korjata sähkömagneettisen häiriön vaihtamatta vaihetta?
Kyllä. Voit lisätä suodattimia, ferriittejä ja suojattuja kaapeleita. Voit parantaa maadoitusta. Mutta jos lavan suunnittelu on huono, saatat saada vain osittaisen parannuksen.

Paljonko matalan EMI:n servomoottorivaihe maksaa?
Matalan EMI:n porras maksaa 10–30 % enemmän kuin tavallinen porras. Tarkka hinta riippuu matkasta, kuormituksesta ja tarkkuudesta.

Tarvitsenko puhdastilaan matalan EMI-arvon omaavan vaiheen?
Puhdastila ei poista sähkömagneettisia häiriöitä (EMI). Mutta puhdastilan laitteet ovat usein herkkiä. Matalan EMI:n asteikko on hyvä valinta puhdastilan optiseen kohdistukseen.

Miten testaan ​​sähkömagneettista häiriötä (EMI)?
Käytä oskilloskooppia signaalikohinan mittaamiseen. Käytä EMI-vastaanotinta säteilevän kohinan mittaamiseen. Testaa kameran, enkooderin ja taajuusmuuttajan osalta. Vertaa ennen ja jälkeen kunkin korjauksen.

Miksi työskennellä kanssamme

Olemme toimineet tällä alalla yli 9 vuotta. Valmistamme manuaalisia ja moottoroituja lava-asemia. Valmistamme myös automatisoituja linjausalustoja. Keskitymme tutkimukseen ja kehitykseen, tuotantoon ja myyntiin. Ymmärrämme sähkömagneettiset häiriöt (EMI), koska testaamme niitä joka päivä.

Meidänservomoottorivaihevaihtoehtoihin kuuluvat:

Matala EMI-kaapelisarjat.

Suojatut enkooderikaapelit.

Sisäänrakennetut EMI-suodattimet.

Differentiaalikooderit.

Räätälöity maadoitussuunnittelu.

EMI-testitiedot pyynnöstä.

Emme myy vain lavaa. Autamme sinua ratkaisemaan koko liikeongelman. Jos sinulla on EMI-ongelma, lähetä meille kokoonpanosi. Voimme tarkistaa kaapelisi, maadoituksesi ja käyttöasetukset. Voimme suositella budjettiisi sopivaa matalan EMI-arvon lavaa.

Keskustellaan sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) ongelmastasi

Oletko rakentamassa automaattista optista kohdistusalustaa? Oletko kyllästynytliikkeenohjauksen häiriötTarvitsetkoservomoottorivaihejoka toimii meluisassa tehtaassa?

Ota meihin yhteyttä jo tänään. Kerro meille tarkkuustavoitteesi, toimintasäde, kuorma ja ympäristö. Annamme sinulle selkeän suosituksen. Jaamme myös testidataa ja valintaneuvoja. Vähennetään sähkömagneettisia häiriöitä ja parannetaan tuottoa.

Lähetä meille sähköpostia nyt. Pyydä nopea tarjous. Ratkaise sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) ongelmasi oikeaa tuotantoa varten rakennetulla lavalla.