Вирішення проблем електромагнітних перешкод (EMI) у каскадах серводвигунів

Ми будуємо ручні та моторизовані сцени вже понад 9 років. Ми також виготовляємо автоматизовані платформи для вирівнювання. Тож ми стикалися з багатьма проблемами електромагнітних перешкод. Деякі з них прості. Деякі змушують вас рвати на собі волосся.

Якщо ви працюєте з оптичним вирівнюванням, ви знаєте це відчуття. Сцена рухається. Камера дивиться. Зображення шумне. Позиція зміщена на кілька мікронів. Ви перевіряєте механіку. Все щільно прилягає. Потім ви розумієте, що проблема не механічна. Це електричний шум.

Цей посібник призначений для покупців, інженерів та всіх, кому потрібенкаскад серводвигунащо насправді працює на справжньому заводі. Ніяких зайвих речей. Тільки практичні речі, яких ми навчилися на реальних проектах.

Як електромагнітні перешкоди впливають на каскад серводвигуна

EMI розшифровується як електромагнітні перешкоди. Це небажаний електричний шум. Він може поширюватися по кабелях або по повітрю. Коли він потрапляє на вашу сцену, він порушує роботу приводу, кодера, камери або датчиків.

Результат?Перешкоди керування рухомСтолик рухається не зовсім туди, куди ви йому сказали. Іноді це крихітна помилка. Іноді вона велика. В оптичному вирівнюванні навіть крихітна помилка має велике значення.

У лабораторії ми бачили стандартний столик із повторюваністю 2 мкм. На виробничій лінії він знизився до 15 мкм. Той самий столик. Та сама механіка. Єдина відмінність – це електромагнітні перешкоди від сусіднього обладнання.

Звідки береться електромагнітна перешкода в моторизованих сценах

Електромагнітні перешкоди в моторизованих каскадахзазвичай походить з чотирьох місць. Давайте розглянемо їх.

Привід зазвичай є головним підозрюваним

Більшість сервоприводів використовують ШІМ. Це означає, що вони дуже швидко вмикають і вимикають живлення. Йдеться про частоту від 10 кГц до 100 кГц або більше. Таке швидке перемикання створює високочастотний шум. Це найбільше джерело електромагнітних перешкод у більшості систем.

Кабелі та заземлення: звичайні підозрювані

Силові та сигнальні кабелі ніколи не повинні прокладатися разом. Якщо це станеться, шум перескакує з одного на інший. Ми бачили 3-метровий відрізок неекранованого кабелю енкодера поруч із кабелем живлення 220 В. Це додало похибку 10 мкм. Тільки через прокладання кабелю.

Погане заземлення – ще одна серйозна проблема. Заземлювальний контур діє як антена. Він вловлює шум і надсилає його безпосередньо на ваш кодер або камеру.

Енкодерів та камер – жертви

Енкодери подають низьковольтні сигнали. Їх легко зруйнувати. Якщо кабель енкодера не екранований, шум може змінити імпульси. Тоді привід вважає, що каскад знаходиться там, де його немає.

Камери також чутливі. Електромагнітні перешкоди відображаються у вигляді ліній, снігу або смуг, що котяться, на зображенні. Програмне забезпечення бачить неправильний край. Воно обчислює неправильне зміщення. Столик переміщується не в те місце.

Інші джерела, про які ви могли не думати

Зварювальні апарати, насоси, лазери та навіть люмінесцентні лампи можуть створювати електромагнітні перешкоди. Одного разу у нас був клієнт, у якого рампа виходила з ладу щоразу, коли вмикався зварювальний апарат поруч. Рама була справною. Проблемою було навколишнє середовище.

Чому автоматизоване оптичне вирівнювання таке чутливе

Електромагнітні перешкоди в моторизованих платформах для автоматизованих платформ оптичного вирівнюванняє поширеною та дорогою проблемою. Ось чому.

Оптичне вирівнювання – це процес із замкнутим циклом. Камера дивиться на мітку. Програмне забезпечення обчислює зміщення. Столик переміщується, щоб виправити його. Потім камера перевіряє ще раз. Якщо в сигнал камери потрапляють електромагнітні перешкоди, зображення нечітке. Якщо в сигнал енкодера потрапляють електромагнітні перешкоди, привід плутається. Цикл ніколи не стабілізується.

На багатьох заводах цільовим значенням є від 1 мкм до 5 мкм. Електромагнітні перешкоди можуть легко додати похибку від 10 мкм до 50 мкм. Це різниця між проходженням випробування та невідповідністю.

Як зменшити перешкоди керування рухом у каскадах серводвигунів для автоматизованих платформ оптичного вирівнювання?

Це головне питання.Як зменшити перешкоди керування рухом у каскадах серводвигунів для автоматизованих платформ оптичного вирівнювання?Відповідь не в одній чарівній деталі. Це системний підхід.

Ось 8 речей, які ми робимо в реальних проєктах.

1. Використовуйте екрановані виті пари

Екранування блокує електричні поля. Скручування скасовує магнітні поля. Використовуйте екрановану виту пару для енкодерів. Використовуйте екрановані кабелі для живлення двигуна. Підключіть екран з обох кінців для усунення високочастотного шуму. Для низькочастотного шуму спробуйте один кінець. Перевірте обидва.

Гарний екран може зменшити шум на 20–40 дБ. Це в 10–100 разів менше шумової напруги.

2. Тримайте дроти живлення та сигналу окремо

Тримайте силові кабелі на відстані щонайменше 20 см від сигнальних кабелів. Якщо вони мають перетинатися, перетинайте їх під кутом 90 градусів. Ніколи не прокладайте їх паралельно на великі відстані. Це просте правило може зменшитиперешкоди в управлінні рухомнаполовину або більше.

3. Виправте заземлення

Використовуйте одноточкове заземлення для аналогових сигналів. Використовуйте заземлювальну площину для високочастотного шуму. Заземлювальні дроти повинні бути короткими та товстими. Уникайте ланцюжкового з'єднання. Погане заземлення може погіршити електромагнітні перешкоди, а не покращити їх.

4. Додайте фільтри електромагнітних перешкод та феритові осердя

Встановіть фільтр електромагнітних перешкод на вхід змінного струму приводу. Додайте феритові осердя на кабелях двигуна та енкодера. Феритове осердя може додати від 10 до 30 дБ імпедансу на високій частоті. Це запобігає поширенню шуму вздовж кабелю.

5. Вибирайте приводи та двигуни з низьким рівнем електромагнітних перешкод

Не всі приводи однакові. Деякі мають плавне перемикання. Деякі мають вбудовані фільтри. Деякі двигуни мають кращу конструкцію обмотки. Запитайте дані випробувань на електромагнітні перешкоди. Пристрій з низьким рівнем електромагнітних перешкодкаскад серводвигунаможе коштувати на 10–20 % дорожче. Але це може заощадити 50 % часу налагодження.

6. Покращення зворотного зв'язку енкодера

Використовуйте диференціальні енкодери замість односторонніх. Диференціальні сигнали пригнічують синфазний шум. Використовуйте оптичні енкодери в сильних магнітних полях. Використовуйте магнітні енкодери в забрудненому середовищі. Підберіть енкодер відповідно до завдання.

7. Виміряйте, перш ніж ремонтувати

Неможливо виправити те, що не можна виміряти. Використовуйте осцилограф, щоб перевірити сигнали енкодера. Використовуйте приймач електромагнітних перешкод, щоб виявити випромінюваний шум. Перевірте поблизу камери, енкодера та приводу. Запишіть рівень шуму до та після кожного виправлення.

8. Використовуйте програмні фільтри як крайній засіб

Іноді апаратного забезпечення недостатньо. Ви можете додати режекторний фільтр у накопичувач. Ви можете додати низькочастотний фільтр у програмне забезпечення камери. Ви можете усереднювати кілька показників. Ці методи не усувають електромагнітні перешкоди, але зменшують їх вплив.

У таблиці 1 показано, якого покращення можна очікувати.

Серводвигун з низьким рівнем електромагнітних перешкод у порівнянні зі стандартним серводвигуном для автоматичного оптичного вирівнювання

Коли ви купуєте каскад, у вас є вибір. Ви можете купити стандартний каскад. Або ж каскад з низьким рівнем електромагнітних перешкод.Серводвигун з низьким рівнем електромагнітних перешкод у порівнянні зі стандартним серводвигуном для автоматичного оптичного вирівнюванняПорівняння важливе. Воно впливає на ціну, терміни виконання та продуктивність.

Ось як вони порівнюються.

Стандартний столик цілком підійде для простих завдань. Якщо ви переміщуєтеся з точки А в точку Б з точністю 50 мкм, електромагнітні перешкоди можуть не мати значення. Але якщо ви вирівнюєте оптичні компоненти з точністю 1 мкм, стандартний столик може вийти з ладу.

Каскад з низьким рівнем електромагнітних перешкод коштує дорожче. Але він зменшує ризик. Він економить час інженерів. Він підвищує прибутковість. У багатьох проектах додаткові витрати окупаються за тижні.

Простий контрольний список вибору

Як вибрати правильнийкаскад серводвигунаСкористайтеся цим контрольним списком.

Крок 1: Визначте своє середовище електромагнітних перешкод.Перелічіть обладнання, що знаходиться поблизу. Зварювальні апарати, насоси, лазери та приводи є сильними джерелами шуму. Перевірте відстань. Перевірте частоту.

Крок 2: Перевірте повторюваність, а не лише роздільну здатність.Столик може мати роздільну здатність 0,1 мкм. Але якщо повторюваність становить 5 мкм, він не може витримувати вирівнювання з точністю 1 мкм. Запитайте дані випробувань на електромагнітні перешкоди.

Крок 3: Запитайте про екранування та заземлення.Чи екрановані кабелі? Як підключено екранування? Чи є заземлювальна площина? Чи можете ви надати схему заземлення?

Крок 4: Перегляньте конструкцію кабелю та роз'єму.Металеві роз'єми кращі за пластикові. Вони забезпечують екранування. Перевірте радіус вигину кабелю. Різкий вигин може пошкодити екран.

Крок 5: Запит даних випробувань на електромагнітні перешкоди.Запитайте дані про випромінювані та кондуктивні випромінювання. Запитайте дані випробувань на стійкість. Якщо постачальник не може їх надати, будьте обережні.

Крок 6: Розгляньте загальну вартість.Не порівнюйте лише ціну етапу. Враховуйте час інженерії, час налагодження, час простою та втрату прибутку.

Реальні випадки з нашого цеху

Ми бачилиЕлектромагнітні перешкоди в моторизованих каскадаху багатьох галузях промисловості. Ось чотири реальні випадки.

Випадок 1: Перевірка напівпровідникової пластини.Клієнт використовував стандартнийкаскад серводвигунаКамера зафіксувала шум 5 мкм. Повторюваність предметного столу становила 3 ​​мкм. Після додавання екранованих кабелів та феритового осердя шум знизився до 1 мкм. Вихід покращився на 8%.

Випадок 2: Ремонт панелі дисплея.Система ремонту дисплеїв мала випадкові збої в роботі приводу кожні 20–30 циклів. Причиною був контур заземлення між предметним столиком і лазером. Одноточкове заземлення та ізоляційний трансформатор вирішили цю проблему. Збої повністю зникли.

Випадок 3: Сканування медичних слайдів.Медичному сканеру потрібен був плавний рух. Столик вібрував зі швидкістю 100 Гц. Причиною був ШІМ-шум від приводу. Низькочастотний фільтр та привід з низьким рівнем електромагнітних перешкод зменшили вібрацію на 90%.

Випадок 4: Лазерне вирівнювання.Лазерна платформа для вирівнювання мала похибку позиціонування 10 мкм. Кабель енкодера був неекранованим. Він пролягав поруч із кабелем живлення 220 В протягом 3 метрів. Після розділення кабелів та використання екранованого кабелю енкодера похибка знизилася до 1,5 мкм.

Найчастіші запитання

Як зменшити перешкоди керування рухом у каскадах серводвигунів для автоматизованих платформ оптичного вирівнювання?
Використовуйте екрановані кабелі. Розділіть живлення та сигнал. Правильно заземліть. Додайте фільтри та ферити. Виберіть каскад з низьким рівнем електромагнітних перешкод. Перевірте за допомогою осцилографа. Ці кроки зменшуютьперешкоди в управлінні рухомна 80% до 95% у більшості випадків.

Що є найбільшим джерелом електромагнітних перешкод у каскаді серводвигуна?
Сервопривід ШІМ є найбільшим джерелом. Кабелі двигуна є другим. Заземлюючі контури є третім.

Чи можна виправити електромагнітні перешкоди без зміни каскаду?
Так. Ви можете додати фільтри, ферити та екрановані кабелі. Ви можете покращити заземлення. Але якщо конструкція сцени погана, ви можете отримати лише часткове покращення.

Скільки коштує каскад серводвигуна з низьким рівнем електромагнітних перешкод?
Столик з низьким рівнем електромагнітних перешкод коштує на 10–30 % дорожче, ніж стандартний. Точна ціна залежить від ходу, навантаження та точності.

Чи потрібен мені каскад з низьким рівнем електромагнітних перешкод для чистого приміщення?
Чисте приміщення не усуває електромагнітні перешкоди. Але обладнання для чистих приміщень часто чутливе. Каскад з низьким рівнем електромагнітних перешкод є гарним вибором для оптичного вирівнювання чистого приміщення.

Як перевірити електромагнітні перешкоди (ЕМП)?
Використовуйте осцилограф для виявлення шуму сигналу. Використовуйте приймач електромагнітних перешкод для виявлення випромінюваного шуму. Перевірте камеру, енкодер та привід. Порівняйте до та після кожного виправлення.

Чому варто працювати з нами

Ми працюємо в цьому бізнесі понад 9 років. Ми виготовляємо ручні та моторизовані платформи. Ми також виготовляємо автоматизовані платформи для вирівнювання. Ми зосереджуємося на дослідженнях та розробках, виробництві та продажах. Ми розуміємо електромагнітні перешкоди, оскільки тестуємо їх щодня.

Нашкаскад серводвигунаваріанти включають:

Комплекти кабелів з низьким рівнем електромагнітних перешкод.

Екрановані кабелі енкодера.

Вбудовані фільтри електромагнітних перешкод.

Диференціальні енкодери.

Індивідуальне проектування заземлення.

Дані випробувань на електромагнітні перешкоди на запит.

Ми не просто продаємо платформу. Ми допомагаємо вам вирішити всю проблему руху. Якщо у вас є проблеми з електромагнітними перешкодами, надішліть нам свою конфігурацію. Ми можемо перевірити ваші кабелі, заземлення та налаштування приводу. Ми можемо порекомендувати платформу з низьким рівнем електромагнітних перешкод, яка відповідає вашому бюджету.

Давайте поговоримо про вашу проблему з електромагнітними перешкодами

Ви створюєте автоматизовану платформу для оптичного вирівнювання? Вам набридло...перешкоди в управлінні рухомВам потрібенкаскад серводвигунаякий працює на галасливому заводі?

Зв'яжіться з нами сьогодні. Повідомте нам про вашу цільову точність, діапазон ходу, навантаження та середовище. Ми надамо вам чітку рекомендацію. Ми також поділимося даними випробувань та порадами щодо вибору. Давайте зменшимо електромагнітні перешкоди та підвищимо вашу прибутковість.

Напишіть нам зараз. Отримайте швидку цінову пропозицію. Вирішіть свою проблему з електромагнітними перешкодами за допомогою сцени, створеної для реального виробництва.