Automaattisissa ohjausjärjestelmissä magneettiset kooderit toimivat kuin laitteiden 'aistihermot' ja tallentavat tarkasti jokaisen liikkeen yksityiskohdan. Oikean tyypin valinta on ratkaisevan tärkeää järjestelmän tehokkaan toiminnan varmistamiseksi.
Nykyaikaisessa teollisuusautomaatiossa, robotiikassa ja älykkäissä laitteissa magneettisista koodereista on tullut sijainnin havaitsemisen ydinkomponentteja ainutlaatuisten etujensa ansiosta. Perinteisiin optisiin koodereihin verrattuna magneettiset kooderit tarjoavat paremman ympäristön mukautuvuuden, paremman luotettavuuden ja pienemmän jalanjäljen.
Erilaisten sovellusvaatimusten edessä magneettiset kooderit ovat kehittäneet erilaisia teknisiä polkuja ja luokitusmenetelmiä, ja jokaisella tyypillä on omat ainutlaatuiset suorituskykyominaisuudet ja sopivat sovellusskenaariot.
01 Magneettiset kooderit: Toimintaperiaate ja tekniset edut
Magneettiset kooderit ovat paikkaantureita magneettisen induktion periaatteeseen perustuvia , jotka mittaavat pyörimis- tai lineaarisiirtymiä havaitsemalla säännöllisiä muutoksia magneettikentässä.
Peruskomponentit sisältävät kolme osaa: magneettivaaka/rengas, magneettisensori ja signaalinkäsittelypiiri.
Magneettisessa asteikossa tai renkaassa on tasaisesti järjestetyt N/S-magneettiset navat, jotka muodostavat jaksollisen magneettikenttäjakauman. Kun suhteellista liikettä tapahtuu magneettisen asteikon ja anturin välillä, magneettinen anturielementti havaitsee magneettikentän muutoksen ja lähettää vastaavan sähköisen signaalin, jonka piiri sitten käsittelee paikkatiedon saamiseksi.
Optisiin koodereihin verrattuna magneettisilla koodereilla on useita etuja : vahvempi kontaminaatio- ja tärinänkestävyys; sopeutuminen laajempaan lämpötila-alueeseen; yksinkertainen rakenne ja alhaisemmat kustannukset; kykyä työskennellä vakaasti vaativissa teollisuusympäristöissä.
Nämä ominaisuudet ovat johtaneet magneettisten kooderien laajaan käyttöön sellaisilla aloilla kuin teollisuusautomaatio, autoelektroniikka ja ilmailu.
02 Luokittelu signaalin lähtötyypin mukaan: Inkrementaalinen, Absoluuttinen ja Hybridi
Inkrementaaliset magneettiset kooderit
Inkrementtianturit tuottavat kaksivaiheisia A- ja B-pulssisignaaleja 90°:n vaihe-erolla ; joissakin on myös Z-vaiheindeksisignaali (yksi per kierros).
Laskemalla pulssien lukumäärä ja arvioimalla A- ja B-vaiheiden järjestystä voidaan määrittää suhteellinen siirtymä ja liikkeen suunta.
Edut : Yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset, korkea vastetaajuus.
Haitat : Sijaintitiedot menetetään tehokatkon jälkeen, mikä vaatii uudelleenkojuutta.
Käyttökohteet : Soveltuu jatkuvaan pyöritykseen, nopeuden säätöön ja tilanteisiin, joissa on selkeät vertailupisteet.
Absoluuttiset magneettiset kooderit
Jokainen absoluuttisen kooderin sijainti vastaa yksilöllistä digitaalista koodia . Se säilyttää sijaintitiedot virrankatkon jälkeen ja saa välittömästi nykyisen sijainnin arvon käynnistyksen yhteydessä.
Single Turn Absolute : 360°:n alueella jokaisella asennolla on yksilöllinen koodi; koodi toistuu 360° ylityksen jälkeen.
Multi-Turn Absolute : Lisää kierroslaskennan yhden kierroksen perusteella, mikä laajentaa mittausaluetta.
Edut : Virran katkaiseva muisti, ei tarvetta kotiutukseen, luotettavat tiedot.
Haitat : Monimutkainen rakenne, korkeammat kustannukset.
Käyttökohteet : Korkeaa luotettavuutta vaativat alat, kuten robottiliitokset, CNC-työstökoneet ja ilmailu.
Hybridimagneettiset kooderit
Hybridikoodereissa yhdistyvät inkrementaali- ja absoluuttisen tyypin ominaisuudet , ja ne pystyvät lähettämään sekä absoluuttisen sijainnin tiedot että korkearesoluutioisia inkrementtisignaaleja.
Tämä muotoilu tasapainottaa järjestelmän luotettavuutta ja tarkkuutta, ja siitä on tulossa yhä suositumpi huippuluokan servojärjestelmissä ja tarkkuusmittauslaitteissa.
03 Luokittelu magneettisen havaitsemisperiaatteen mukaan: Hall-ilmiö, magnetoresistiivinen
Hall Effect Enkooderit
Hall-ilmiön perusteella, kun virtaa kuljettava johdin asetetaan magneettikenttään, syntyy potentiaaliero suunnassa, joka on kohtisuorassa sekä virran että magneettikentän suhteen.
Ominaisuudet : Alhaiset kustannukset, hyvät lämpötilaominaisuudet, pitkä käyttöikä.
Puutteet : Suhteellisen alhainen resoluutio.
Sovellukset : Kustannusherkät sovellukset, kuten autojen moottorit ja kodinkoneet.
Anisotrooppiset magnetoresistiiviset (AMR) kooderit
Hyödynnä ominaisuutta, että ferromagneettisten materiaalien ominaisvastus muuttuu ulkoisessa magneettikentässä. Herkkyys on useita suuruusluokkia suurempi kuin Hall-elementit.
Ominaisuudet : Korkea resoluutio, laaja taajuusvaste, vakaat lämpötilaominaisuudet.
Puutteet : Vaatii magneettisen suojauksen, korkeammat kustannukset.
Käyttökohteet : Korkean tarkkuuden servomoottorit, tarkkuusinstrumentit.
Giant Magnetoresistive (GMR) ja Tunnel Magnetoresistive (TMR) kooderit
GMR ja TMR ovat uuden sukupolven magneettisia ilmaisutekniikoita, joiden herkkyys on suuruusluokkaa suurempi kuin AMR.
Ominaisuudet : Erittäin korkea herkkyys, korkea signaali-kohinasuhde, alhainen virrankulutus.
Puutteet : Monimutkainen prosessi, korkeat kustannukset.
Käyttökohteet : Ultra-tarkkuuskentät, kuten huippuluokan teollisuusrobotit ja lääketieteelliset laitteet.
04 Luokittelu rakennetyypin mukaan: Kiinteä akseli, umpiontto, läpivienti
Kiinteäakseliset magneettianturit
Anturi on kiinteästi kytketty pyörivään akseliin, ja siinä on kompakti rakenne, alhainen vääntömomentti ja edullinen.
Soveltuu pienille moottoreille ja mikroroboteille, joissa tilaa on rajoitetusti, mutta asennus vaatii kytkimen ja vaatii suurta kohdistustarkkuutta.
Blind Hollow (Semi-Hollow) magneettiset kooderit
Anturin toisella puolella on sokea reikä ja se on asennettu suoraan moottorin akselille, mikä tarjoaa helpon asennuksen ja hyvän luotettavuuden.
Tämä on nykyään yleisimmin käytetty rakenne, joka tasapainottaa suorituskykyä ja kustannuksia, ja sitä käytetään laajalti servomoottoreissa ja teollisuusroboteissa.
Onttojen (onttoakselisten) magneettisten kooderien läpi
Keskimmäinen läpivientireikä, joka tunkeutuu koko anturin läpi , mahdollistaa kaapeloinnin tai akselin kulkemisen, mikä täyttää erityiset asennustarpeet.
Soveltuu monimutkaisiin mekaanisiin rakenteisiin, kuten yhteiskäyttöön tarkoitettuihin robottiliitoksiin ja tarkkuuslevysoittimiin.
05 Luokittelu tarkkuusasteen mukaan: kaupallinen, teollinen, instrumentti
Kaupalliset magneettiset kooderit
Resoluutio : Tyypillisesti alle 12 bittiä (4096 PPR)
Tarkkuus : ±1° tai suurempi
Käyttölämpötila : 0°C - +70°C
Käyttökohteet : Kodinkoneet, kulutuselektroniikka, yleismoottorit
Teollisuusluokan magneettiset kooderit
Resoluutio : 12-16 bittiä (4096-65536 PPR)
Tarkkuus : ±0,1° - ±0,5°
Käyttölämpötila : -40°C - +85°C
Suojausluokitus : Tyypillisesti IP54 tai korkeampi
Käyttökohteet : Teollisuusautomaatio, servomoottorit, sähkötyökalut
Instrumenttiluokan magneettiset kooderit
Resoluutio : 16-24 bittiä (65536-16777216 PPR)
Tarkkuus : ±0,01° - ±0,05°
Käyttölämpötila : -40°C - +110°C
Erityisominaisuudet : Iskunkesto, tärinänkestävyys, EMC-suojaus
Käyttökohteet : Ilmailu, korkea tieteellinen mittaus
06 Magneettisen kooderin valintaopas
Määritä sovellusvaatimukset
Liiketyyppi : Pyörivä vai lineaarinen liike? Jatkuva vai vastavuoroinen?
Ohjausvaatimukset : Asennon ohjaus, nopeuden säätö vai molemmat?
Ympäristöolosuhteet : Lämpötila, kosteus, tärinä, sähkömagneettiset häiriöt?
Määritä avainparametrit
Resoluutio : Valitse ohjauksen tarkkuusvaatimusten perusteella, ei välttämättä korkeampi on parempi.
Tarkkuus : Harkitse järjestelmän kokonaisvirhebudjettia.
Vastetaajuus : On täytettävä suurin käyttönopeusvaatimus.
Lähtöliitäntä : Rinnakkais-, sarja-, kenttäväylä.
Harkitse asennusehtoja
Tilarajoitukset : Määritä sallitut asennusmitat ja -menetelmä.
Akselin liitäntä : Ota huomioon kohdistusvaatimukset ja asennusmukavuus.
Suojausluokitus : Valitse sopiva suojaus ympäristön epäpuhtauksien perusteella.
Arvioi taloudelliset tekijät
Budjettialue : Etsi tasapaino suoritustarpeiden ja kustannusten välillä.
Elinkaarikustannukset : Harkitse ylläpidon ja vaihdon pitkän aikavälin kustannuksia.
Toimituksen läpimenoaika : Varmista toimitusketjun vakaus.
07 Magneettisten kooderien erikoistyypit
Lineaariset magneettiset kooderit
Käytetään lineaariseen siirtymän mittaukseen , joka koostuu magneettisesta asteikosta ja lukupäästä.
Edut : Suuri mittausalue, joustava asennus, vahva kontaminaatiokestävyys.
Käyttökohteet : CNC-työstökoneet, koordinaattimittauskoneet, lineaarimoottorit.
Monikäänteiset absoluuttiset magneettianturit
Käytä Wiegand-energiankeruutekniikkaa tai vaihteistomekanismeja saavuttaaksesi mekaanisen monikierroslaskennan.
Ominaisuudet : Pystyy ylläpitämään usean kierroksen asentotietoja virrankatkoksen jälkeen ilman akkua.
Käyttökohteet : Tuuliturbiinien nousujärjestelmät, satamakoneet, rakennuskoneet.
Kaksiraitaiset magneettianturit
Siinä on kaksi itsenäistä magneettista tunnistusyksikköä , jotka voivat lähettää kaksi signaalia samanaikaisesti.
Edut : Redundantti muotoilu parantaa luotettavuutta; kaksoissignaalit helpottavat virheen kompensointia.
Käyttökohteet : Turvallisuuskriittiset järjestelmät, erityistilaisuudet, jotka vaativat suurta luotettavuutta.
Magneettisten materiaalien, integroitujen piirien ja signaalinkäsittelytekniikoiden edistymisen myötä magneettiset kooderit kehittyvät kohti suurempaa tarkkuutta, pienempää kokoa ja parempaa älykkyyttä.
Innovatiiviset tekniikat, kuten uudet TMR-magneettiset anturielementit, älykkäät itsediagnostiikkatoiminnot ja integroidut taajuusmuuttajan ohjausjärjestelmät laajentavat jatkuvasti magneettisten kooderien sovellusrajoja.
Tulevaisuuden Teollisuus 4.0:n ja älykkään valmistuksen yhteydessä magneettisten kooderien merkitys laitteina 'aistihermoina' tulee yhä näkyvämmäksi, mikä tarjoaa tarkempia ja luotettavampia paikannusominaisuuksia älykkäille laitteille.
