5 Vận hành thử
5.1 Truyền tín hiệu
Để tăng khả năng chống nhiễu, chúng tôi khuyến nghị sử dụng tín hiệu vi sai tuân theo tiêu chuẩn RS-422. Truyền tín hiệu cân bằng với pha tín hiệu ngược nhau có thể gần như ngăn chặn hoàn toàn nhiễu. Hầu hết các bộ điều khiển truyền động hiện đại đều hỗ trợ tùy chọn này.
Dây xoắn đôi được sử dụng để truyền các tín hiệu (A+, B+, R+) và các tín hiệu đảo tương ứng (A-, B-, R-). Tại đầu nhận, tín hiệu được tạo ra bằng cách lấy hiệu của hai mức tín hiệu.
Với truyền tín hiệu đơn đầu, mức tín hiệu thay đổi so với điện thế tham chiếu. Loại truyền tín hiệu này dễ bị nhiễu hơn. Biên độ tín hiệu trong trường hợp này bằng một nửa so với tín hiệu truyền vi sai.
Tín hiệu đầu ra tương tự tại mô-đun giao diện. Có thể sử dụng dưới dạng đơn đầu (tham chiếu đến mass) hoặc vi sai.
Tín hiệu đầu ra số tại mô-đun giao diện. Có thể sử dụng dưới dạng đơn đầu (tham chiếu đến mass) hoặc vi sai.
Điện trở kết cuối bus cho RS 422 phải là 120 Ohm.
5.2 Định nghĩa chân kết nối
5.2.1 Mô-đun giao diện tương tự và số
Đầu nối D-Sub 9 chân đực hoặc đầu hàn:
Sơ đồ chân đầu nối D-Sub 9
Sơ đồ chân đầu hàn
| Pin | Tín hiệu tương tự | Tín hiệu số | Mô tả |
|---|---|---|---|
| 1 | Ua1- | A - | Tín hiệu vuông pha |
| 2 | 0V | 0V | Mass |
| 3 | Ua2- | B - | Tín hiệu vuông pha |
| 4 | ERR NOT | ERR NOT | Tín hiệu lỗi (Low = Lỗi) |
| 5 | Ua0 - | R - | Tín hiệu tham chiếu |
| 6 | Ua1 + | A + | Tín hiệu vuông pha |
| 7 | + 5V DC | + 5V DC | Điện áp nguồn |
| 8 | Ua2 + | B + | Tín hiệu vuông pha |
| 9 | Ua0 + | R + | Tín hiệu tham chiếu |
Đầu nối Micro Match 10 chân đực:
Sơ đồ chân đầu nối Micro Match 10P
| Pin | Tín hiệu tương tự | Tín hiệu số | Mô tả |
|---|---|---|---|
| 1 | nc | nc | |
| 2 | Ua1 + | A + | Tín hiệu vuông pha |
| 3 | + 5V DC | + 5V DC | Điện áp nguồn |
| 4 | Ua2 + | B + | Tín hiệu vuông pha |
| 5 | Ua0 + | R + | Tín hiệu tham chiếu |
| 6 | Ua1 - | A - | Tín hiệu vuông pha |
| 7 | 0V | 0V | Mass |
| 8 | Ua2 - | B - | Tín hiệu vuông pha |
| 9 | ERR NOT | ERR NOT | Tín hiệu lỗi (Low = Lỗi) |
| 10 | Ua0 - | R - | Tín hiệu tham chiếu |
5.2.2 Cáp cảm biến linh hoạt
Lưu ý: Thông tin này chỉ liên quan đến khách hàng xử lý trực tiếp tín hiệu thô và do đó không sử dụng mô-đun giao diện hiện có.
Kết nối chân của cáp cảm biến linh hoạt
| Pin | Tín hiệu | Mô tả |
|---|---|---|
| 1 | PZ | Tín hiệu thô tham chiếu |
| 2 | GND | Mass |
| 3 | NZ | Tín hiệu thô tham chiếu |
| 4 | +5V DC | Điện áp nguồn |
| 5 | Diode | Cấp nguồn chiếu sáng |
| 6 | PSIN | Tín hiệu thô sine |
| 7 | NSIN | Tín hiệu thô sine |
| 8 | PCOS | Tín hiệu thô cosine |
| 9 | NCOS | Tín hiệu thô cosine |
5.3 Bộ điều khiển
MINISCALE PLUS tương thích với mọi bộ điều khiển có cổng bộ mã hóa gia số cho tín hiệu 1 Vpp (sine/cosine tương tự) hoặc cổng RS-422 (TTL số). MINISCALE PLUS có thể kết nối với đầu vào bộ mã hóa RS-422 hoặc RS-485.
Các mô-đun phù hợp có sẵn từ các nhà sản xuất bộ điều khiển hàng đầu, bao gồm Siemens, Beckhoff, ACS, v.v.
Đối với các ứng dụng đơn giản, có thể sử dụng bộ đếm USB (ví dụ từ Heilig & Schwab; xem danh mục sản phẩm phần 5.2) để kết nối trực tiếp MINISCALE PLUS với máy tính.
Tần số đầu vào tối đa phải được xem xét khi lựa chọn bộ điều khiển. Tần số lên đến 8 MHz có thể xảy ra tùy thuộc vào tốc độ di chuyển và độ phân giải. Xem phần 6.4 để biết các ví dụ tính toán.
Bộ điều khiển với cổng bộ mã hóa tín hiệu 1 Vpp hoặc tín hiệu vuông pha
5.3.1 Cài đặt
Đối với tín hiệu tương tự
Tín hiệu tương tự phải được nội suy trong thiết bị do khách hàng cung cấp để đạt được độ phân giải phù hợp. Chu kỳ tín hiệu tương ứng với khoảng cách 100 μm.
Ví dụ: Chu kỳ tín hiệu 100 μm, hệ số nội suy 250 và đánh giá bốn cạnh cho ra độ phân giải 0,1 μm.
Đối với tín hiệu số
Kích thước bước trong bộ điều khiển truyền động phải được cấu hình theo độ phân giải đã chọn và loại đánh giá cạnh.
Độ phân giải tiêu chuẩn của MINISCALE PLUS là 0,1 μm. Có thể đặt hàng tùy chọn độ phân giải 1 μm hoặc 10 μm.
Hầu hết các bộ điều khiển cho phép lựa chọn loại đánh giá cạnh. Các lựa chọn là đánh giá bốn cạnh, hai cạnh và một cạnh (xem phần 6.3).
5.4 Kiểm tra chức năng
Đèn LED xanh sẽ sáng nếu MINISCALE PLUS được cấp nguồn đúng cách.
Mô-đun giao diện không có cáp cảm biến linh hoạt MINISCALE PLUS. Cả đèn LED xanh và đỏ đều sáng.
Mô-đun giao diện với cáp cảm biến linh hoạt MINISCALE PLUS kết nối đúng cách. Đèn LED xanh sáng.
Nếu bàn trượt đang trên thanh dẫn hướng và đèn LED sáng đỏ mặc dù cáp cảm biến linh hoạt đã được cắm vào, cần tìm lỗi bằng bảng trong chương 9.2 "Mô tả lỗi".
| LED | Không có nguồn | Có nguồn, hoạt động bình thường | Tình trạng lỗi |
|---|---|---|---|
| Đỏ | Không sáng | Không sáng | Sáng đỏ |
| Xanh | Không sáng | Sáng xanh | Sáng xanh |
Trạng thái của mô-đun giao diện được hiển thị điện tử qua đầu ra ("ERR NOT"). ERR NOT là đầu ra 5 volt (mức TTL), trong đó "tín hiệu thấp" = "lỗi đang chờ xử lý" và "tín hiệu cao" = "không có lỗi".
Tín hiệu lỗi phải được kết nối với đầu vào có trở kháng cao. Nếu trở kháng đầu vào quá thấp, dòng điện sẽ chạy qua đèn LED đỏ và khiến nó phát sáng yếu.
6 Nguyên lý kỹ thuật
6.1 Thông số hiệu suất của MINISCALE PLUS
| Gia tốc tối đa | 300 m/s² |
| Tốc độ tối đa | 5 m/s (tương tự), 3,2 m/s (số) |
| Cấp tải trước | V1 Tải trước 0 đến 0,03 C (C = tải trọng động danh định) |
| Cấp chính xác | G1 |
| Vật liệu | |
| - Thanh dẫn hướng, bàn trượt, ổ bi | Thép không gỉ, tôi thấu quang |
| - Vòng tuần hoàn bi | POM |
| Lĩnh vực ứng dụng | |
| - Dải nhiệt độ (1) | -40 °C đến +80 °C (-40 °F đến +176 °F) |
| - Chân không | Theo yêu cầu |
| - Độ ẩm | 10 % đến 70 % (không ngưng tụ) |
| - Phòng sạch | Cấp phòng sạch ISO 7 hoặc ISO 6 (theo ISO 14644-1) |
| Độ phân giải | Đầu ra TTL 0,1 μm (3) (tùy chọn: 1 μm / 10 μm) |
| Độ chính xác (2) | 1000 mm ± 5 μm (4) |
| Độ lặp lại (2) | Một chiều ± 0,1 μm Hai chiều ± 0,2 μm (với độ phân giải 0,1 μm) |
| Thước đo kích thước | Bước 100 μm, chiều dài tối đa 1000 mm Hệ số giãn nở nhiệt 11,7 × 10-6 K-1 |
| Điện áp nguồn | 5 V DC ± 5 % |
| Dòng tiêu thụ (điển hình) | 60 mA (tương tự) / 90 mA (số) |
| Tín hiệu đầu ra | Tương tự: 1 Vpp (tại 120 Ω) Số: TTL theo tiêu chuẩn RS 422 |
| Định dạng nguồn | Tín hiệu sin/cos tương tự vi sai với xung tham chiếu, hoặc Tín hiệu số nội suy vi sai (A, B, R) Tín hiệu tham chiếu được đồng bộ với tín hiệu gia số |
(1) Chất bôi trơn tiêu chuẩn bao phủ dải nhiệt độ từ -20 °C đến +80 °C. Chất bôi trơn cho các nhiệt độ khác có sẵn theo yêu cầu từ SCHNEEBERGER.
(2) Các giá trị áp dụng ở nhiệt độ phòng 20 °C (68 °F).
(3) Lưu ý tần số tín hiệu cao ở độ phân giải cao và tốc độ cao.
(4) Giao thức tuyến tính có sẵn theo yêu cầu.
6.2 Độ chính xác hệ thống
6.2.1 Độ chính xác hệ thống
Độ chính xác hệ thống bao gồm sai lệch sóng dài (tuyến tính của thước đo kích thước) và sai lệch sóng ngắn (ví dụ độ chính xác nội suy) của hệ thống quét (cảm biến và mô-đun giao diện). Các giá trị độ chính xác được tham chiếu ở nhiệt độ phòng 20 °C (68 °F).
Sai lệch sóng dài
Tuyến tính của thước đo kích thước được tham chiếu theo toàn bộ chiều dài thanh dẫn hướng. Ở chiều dài này, sai lệch của thước đo kích thước luôn nhỏ hơn ± 5 μm so với thước lý tưởng.
Sai lệch sóng ngắn
Tất cả các hệ thống đo khoảng cách gia số đều bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng sai lệch tuần hoàn. Sai lệch tuần hoàn này, còn được gọi là sai lệch sóng ngắn, xảy ra do các sai lệch nhỏ trong hệ thống cảm biến hoặc xử lý tín hiệu điện. Điều này có nghĩa là các tín hiệu sine và cosine lệch khỏi dạng toán học chính xác. Nếu sai lệch tuần hoàn chỉ xảy ra trong quá trình số hóa và tính toán vị trí, thì đó được gọi là lỗi nội suy.
Sai lệch sóng ngắn của MINISCALE PLUS luôn nằm trong phạm vi ± 0,6 μm.
Tuyến tính của thước đo kích thước được ghi lại cho từng hệ thống và có thể cung cấp cho khách hàng theo yêu cầu. Bản ghi luôn tương ứng với một thanh dẫn hướng cụ thể (xem số thanh dẫn hướng).
Độ chính xác hệ thống được xác định bởi sai lệch sóng dài và sai lệch sóng ngắn.
Đường đứt nét đỏ (dày): Sai lệch sóng dài tối đa dương/âm [+/- 3 μm]
Đường liền xanh: Sai lệch tuyệt đối của thước đo kích thước
Đường đứt nét đỏ (mỏng): Sai lệch sóng ngắn tối đa dương/âm của hệ thống cảm biến [+/- 0,6 μm]
6.3 Nội suy
Trong các ứng dụng đo khoảng cách, nội suy có nghĩa là chuyển đổi tín hiệu của các tín hiệu đầu vào tương tự thành tín hiệu đầu ra số có chu kỳ tín hiệu nhỏ hơn. Điều này là cần thiết vì không thể tạo trực tiếp các giá trị đọc bộ đếm và/hoặc vị trí từ tín hiệu tương tự.
Hệ số nội suy xác định tỷ lệ chu kỳ tín hiệu từ tín hiệu đầu vào tương tự sang tín hiệu đầu ra số.
Đầu ra của quá trình nội suy là tín hiệu vuông pha, tức là hai dạng sóng xung có độ lệch pha 90°. Độ phân giải được xác định bởi khoảng cách giữa hai cạnh của tín hiệu vuông pha.
Các tín hiệu đầu vào tương tự (sin, cos, REF) được nội suy (mũi tên đỏ) thành tín hiệu đầu ra số (+A, +B, +R). Các tín hiệu đảo (-A, -B, -R) không hiển thị.
1. Tín hiệu đầu vào tương tự: sin, cos, REF
2. Tín hiệu đầu ra số: +A, +B, +Z
3. Thiết bị điện tử hạ nguồn
4. Nội suy
5. Truyền tín hiệu
6. Tín hiệu đầu vào tương tự (cos)
7. Tín hiệu đầu vào tương tự (sin)
8. Tín hiệu đầu vào tương tự (REF)
9. Tín hiệu đầu ra số (+A)
10. Tín hiệu đầu ra số (+B)
11. Tín hiệu đầu ra số (+Z)
12. Bộ đếm đo lường, PC, bộ điều khiển máy, v.v.
6.4 Đánh giá tín hiệu số
Các tín hiệu số, bao gồm hai tín hiệu gia số A và B cùng tín hiệu tham chiếu R, được truyền đến thiết bị điện tử hạ nguồn. Đây có thể là màn hình hiển thị đơn giản, PC hoặc bộ điều khiển máy.
Thiết bị điện tử hạ nguồn xác định giá trị vị trí từ các tín hiệu số bằng cách đếm các cạnh tín hiệu. Chiều đếm được xác định từ mối quan hệ pha của tín hiệu A và B. Tùy thuộc vào số cạnh được đánh giá, ta phân biệt:
1. Đánh giá một cạnh
Chỉ đếm một cạnh mỗi kênh. Do đó một bước đo sẽ tương ứng với một chu kỳ tín hiệu số.
2. Đánh giá hai cạnh
Cả cạnh lên và cạnh xuống của một kênh đều được đếm. Do đó một bước đo sẽ tương ứng với một nửa chu kỳ tín hiệu số.
3. Đánh giá bốn cạnh
Cả cạnh lên và cạnh xuống của cả hai kênh đều được đếm. Do đó một bước đo sẽ tương ứng với một phần tư chu kỳ tín hiệu số.
1. Đánh giá một cạnh 2. Đánh giá hai cạnh 3. Đánh giá bốn cạnh
4. Trong mỗi trường hợp là một bước đo 5. Độ phân giải 6. Chu kỳ tín hiệu số
6.4.1 Độ phân giải
Độ phân giải là sự thay đổi vị trí nhỏ nhất có thể đo được của hệ thống đo lường. Điều này tương ứng với khoảng cách giữa hai cạnh của tín hiệu vuông pha. Độ phân giải được xác định bởi chu kỳ của tín hiệu tương tự, hệ số nội suy và phương pháp đánh giá.
Ví dụ tính toán độ phân giải (A)
| I Hệ số nội suy (mặc định) | 250 |
| P Chu kỳ tín hiệu đầu vào | 100 μm |
| E Đánh giá (4 cạnh) | hệ số = 4 |
A = PI × E = 100 μm250 × 4 = 0,1 μm
6.5 Tần số tín hiệu
Tần số tín hiệu tại đầu ra mô-đun giao diện phụ thuộc vào tốc độ di chuyển và độ phân giải (mô-đun số) hoặc số gia của thước đo kích thước (mô-đun tương tự). Để đảm bảo không mất bước, tần số đầu vào tối đa của bộ điều khiển phải lớn hơn tần số đầu ra tối đa được tính toán của mô-đun giao diện.
f = vP
f = Tần số (Hz) v = Tốc độ (m/s) P = Số gia (m)
6.5.1 Ví dụ tính toán cho MINISCALE PLUS tương tự
| v Tốc độ di chuyển | 2 m/s |
| P Chu kỳ tín hiệu (tương ứng với số gia của thước đo kích thước) | 100 μm |
f = vP = 2 m/s100 × 10-6 m = 20.000 Hz = 20 kHz
6.5.2 Ví dụ tính toán cho MINISCALE PLUS số
Tần số đầu ra tối đa của mô-đun giao diện số là 8 MHz mỗi kênh. Điều này có nghĩa là tín hiệu A và tín hiệu B mỗi tín hiệu có thể có tần số tối đa 8 MHz. Với đánh giá bốn cạnh của tín hiệu A/B, tốc độ đếm là 32 MHz, tương ứng với tốc độ tối đa 3,2 m/s ở độ phân giải 0,1 μm.
Hiệu suất tối đa của MINISCALE PLUS số
| v Tốc độ tối đa | 3,2 m/s |
| A Độ phân giải | 0,1 μm |
| P Chu kỳ tín hiệu số (4 × độ phân giải) | 0,4 μm |
Tính toán tần số đầu ra tối đa của mô-đun giao diện, tương ứng với dải tần số đầu vào tối thiểu cần thiết của bộ điều khiển:
f = vP = 3,2 m/s0,4 × 10-6 m = 8.000.000 Hz = 8 MHz
Tính toán tần số đếm tối thiểu cần thiết của bộ điều khiển (với đánh giá 4 cạnh):
fcount = vA = 3,2 m/s0,1 × 10-6 m = 32.000.000 Hz = 32 MHz
Ví dụ tính toán tốc độ v
Theo chiều ngược lại, có thể tính toán tốc độ hoặc độ phân giải từ tần số đã cho (ví dụ bị giới hạn bởi bộ điều khiển đã chọn).
| f Tần số đầu vào tối đa của bộ điều khiển | 1 MHz |
| A Độ phân giải | 0,1 μm |
| P Chu kỳ tín hiệu số (4 × độ phân giải) | 0,4 μm |
Vmax = f × P = 1 MHz × 0,4 μm = 0,4 m/s