odrzavanje cnc sistema

7/18/2019 Odrzavanje CNC Sistema

http://slidepdf.com/reader/full/odrzavanje-cnc-sistema 1/17

СЕМИНАРСКИ РАД Предмет: Одржавање CNC система

Тема: Енкодери



Одржавање CNC система

1

С А Д Р Ж А Ј

Садржај ........................................................................................................................................1

1. Увод ........................................................................................................................................ 2

2. Оптички енкодери ................................................................................................................ 3

2.1. Мерне траке/дискови ................................................................................................ 3

2.2. Фотоелектрично скенирање ....................................................................................... 4

2.3. Сликовни принцип скенирања .............................................................................. 4

3. Индуктивни (инкрементални) енкодери .................................................................................. 6

4. Магнетни енкодери ............................................................................................................. 7

5. Линеарни енкодери ......................................................................................................... 8

5.1. Затворени линеарни оптички енкодери ............................................................. 8

5.2. Изложени линеарни оптички енкодери .............................................................. 9

5.3. Линеарни индуктивни енкодери .......................................................................... 9

5.4. Линеарни магнетни енкодери ............................................................................. 10

6. Ротациони енкодери ....................................................................................................... 12

6.1. Ротациони оптички енкодери ............................................................................ 12

6.2. Угаони енкодери ................................................................................................. 12

6.3. Магнетни модуларни енкодери ............................................................................ 13

6.4. Ротациони капацитивни енкодери ........................................................................ 14

7. Закључак ................................................................................................................................... 15

Литература .................................................................................................................................... 16




2

1. Увод

У модерним мерним системима за добијање података о положају користе се

енкодери. Енкодери су уређаји који претварају информације из једног облика у други,

у овом случају претварају мерене позиције у електричне импулсе. Према принципу

мерења, мерни енкодери су подељени на следеће типове:

− МЕХАНИЧКИ - Енкодери веома ниске цене, ниске резолуције који

функционишу на принципу отварања и затварања струјног круга.

− ОПТИЧКИ - Цене варирају од ниских до високих, енкодери високе резолуције

који користе инфрацрвене снопове светла и фототранзисторе те су данас најчешће

кориштени.

− ИНДУКТИВНИ - Прецизна и поуздана технологија, детектује помаке

праћењем промена електромагетних поља у завојницама.

− МАГНЕТНИ - Средњих до високих цена, енкодери средње резолуције

очитавања који генеришу излазне податке очитавајући промене у магнетним

пољима.

− ОПТИЧКА ВЛАКНА - Енкодери високе цене, средње до високе

резолуције, користе ласере и фототранзисторе те се најчешће користе у

окружењима где су присутни запаљиви гасови.

− КАПАЦИТИВНИ - Ниске цене, ниске до високе резолуције, енкодери који

генеришу излазне сигнале детектујући промене капацитивности користећи

референтни сигнал високе фреквенције. Релативно нова технологија ако

упоредимо с осталим принципима, веома поуздана и тачна.




3

2. Оптички енкодер

2.1 Мерне траке/дискови

Оптички енкодери користе мерне траке и дискове са узорцима линија који чине

мерну скалу. Код ротационих енкодера, ови узорци се урезују на металне или

пластичне дискове, док се код линеарних енкодера наносе на стакло или челичне

траке. Ти узорци линија сачињени су од периодичних структура познатих као

градуације. Градуације се на линеарним скалама израђују разним фотолитографским

процесима, а могу се израдити из:

- изразито тврдих линија хрома на стакленој подлози

- линија урезаних на позлаћене челичне траке

- 3D структура на стакленим или челичним подлогама

Овакви процеси израде мерних скала омогућавају периоде мерних скала и

испод 1μм. Карактеришу их висока тачност и хомогеност рубова линија.




4

Слика 1 - Инкременталне мерне траке

Слика 2 - Врсте мерних дискова

2.2. Фотоелектрично скенирање

Фотоелектрично скенирање је једна од технологија на којој су базирани

оптички сензори. Ова метода је веома прецизна, може детектовати веома ситне

линије величине свега неколико микрона те генрише мерне сигнале са веома

малим периодама што омогућава постизање високе прецизности. Фотоелектрично скенирање је безконтактан процес те је у њему елиминисано трошење узроковано

трењем услед клизања.

У компанији HEIDENHAIN на својим уређајима користе две врсте фотоелектричних

уређаја:

− сликовни принцип скенирања - за периоде мерних скала од 10 μм до 200 μм

− интерференцијски принцип скенирања - за веома фине поделе са периодама мерних скала величине 4 μм и мање

Од ова два принципа детаљније ћу објаснити сликовни принцип скенирања

(imaging scanning principle).

2.3. Сликовни принцип скенирања

Сликовни принцип скенирања функционише на основи пројектовања светлосних




5

сигнала. Две решетке са смештајем отвора базираним на истим или сличним периодама

помичу се релативно једна другој - те решетке зовемо мера (мерна скала) и мрежа за

скенирање (scanning reticle). Материјал који носи мрежу мора бити провидан, док се

мера може нанети на провидну или рефлективну површину чиме се смештај

елемената мења.

Наведени пример односи се на провидну површину:

Из LED извора, светлост се емитује према сочиву. Када након проласка

кроз сочиво међусобно паралелни зраци светлости пролазе кроз мрежу, светле и

тамне површине пројектоване су према мери. Зависно како се две решетке увијају у

односу једна на другу, те у каквом су положају отвори решетки смештени, светлосне

зраци ће пролазити кроз њих (ако су отвори решетки усклађени) или неће пролазити

кроз њих (ако се отвори и линије решетки преклапају). Даље, иза мере, налази се

мрежа соларних ћелија (фототранзистора) које затим варијације упада светлосних зрака претварају у променљиве електричне сигнале. Решетке мреже за

скенирање филтрирају светлосни сноп тако да се у соларним ћелијама генерише

готово синусоидални излазни сигнал мерног сензора.

Слика 3 - Сликовни принцип скенирања




6

3. Индуктивни (инкрементални) енкодери

Индуктивни (инкрементални) енкодери базирани су на Sperosphyn

технологији. Електромагнетно поље је генерисано индуковањем 10 kHz

синусоидалне струје кроз једну побудну завојницу унутар кућишта главе читача. То

поље реагује са Ni-Cr елементима садржаним у мерној скали. Сет четири секундарне

завојнице затим детектује варијације у индукованом пољу које електронске компоненте

потом комбинују и обрађују. Елементи компонената затим помоћу обрађених сигнала

генеришу промењиви сигнал који се мења с положајем мерне главе дуж мерне скале.

Зависно од положаја мерне главе док пролази преко сваког појединог елемента,

фазни помак детектованог сигнала у зависности о побудном сигналу ће варирати

између 0 и 360 степени. Високобрзински дигитални процесор сигнала претвара аналогни

сигнал у индустријски стандардни диференцијални квадратни сигнал те периодично генерише пулс који служи као референтна ознака.

Слика 4 - Шема индуктивног (инкременталног) енкодера




7

4. Магнетни енкодери

Постоји неколико типова магнетних енкодера и сви су базирани на

детектовању промена у магнетном пољу узрокованим померањем феромагнетног

објекта.

Најједноставнија изведба оваквог магнетног енкодера за ротационо кретање,

често називана магнетни „pick-up“, састоји се од намотаја намотаних око

перманентног магнета. На тај начин генерише се напонски импулс када зуб

зупчаника прође кроз сензорско поље. Оваква изведба је врло робусна, поуздана и

поприлично јефтина и углавном се користи за мерење брзине, но не функционише ако

се објект не креће кроз сензорски простор брзином већом од 4,6 m/s.

Друга врста сензора користи перманентни магнет, Hall ефект и магнетоотпорни

уређај. У овом случају у присутности фермомагнетног материјала настају промене у

напону или електричном отпору. Феромагнетни материјал може бити у облику зуба

зупчаника (код ротационог енкодера), или металне траке (код линеарног енкодера). Овај

тип сензора ће радити и при брзинама практично једнаким нули и доступан је у

ротационим и линеарним изведбама.

Трећи тип магнетног енкодера користи магнетоотпорни уређај како би

забележио присутство или непостојање магнетизованих објеката, било обруча бубња

било магнетних трака.

Слика 5 - Шематски приказ магнетног енкодера

Слика 6 - Магнетни енкодер за тешке услове




8

5. Линеарни енкодери

Линеарни енкодери мере положај линеарних оса без додатних механичких

помичних елемената. Контролна петља за контролу положаја са линеарним

енкодерима такође укључује и цео систем погона кретања. Грешке кретања које се

појављују при раду могу бити детектоване помоћу линеарних енкодера смештених на

клизачима те преправљене контролном електроником. Кориштење оваквог система

може елиминисати многе потенцијалне изворе грешака:

- грешке позиционирања услед термалних дисторзија навојног вретена

- хистереза

- кинематичке грешке ради нетачности нагиба навојног вретена

Уз све ове карактеристике, линеарни енкодери постају незамењиви за машине које

морају испунити високе захтеве за тачношћу позиционирања и брзином обраде.

5.1. Затворени линеарни оптички енкодери

Линеарни оптички енкодери уобичајено кориштени код нумерички управљаних машина су затворени енкодери. Овакви енкодери су затворени по правилу у

алуминијском кућишту које штити мерну скалу, мерни сензор и његове вођице од

честица, прашине и течности. Оптички енкодери пружају високе резолуције мерења,

високе брзине рада, поузданост, дуг век трајања у већини индустријских окружења.

Слика 7 - Затворени линеарни енкодери




9

5.2. Отворени (изложени) линеарни оптички енкодери

Отворени (изложени) линеарни енкодери су конструисани за употребу на машинама који захтевају посебно високу тачност мерене величине. Типичне примене

укључују:

опрему за мерење и производњу у полупроводничкој индустрији

машине за монтажу пресованих плочица

машине ултра високе прецизности као дијамантне стругове за оптичке

компоненте,

чеоне стругове за магнетне дискове за складиштење података и машине за

уситњавање

феритних компонената

високопрецизне алатне машине

директне погоне

високопрецизне мерне уређаје

Отворени (изложени) линеарни енкодери се састоје од мерне летве или траке са

мерном скалом те мерне главе која се покреће без механичког контакта. Мерна скала

Отвореног (изложеног) линеарног енкодера је причвршћена директно на мерену

површину, што као предуслов кориштења поставља равну и тачну површину уколико се

жели постићи висока прецизност енкодера.

Слика 8 - Отворени (изложени) линеарни енкодери

5.3. Линеарни индуктивни енкодери

Инкрементални енкодери емитују квадратни сигнал или синусне-косинусне

повратне сигнале који омогућавају директну интеграцију у уређаје који су покретани




10

серво погонима.

Апсолутни енкодери пружају тачан, апсолутни положај одмах по укључивању.

Енкодер не користи батерије или статичку меморију како би похранио податке о

положају те је тачна позиција мерне главе доступна чим је енкодеру доведена

струја, независно о кретањима док је енкодер био искључен или о трајању

искључења. Мерна скала се састоји од цеви израђених од нерђајућег челика у који

је смештен стуб прецизних Ni-Cr елемената. Кодирани уметци су смештени између

елемената на такав начин да не утичу на геометрију контакта система. Кућиште мерне

главе изливено од алуминијума садржи склоп завојница, припадајућу електронику

и мрежу сензора која детектује мерни елемент који је укомпониран у кодиране уметке.

Празнина мерне главе испуњена је епокси смолом која у потпуности изолира

електронику унутар кућишта. Високо брзински ДСП процесор кориштен је за обраду

мерених података и комуникацију са излазом. Својства линеарних индуктивних енкодера:

− IP67 сертификат - уређај ће наставити пружати тачне и поуздане мерене

податке чак и када је у потпуности уроњен у воду, уље или средство за хлађење

− отпоран на прашину, нечистоће, уље и остале тешке услове околине − нема

механичког трошења

− не захтева чишћење или одржавање

− висока отпорност на ударе и вибрације

Слика 9 - Линеарни индуктивни енкодер

5.4. Линеарни магнетни енкодери

Линеарни магнетни енкодер састоји се од мерне главе и самолепљиве мерне

траке. Како се мерна глава помера дуж мерне скале, детектује магнетни код магнетне

траке, обрађује сигнале и шаље их на дефинисани излаз.




11

Уређаји базирани на магнетним сензорским технологијама пружају добру

резолуцију мерења, високе брзине рада те максималну отпорност на прашину,

масноћу, влагу те остале врсте нечистоћа уобичајених у индустријском окружењу,

али и на ударе и вибрације. Због тога је та врста енкодера посебно прикладна за рад у

тешким условима као што су нпр. дрвна индустрија, челичане, каменорезачке машине и наравно у свим осталим применама за уобичајене радне услове.

Слика 10 - Линеарни магнетни енкодер




12

6. Ротациони енкодери

6.1. Ротациони оптички енкодери

Механичка изведба ротационих оптичких енкодера је прилично једноставна.

Ротор енкодера је повезан са вратилом/вретеном како би се осигурао рад без

прескакања, а тело енкодера, тј. статор је причвршћен на подлогу како би се

спречило његово кретање те служи као физичка референца за ротацију ротора.

Ротациони енкодери зависно о намени могу се значајније разликовати у конструкцији

те се могу поделити према компонентама које садрже, па тако гледајући на улежиштење

могу бити:

са интегрисаним улежиштењем без интегрисаног улежиштења

те гледајући на стил уградње на мерено вратило/вретено могу бити:

са пуним вратилом

са шупљим вратилом

Слика 11 - Ротациони оптички енкодери

6.2. Угаони енкодери

Израз “угаони енкодер” користи се за енкодере који имају високу тачност, са

бројем (мерних) линија изнад 10000 те прецизношћу и двоструко већом од

уобичајених оптичких ротационих енкодера. Угаони енкодери примену налазе у

уређајима који траже веома прецизно угаоно мерење као што су:

ротациони столови алатних машина

окретне главе алатних машина




13

мерне машине за зупчанике

итд.

Разликују се три принципа конструкција угаоних енкодера:

угаони енкодери са интегрисаним лежајем, шупљим вратилом и

интегрисаним спојем статора

угаони енкодери са интегрисаним лежајем без директног спајања вратила

угаони енкодери без интегрисаног лежаја

Слика 12 - Угаони енкодери

6.3. Магнетни модуларни енкодери

ERM магнетни модуларни енкодери састоје се од магнетизованог мерног колута

те мерне јединице са мегнетоотпорним сензором. Због магнетоотпорног принципа

скенирања ови енкодери су посебно отпорни на нечистоће што их чини прикладним за

употребу на производним машинама. Њихова могућност примене на великим

промерима као и мале димензије и компактна конструкција самог мерног уређаја

чине их одличним решењем за примену на:

− Z - осама стругова

− главним кретањима, поготово са шупљим вратилима − надзор помоћних оса

ERM мерни колути могу радити на високим бројевима обртаја, у енкодерима не

долази до појаве додатних шумова сигнала при примени у зупчаничким уређајима а

максималне брзине које подржавају су довољне за већину примена.

Слика 13 - Магнетни модуларни енкодери




14

6.4. Ротациони капацитивни енкодери

Као представници једне новије технологије, ротациони капацитивни енкодери

пружају нека веома корисна својства. Једна од већих предности капацитивних

енкодера с обзиром на најчешће оптичке енкодере је непостојање мерних дискова.

Ово знатно поједностављује склапање, будући дискови капацитивних уређаја нису

осетљиви као оптички (поготово стаклени) дискови. Користи од тога виде се у

смањењу времена и цена монтаже те мањим димензијама него код оптичких енкодера.

Кориштењем електроничких преклопника, АМТ капацитивни енкодери омогућавају

одабир 16 различитих резолуција. Метални горњи поклопац служи као кућиште

електричног мерног склопа те додатно осигурава дуготрајности уређаја. Сам уређај

поседује одличну отпорност на нечистоће те мању осетљивост на разилке

температура и вибрације него оптички. Ротациони капацитивни енкодери могу бити кориштени на свим врстама осовина/вратила/вретена, но идеални су за монтажу

директно на моторе.

Слика 14 - Ротациони капацитивни енкодери




15

7. Закључак

Развој модерних технологија донeо је и велики број изведби мерних системаалатних машина.

У сврху праћења положаја алата и/или обратка и даље се користе и најстарији

принципи као што су оптичке траке/дискови но у новим, побољшаним изведбама. Уз

њих су се у међувремену на тржишту нашли и високо издржљиви индуктивни линеарни

енкодери погодни за рад у тешким условима те повољни ротациони капацитивни

енкодери малих димензија и широких могућности примене.

Овакви мерни системи довели су до низа




16

Литература

1. HEIDENHAIN – Linear encoders for Numerically controlled Machine Tools

2. HEIDENHAIN – Exposed linear encoders3. http://gurley.com/Virtual_Absolute/VAoverview.htm4. NEWALL – Linear encoder ( www.newall.com)5. Danaher – Encoder application handbook6. http://www.avtronencoders.com7. http://www.rls.si8. http://www.beiied.com9. HEIDENHAIN – Angle Encoders10. HEIDENHAIN – Modular Magnetic Encoders11. http://www.amtencoder.com

odrzavanje cnc sistema

Documents