Aktuální vydání

celé číslo

11

2021

Monitorování stavu zařízení, diagnostika, řízení údržby

Snímače a systémy řízení polohy a pohybu (motion control)

celé číslo

Magnetické snímače polohy Renishaw

číslo 3/2005

Magnetické snímače polohy Renishaw

Konstruktéři různých zařízení často potřebují řídit polohu a rychlost akčních členů. Požadavky na zpětnou vazbu se pohybují od velké přesnosti při malé rychlosti pohybu až po velmi dynamické snímání s menší přesností. Firma Renishaw je výrobce optických a v současné době i magnetických rotačních snímačů polohy. Optické snímače řady RESR s velkým rozlišením nacházejí uplatnění např. při řízení osy C obráběcích strojů, jako snímače úhlu nastavení přesných polohovacích stolů apod. v aplikacích, kde je rozlišení v řádu úhlových vteřin nejen výhodné, ale i nezbytné.

Obr. 1.

Obr. 1. Snímací čip AM 512 s inicializačním magnetem

Nová řada snímačů s typy RE a RM je založena na bezkontaktním magnetickém principu, který může vyhovět i tam, kde optické snímací systémy nejsou z důvodu nepříznivých pracovních podmínek vhodné. Rozlišení a přesnost současně předurčují tyto snímače pro zcela odlišný okruh úloh, než pro které jsou používány snímače řady RESR. Obě výrobní řady se výborně doplňují a umožňují najít u jednoho výrobce snímače řešení pro většinu úloh vyskytujících se v praxi.

Princip funkce

Jádrem každého magnetického snímače firmy Renishaw jsou dva základní díly – malý dvoupólový magnet a čip s maticí Hallových sond (obr. 1). Sondy v čipu snímají změny magnetického toku, které nastávají při rotaci inicializačního magnetu, a vytvářejí Hallovo napětí úměrné této změně.

Snímače reagují pouze na složku kolmou k povrchu čipu. Důmyslným návrhem matice snímacích Hallových sond se podařilo podstatně omezit vliv vnějších magnetických polí, takže snímač je schopen pracovat i v prostředí s vysokou úrovní magnetického rušení a také se vyrovnat s nedokonalostmi magnetického pole inicializačního magnetu. Hallovo napětí z jednotlivých sond snímací matice je zpracováno dalšími obvody čipu do požadovaného formátu výstupu. Způsob výroby čipu umožňuje v jenom typu čipů integrovat analogový, inkrementální i absolutní formát výstupního signálu.

Přínos magnetických snímačů

Z porovnání výrobků společnosti Renishaw s dostupnými snímači s podobným rozlišením a přesností vyplývá, že firma Renishaw řeší stejnou úlohu s minimem dílů a že konstrukce, kterou používá, je velmi odolná a spolehlivá. Řada snímačů RM je dokonce řešena jako bezkontaktní, a proto je její opotřebení nulové, nepřenáší vibrace a dovoluje pracovat při větších otáčkách.

Obr. 2.

Obr. 2. Magnetický modul RMK s rozlišením 9 bitů

Snímače řady RE/RM s jednoduchou a nápaditou konstrukcí a spolehlivou elektronikou se vyznačují v porovnání s tradičními optickými snímači mnoha přednostmi, zejména v těchto parametrech:

  • kompaktní konstrukce bez dotyku pohyblivých dílů,
  • velká odolnost proti rázům, vibracím a zrychlení,
  • malý moment setrvačnosti (pouze jeden malý pohyblivý díl),
  • velká odolnost proti špíně, prachu a řezným kapalinám (krytí až IP68),
  • provozní teplota až 125 °C,
  • spolehlivé snímání až do 30 000 min–1,
  • nízké náklady na montáž.

Sortiment

Konstruktéři zařízení vyráběných ve velkých sériích mohou v navrhované konstrukci využít čip a inicializační magnet. Pro řešení vestavných snímačů je nabízen jednoduchý komplet RMK1 bez krytí a s čipem, se základními obvody a pájecími očky pro kontakty (obr. 2). Pro standardní použití se vyrábějí zapouzdřené typy s průměrem 36 a 22 mm. Typ RM je bezkontaktní s krytím IP64 nebo IP68 a rychlostí otáčení až 30 000 min–1. Typ RE představuje klasické provedení s výstupní hřídelí a vestavěnými ložisky: snímač s vnějším průměrem 36 mm má hřídel průměru 6h6, snímač s průměrem 22 mm hřídel o průměru 4h6. Tento typ snímače je standardně s krytím IP53 a navíc s možností zvýšit krytí na IP64 nebo IP68. Přípojné rozměry snímačů jsou přizpůsobeny obvyklým zvyklostem.

Obr. 3.

Obr. 3. Zapouzdřené magnetické snímače

Snímače poskytují mnoho druhů typizovaných výstupních signálů – absolutní, inkrementální, lineární napětí, lineární proud, analogový signál se sinusovým průběhem. Rozlišení inkrementálního snímače se pohybuje od 7 b (128 poloh na otáčku) do 12 b (4 096 poloh na otáčku). Napájecí napětí může být v závislosti na požadovaném typu snímače a výstupního signálu 5 nebo 24 V.

Typické oblasti použití

Robustní konstrukce předurčuje magnetické snímače natočení od firmy Renishaw k použití v mnoha náročných úlohách, např.:

  • základ zakázkových řešení snímačů vestavěných v motorech,

  • v nastavovacích prvcích, točítkách apod.: s výhodou lze použít desku s čipem a využít bezkontaktní snímání úhlu natočení točítka,

  • v pumpách, servomechanismech a ventilech, tiskařských strojích aj.: vysoký stupeň krytí poskytuje jistotu dlouhé doby života a bezúdržbového provozu,

  • v přístrojích pro námořní použití, sanitovatelných přístrojích apod.: i zde konstruktéři ocení zejména vysoký stupeň krytí a spolehlivou konstrukci.

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