עיצובים חדשניים של חיישן ללא מגע וילודי עבור קווי ייצור מהירים

קווי ייצור מהירים דורשים מדידה מדויקת ואמינה של מהירות כדי לשמור על איכות המוצר, יעילות תהליכים ובטיחות ציוד. חיישנים מבוסס מגע מסורתי, כגון גלגלי קודר או tachometers, סובלים מלבוש מכני, זמני תגובה מוגבלים, והפרעות תחזוקה תכופים.בסביבות שבהן ייצור מהירויות גבוהות יותר מ -20 מטרים לשנייה, אלה חסרונות הופכים לצווארוני בקבוק קריטיים.

הבנה ללא מגע ואלימות רגישה

חיישני מהירות מגע מודדים את מהירות האובייקט ביחס לחיישן באמצעות תופעות פיזיות לא מגע.בניגוד חיישנים הדורשים הפיכה פיזית - לעתים קרובות באמצעות גלגלים, רולרים, או קודרים מגנטיים - החיישנים האלה מסתמכים על אותות פולטים או שינויים בשטח.העדר מגע מבטל חיכוך מכני, מפחית את הלבוש, ומאפשר מדידה של משטחים שבריריים, חמים או מהירים.

חיישן אלקטרומגנטי

חיישני מגע אלקטרומגנטיים פועלים על פי חוק החדירה או וריאציות של פאראדיי בתחומים מגנטיים הנגרמים על ידי העברת חומרים התנהגותיים.שני תת-קרקעיות עיקריות משמשות באופן נרחב בייצור מהיר:

(FLT:0 חיישנים אינדוקטיביים (InductiveחיישניםFLT:1): אלה יוצרים שדה מגנטי משתנה גבוה.כאשר אובייקט מתכתי עובר דרך השדה, זרמי אדדי מושרה, משנים את הדחף השדה.החיישנים מזהים שינויים אלה וחושפים מהירות מקצב השינוי.
(FLT:0 MagnetoresistiveחיישניםFLT:103) חומרים אלה אשר עמידות חשמלית משתנה בתגובה לשדה מגנטי חיצוני.כאשר מטרה מגנטית (למשל, שן הילוכים פרוטרומגנטיים) עובר בקרבת מקום, וריאציות ההתנגדות הוא פרופורציה למהירות. חיישנים מגנטיים מציעים רגישות גבוהה מאוד ושפל, מה שהופך אותם מתאימים לגילוי עדין ביישומים ברזולוציה גבוהה.

חידושים אחרונים בעיצוב חיישן אלקטרומגנטי כוללים עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) המסנן רעש חשמלי ומאפשר הפעלה בסביבות קשות מבחינה חשמלית. יצרנים גם פיתחה סלילים Planar על תת-שכבות גמישות, המאפשר חיישנים להיות רכובים על משטחים מעוקלים או באזורים מוגבלים בחלל.

חיישנים אופטיים

חיישני מהירות אופטיים משתמשים בלייזר או בבלוטות LED כדי לעקוב אחר תנועת פני השטח.הסוגים הנפוצים ביותר הם לייזר Doppler vibrometers (LDV) ו- אופטית מערכות LDV מודדות את השינוי התדירות של האור שמשתקף משטח נעים - אפקט Doppler - וממיר אותו למהירות. אלה להשיג פתרון מיקרומטר לשנייה ויכולים ללכוד עד 300 m / הם לא מושפעים על ידי חומרים פלסטיים או ממתכת.

קודים אופטיים, בעוד שבדרך כלל משמשים למדידות ריקות, מותאמים ליישומים מהירים ליניאריים.הם מדגימים דפוס של אור על סולם נעים וגלו את עקירת התבנית באמצעות פוטודקנים.הקודרים המודרניים משתמשים במערךים רב ערוצים והתערבות כדי להשיג דיוק תת-מיקרוני במהירויות ליניאריות מעל 10/s.

חיישנים אופטיים מבוססי מצלמה מופיעים גם בקווים מיוחדים.מצלמות מהירות גבוהה בשילוב עם אלגוריתמי ראיית מכונה יכולים לעקוב אחר תכונות על מוצר ומהירות ניתוק באמצעות ניתוח מסגרת-by-frame. בעוד אינטנסיבי חישובי, שיטה זו מספקת גמישות לצורות לא סדירות או כאשר מהירות החדירה על פני פני משטח נדרש.

חיישנים לא חוקיים

חיישני מהירות אולטרה סאונד פולטים גלי קול בתדרים מעל שמיעה אנושית לנתח את השינוי תדרי החזרה (Doppler) או שינויים בזמן טיסה.חיישנים אלה עובדים היטב על כל חומר המשקף צליל - ליקואידים, מוצקות ואפילו אבקות. היתרון העיקרי שלהם הוא סובלנות, ערפל, ומכשולים אופטיים. בקווים ייצור במהירות גבוהה שבו חיישנים אופטיים עשויים להיכשל עקב עצירות או חיישנים חלקיים, להמשיך באופן עקבי כדי להמשיך באופן לא מדויק.

שיפורים עיצוביים אחרונים כוללים תצורה כפולה-טרנסדר המאפשרת במקביל במעלה הזרם ומדידת מטה הזרם, הצטברות לטמפרטורה ולגוון לחות. מעבדי אותות דיגיטליים עכשיו לבודד את רכיב המהירות מרעש רקע, המאפשר קריאה מדויקת אפילו כאשר החיישן רכוב ליד מכונות אחרות.חיישנים אולטרה סאונד בדרך כלל פועלים עד מהירויות של 20 / s, מה שהופך אותם מתאימים עבור יישומים רבים של שידור ואריזות אבל פחות עבור קווי מתכת גבוהה.

תכונות עיצוב חדשניות

חיישני מהירות ללא מגע מודרניים כוללים מספר תכונות עיצוב אשר מרחיבים את השירות שלהם מעבר למדידה בסיסית:

(FLT:0)MiniaturizationFLT:1: Advanced MEMS ו- ASIC האריזה הפחיתו את עקבות החיישן לכמה סנטימטרים מעוקבים.זה מאפשר התקנת בחללים הדוקים כגון בין משדרים או בתוך מפרקי רובוטים מבלי להפריע לתנועה מכנית.
(FLT:0) העברת נתונים ללא תשלום (Wireless dataringFLT:1): חיישנים עם Bluetooth משולב או מודולי Wi-Fi לשדר נתונים מהירים למערכת בקרה מרכזית ללא קנונית נרחבת.זה מקטין את עלויות ההתקנה ומאפשרים רטרוfitting על קווי מורשת.חלק מהיחידות משתמשות בקצירת אנרגיה מרטט מתחומים ממתחים או מגנטיים כדי לכפות את הקישור האלחוטי, להשיג ניתוח אוטונומי.
(FLT:0) עיבוד אותות משולבים עיבוד אותות: Onboard DSP ו- שדה-Programmable שער מערך (FPGAs) לבצע סינון בזמן אמת, זיהוי סף חישוב מהירות.זה מזרז עיבוד של מרכזי PLCs ומפחית את הגמישות. חיישנים רבים עכשיו תפוקת מהירות בפרוטוקולים תעשייתיים משותפים כגון IO-Link, ECAT, או NET.
(FLT:0) מתחם רוסבוסט:1: חיישנים שנועדו לסביבות קשות כוללים דירוגים IP67 או IP69K, דיור פלדה אל-חלד, ומחברים חתומיים.הם עומדים בפני שטף לחץ גבוה, טמפרטורות קיצוניות (- 40 מעלות צלזיוס ל- +125 מעלות צלזיוס), ונטורטט עד 20 גרם.
(FLT:0) self-calibration ואבחון ; 1:1: אלגוריתמים חדשניים מזהים סחף מדידה הנגרמת על ידי שינויים טמפרטורה או הזדקנות רכיב, באופן אוטומטי לתקן ללא התערבות ידנית.
(FLT:0) יכולות Multi-axis יכולת LT:1; כמה חיישנים יכולים למדוד מהירות לאורך שני או שלושה צירים בו זמנית.זה ערך למעקב אחר תנועה מורכבת בזרועות רובוטיות או תחבורה ליניארית שבה הכיוון של התנועה משתנה במהירות.

תכונות עיצוב אלה להפחית באופן קולקטיבי את העלות הכוללת של בעלות על ידי צמצום זמן השבתה, פשט את האינטגרציה, ולהגדיל את תוחלת החיים של חיישן.

יישומים בייצור מהיר

חיישני מהירות ללא מגע מופרסים על פני ספקטרום רחב של תעשיות.היכולת שלהם לספק משוב מדויק, בזמן אמת הוא קריטי עבור סינכרוניזציה תהליכים, שמירה על איכות המוצר, ולהבטיח בטיחות המפעילה.

ייצור Semiconductor

בציוד טיפול ופוטוטליתוגרפיה, בקרת מהירות מדויקת של של שלבי תרגום ו chucks מסתובבת היא חיונית. חיישנים אופטיים, במיוחד לייזר Doppler vibrometers, למדוד את מהירויות שלב עם יציבות ברמת ננומטר.חיישנים אלה מאפשרים משוב חד פעמי עבור מנועים שלב, להבטיח דיוק יתר ובאמצעות מגע פיזי שיכול ליצור חלקיקים.

הרכב הרכב

קווי רכב מהירים משתמשים בחיישנים אלקטרומגנטיים על מערכות העברת נושאים בלוקים, שידורים ופאנלים גוף.חיישנים אלה לזהות סטיית מהירות שיכולה להצביע על ריבים, ללבוש חגורה, או חלקים לא מזוהים. על קווי השקיה, חיישנים אופטיים לפקח מהירות הזנות חוט בזמן אמת, למנוע חיישנים מולדים אולטרה סאונד לאמת איזון על ידי מדידה של מהירות סיבובית במהלך בדיקות דינמיות.

אריזה ולייבל

בקווי אריזה הפועלים במאות יחידות לדקה, חיישנים ללא מגע מסנכרנים את האכלה הסרט, מיקום המוצר, ויישומים התווית. קודים אופטיים רכובים על רולרים סרטניים להבטיח חתכים מדויקים עבור חיישנים גמישים.אסאונד עובד בתוך מנהרות מתכווץ שבו קיטור חום להפחית את החשיפה אופטית.

עיבוד נייר וטקסט

בד ונייר אתרי אינטרנט לנסוע במהירות עד 100 מ"מ באמצעות calendering, ציפוי, ותחנות סלפטינג. חיישנים ללא מגע - לעתים קרובות אופטי - מהירות אינטרנט כדי לשמור על מתח ולמנוע דמעה. חיישנים אלקטרו מגנטיים לזהות מדבקי מתכת בזרמים נייר ממוחזר. למערכות מצלמה מהירה גבוהה למדוד את המהירות של חוטים בודדים במכונות טקסטיל כדי להתאים מהירויות דינמיות.

הדפסה וממיר

הודעות פורנוגרפיות וגמישות מסתמכות על מהירות מדויקת בין יחידות הדפסה, תנורי יבשה, ו-Rewinders. Contactless מהירות חיישני להבטיח שכל יחידה פועלת באותה מהירות ליניארית כדי להימנע מנטילת שגיאות או רישום. חיישנים מגנטיים אופטיים להתמודד עם מהירויות מעל 500 m /min, בעוד עיבוד אותות משולב שולח תיקונים מיידיים כדי להניע בקרים.

ניתוח השוואתי: מגע מול חיישנים ללא מגע

כדי להעריך את הערך של חיישני מהירות ללא מגע, מומלץ להשוות אותם ישירות עם עמיתיהם מבוסס מגע:

(FLT:0) Wear and MaintenanceFLT:1: חיישני מגע יש חלקים רוטטים (למשל, גלגלי קודר, גלי חגורת חגורת) כי חיישנים ללא מגע אין חלקים נעים, צמצום באופן דרסטי של תחזוקה ועלויות החלפת.
(FLT:0)Responsevent TimeFLT:1: אינרציה מכנית בחיישנים ליצירת קשר מציגה שקיפות, בדרך כלל בטווח ה- מילימטרי השניות. חיישנים ללא מגע באמצעות השפעות אלקטרומגנטיות או אופטיות מספקים תגובה כמעט בלתי שפויה, חיונית לשליטה מהירה קו.
(FLT:0) דיוקנות במהירויות גבוהות יותר של 1FLT: חיישני מגע יכולים להחליק במהירויות גבוהות או על משטחים חלקיים, חלקלקים, מה שמוביל לשגיאות מדידה.
(FLT:0) עמידות פנימית של כוח האדם 1FLT: חיישני מגע רגישים לתנוחה, אבק וטמפרטורות קיצוניות שיכולים לגרום לכשל או להפיכה של חיישנים חסרי מגע, כאשר הם סגורים כראוי, לפעול באופן אמין בתנאים קשים.
(FLT:0) מגבלות של אינטואיציה:1: חיישני מגע דורשים גישה פיזית לחלק הנעים ולעתים קרובות זקוקים להתאמות מכניות.חיישנים ללא מגע יכולים להיות רכובים במרחק, מפשטים את הרתיעה על ציוד קיים.

השוואה זו מבהירה כי טכנולוגיה ללא מגע אינה רק אבולוציה אלא שינוי יסודי בייצור מהיר הדורש מינימום ירידה.

מגמות עתידיות ב-Valocity Sensing

התחום ממשיך להתקדם עם טכנולוגיות מתפתחות המבטיחות ביצועים ואינטגרציה גדולים יותר:

(FLT:0) AI-oriented self-tuninging:1; אלגוריתמי למידת מכונות מוטבעים בשחיקה כדי להתאים באופן אוטומטי רווח, סינון והגדרות סף בהתבסס על תנאים בזמן אמת.
(FLT:0) מחשוב ו-IoTFLT:1: חיישנים עם מיקרובקרים בנוי יכול לעבד נתונים מהירות מקומית, שליחת רק מדדים מצטברים או אזעקה לענן.זה מקטין את דרישות רוחב הפס ומאפשר ניטור ציפי על פני קווים מרובים.
(FLT:0) חומרים מתקדמים FLT:1: מחקר לתוך חיישני השדה המגנטי מבוסס גרפן גבישים פוטוניים מבטיח חישה הזמנות של גודל גבוה יותר מאשר מכשירים סיליקון הנוכחי.חומרים אלה יכולים לאפשר מדידה מהירה ברזולוציה תת-מטר, פתיחת יישומים ב nanoטכנולוגיה וייצור אופטי דיוק.
(FLT:0 חיישנים מהונדסים FLT:1): חיישנים היברידיים המשלבים אלמנטים אלקטרומגנטיים אופטיים או אופטיים או קוליים לתוך חבילה אחת נמצאים בפיתוח.אלה יכולים למדוד מהירות, מיקום וטמפרטורה בו זמנית, לספק נתונים של תהליך מקיף ממכשיר אחד.
(FLT:0) אוטונומיה אוטונומיה אנרגטית (FLT:1): איסוף אנרגיה ממקורות נוחים – שחיברות, ⁇ תרמיים, רדיו ⁇ - יגרום לחיישנים לחלוטין מופעלים, חיסול החלפת סוללות וחיפוש אחר מקומות מרוחקים.

ככל שהמגמות הללו בוגרות, חיישני מהירות ללא מגע יהפכו אפילו יותר חיוניים במפעלים חכמים של העתיד.

המונחים: high-Speed Lines

בחירת חיישן מגע נכון דורש ניתוח זהיר של היישום הספציפי:

(FLT:0) תכונות אוויריות FLT:1: עבור מתכות מפרות, חיישנים אלקטרומגנטיים הם עלות-תועלת. עבור לא-metals כמו פלסטיק, זכוכית, או נייר, חיישנים אופטיים או קול הם הכרחיים.
(FLT:0Speed RangeFLT:1) אישר כי המהירות המקסימלית של חיישן עולה על מהירות התפעול המקסימלית של קו עד 20% לפחות כדי לאפשר פתרון מעבר לטווח ארוך.
(FLT:0) גורמים עצביים של ההרחבה:1: אבק, לחות, קיצוניות טמפרטורה ורעש חשמלי חייב להיחשב.חיישנים אופטיים עשויים לדרוש מערכות טיהור אוויר בסביבות מעורכות; חיישניים קוליים מטפלים בחומרה טובה יותר.
(FLT:0) מרחק והיערכות של מרחק ויפוך לאחור: לכל סוג חיישן יש סובלנות מרחוק מוגדרת.חיישנים אופטיים דורשים קו-of-sight ברור, בעוד חיישנים אלקטרומגנטיים יש דרישות פער אוויריות ספציפיות.
(FLT:0) אינטגרציה עם מערכת הבקרה של מערכת הבקרה: בחר חיישנים עם פרוטוקולים תקשורת תעשייתיים התואמים את PLCs קיים. IO-Link הוא פופולרי עבור משוב מהיר פשוט, בעוד EtherCAT מציע חילופי נתונים במהירות גבוהה עבור תיאום רב-אקסי.
(FLT:0) עלות הבעלות על בעלות על בעלות על בעלות: התקנה, תחזוקה ופוטנציאל עלויות זמן השבתה. חיישנים ללא מגע בדרך כלל יש עלות גבוהה יותר, אך מציעים TCO נמוך יותר במשך שנים רבות של פעולה.

עבודה עם ספקים המספקים תמיכה הנדסית יישומים יכולה לעזור להימנע ממלכודות נפוצות. יצרני חיישן רבים מציעים כלי בחירה מקוונים או שירותי בדיקות מדגם.

מסקנה

חיישנים מהירים הפכו קווי ייצור מהירים על ידי מתן מדידה מדויקת, אמינה, ותחזוקה ללא תשלום.באמצעות חידושים באלקטרומגנטיות, אופטית וטכנולוגיות קוליות, החיישנים האלה פועלים כעת בסביבה התעשייתית הקשה ביותר, תוך מתן זמני תגובה תת-מילוליים: תכונות עיצוב כגון miniaturization, תקשורת אלחוטית, עיבוד משולב מאפשר שילוב חלק במערכות אוטומציה מודרניות.