Aktuální vydání

celé číslo

08

2018

MSV 2018 v Brně

celé číslo

Magnetické a optické snímače polohy Renishaw

číslo 3/2006

Magnetické a optické snímače polohy Renishaw

Firma Renishaw vyrábí široké spektrum absolutních a inkrementálních snímačů polohy pro pokrytí různorodých požadavků průmyslové automatizace. Snímače pracují na různých měřicích principech. V tomto článku budou představeny dvě třídy přístrojů: magnetické, pracující na principu Hallova jevu, a optické s odrazným rastrem.

Magnetické snímače polohy

Magnetické snímače polohy využívající Hallův jev byly vyvinuty pro zajištění spolehlivé a přitom levné zpětné vazby při regulaci polohy a pohybu. Mohou pracovat i za nepříznivých podmínek a vysokých rychlostí.

Každý magnetický snímač obsahuje integrovaný obvod, který snímá natočení permanentního magnetu otáčejícího se nad jeho povrchem. Magnet je podélně polarizován a má válcový tvar. Matice Hallových snímačů detekuje rozložení magnetického toku na ploše čipu. Snímače jsou umístěny do kruhového pole okolo středu čipu a na výstupu poskytují napěťovou reprezentaci rozložení magnetického pole. Fáze napěťového signálu se mění v závislosti na poloze magnetického budiče a tento sinový-cosinový signál může být následně převeden rychlým interpolátorem (flash) na absolutní úhlovou polohu a poté zpracován dalšími obvody do různých výstupních formátů podle požadavků uživatele. Vysokého rozlišení výstupu je dosahováno interní interpolací. Schopnosti snímače pracovat bezkontaktně, se vzduchovou mezerou mezi magnetickým budičem a čipem, je s výhodou využito pro mechanické i elektrické oddělení pohyblivé a stacionární části snímače.

Magnetické snímače jsou dodávány v krytém hřídelovém či bezhřídelovém provedení s krytím IP53 až IP68. Výstupní signál může být inkrementální nebo absolutní s rozlišením až 4 096 poloh na otáčku. Oblíbené jsou snímače RM s analogovým výstupem, u nichž je změna polohy lineárně úměrná změně napětí (0 až 10 V nebo –10 až +10 V) nebo proudu (0 až 20 mA a 4 až 20 mA).

Obr. 1.

Obr. 1. Magnetický snímač polohy k vestavbě přímo do motoru

Druhou základní variantou magnetických snímačů polohy jsou snímače určené k vestavbě do zařízení. Mnozí významní výrobci servomotorů využívají vysoké přesnosti a miniaturních rozměrů čipů AM256, popř. AM512B (obr. 1). Jednoduchým vsazením budicího magnetu na konec hřídele motoru a umístěním malé desky plošných spojů nad magnet získávají velmi kvalitní signál sin-cos. Z tohoto signálu lze s velkým rozlišením (až devítibitovým) určit absolutní polohu pro účely komutace a polohové zpětné vazby. Systém je odolný proti rušení magnetickým polem motoru, protože snímací čip obsahuje autokompenzační matici Hallových sond. Snímač odolává vysokým teplotám, vznikajícím při zablokování nebo přetížení motoru. Spolehlivá funkce je zaručena do 125 °C.

Jiným příkladem použití magnetických senzorů jsou vstupní turnikety a počítadla průchodů (obr. 2), které jsou na mnoha místech stále častěji využívány z bezpečnostních důvodů nebo pro zvýšení rychlosti odbavení. Odolná konstrukce magnetických snímačů umožňuje práci těchto zařízení i za nepříznivých povětrnostních podmínek.

Optické snímače

Optické snímače Renishaw RG jsou založeny na patentovaném bezkontaktním optickém uspořádání s odrazným rastrem, díky kterému mají vynikající metrologické vlastnosti, nulovou hysterezi a opotřebení. Zároveň jsou bez ztráty signálu schopny pracovat v běžném (nikoliv laboratorním) prostředí a snášejí poškrábání nebo zamaštění měřítka. Díky těmto vlastnostem a snadné montáži si snímače Renishaw získaly oblibu mnoha zákazníků.

Obr. 2.

Obr. 2. Příklad použití magnetického snímače polohy: vstupní turniket

Měřítka s optickým rastrem lze dodávat v libovolných délkách podle požadavků zákazníků až do 50 m (delší na vyžádání). Montují se nalepením na podklad (kámen, ocel, hliník apod.) a zafixováním konců měřítka k podkladu epoxidovým lepidlem. Díky této montáži měřítko „přijímá“ koeficient teplotní roztažnosti podkladu. Není tedy nutné při návrhu zařízení počítat se dvěma koeficienty teplotní roztažnosti. Při požadavku na opakovanou montáž a demontáž je možné zvolit měřítko montované do nosiče.

Snímače se vyrábějí s digitálním rozlišením 10 až 0,01 µm. Výstupní signály jsou pravoúhlé RS-422 nebo analogové sinusové s amplitudou 1 V a periodou 20 µm. Nově je dodáván i snímač Signum RELM, využívající invarové pravítko s definovaným koeficientem teplotní roztažnosti 1,4 µm·K–1·m–1.

Díky snadné montáži a schopnosti spolehlivého snímání do vysokých rychlostí jsou optické systémy s odrazným rastrem velmi často používány ve všech oborech průmyslové automatizace. Jsou vhodné např. pro různé jednoúčelové výrobní stroje uplatňující se při výrobě elektroniky, měřicí přístroje, pohybové systémy s lineárními motory, tiskařské stroje atd.

Závěr

Firma Renishaw do svých výrobků vždy aplikuje nejnovější poznatky výzkumu a přináší tak užitečné inovace i tak propracovaného oboru, jako jsou snímače polohy.

Ing. Jan Vlček,
Renishaw, s. r. o.

Renishaw s. r. o.
Olomoucká 85
627 00 Brno
tel.: 548 216 553
fax: 548 216 573
e-mail: czech@renishaw.com
http://www.renishaw.cz