Servo motor performansında ince ayar yapmak için şu anda mevcut olan geri besleme cihazlarını ve hareket kontrolü uygulamanız için doğru türü nasıl seçeceğinizi anlamak çok önemlidir.
Servo motorla çalışan hareket kontrolü sistemlerinin hızlı ve doğru olması beklenir ve bu sistemler, doğru şekilde belirtildiklerinde öyledirler. Fakat motorların hedefi kaçırmasına neden olabilecek çok sayıda etmen vardır.
Servo sistemi, yalnızca motorun konumunu bildiren geri besleme cihazı kadar doğru performans gösterebilir. Ayrıca motor gücünü yüke aktaran kusursuz olmayan mekanizmalar, sistemde hız veya konum hatalarına yol açabilir. Elektriksel gürültü veya sıcaklık gibi çevresel etmenler de konumlandırma hatalarına yol açabilir.
Bu hatalar bazen kabul edilebilir. Çoğunlukla ise kabul edilemez. Servo motorlar ve tahrikler, tüm konumlandırma sistemlerinin en güvenilir ve doğru birimleri olacakları beklentisiyle belirtilirler.
İstenen sonuçları elde etmek için geri besleme cihazı tercihiniz son derece önemlidir. Bu cihazlar, hem elektriksel hem de mekanik açıdan benzersiz avantajlar ve dezavantajlar sunan birkaç kategoriye ayrılır. Bu kategorilerden her biri, belirli bir geri besleme teknolojisinin belirli bir uygulama için en uygun olup olmadığını belirler. En önemli seçim kriterlerinin üst düzey bir görünüm aşağıda belirtilmektedir.
Geri besleme cihazı konumu
Bir geri besleme cihazının ideal konumu, hareket kontrolü gereksinimlerinin en doğrudan şekilde uygulandığı yüktür. Bu düzenleme, motorun hareketini yüke aktaran dişli kutuları, kayışlar, kasnaklar ve bilyalı vidalar gibi kusursuz olmayan şanzıman bileşenlerinin neden olduğu hataları azaltır. Geri besleme cihazları genellikle motorun içine monte edilirken yüke bir geri besleme cihazı eklemek, şanzıman tahrikli sistemlerde doğruluğu önemli ölçüde artırabilir.
Fırçasız motorlar, elektronik komütasyon için anında rotor konumu verisi sağlamak adına konum geri beslemenin motora entegre edilmesini gerektirir (aşağıda açıklanmıştır). Motor montajlı bir geri besleme cihazı kullanırken hatanın kabul edilebilir olup olmadığını belirlemek adına şanzıman ve geri besleme cihazıyla ilişkili döngüsel ve kümülatif hatayı belirlemek önemlidir.
Doğrudan tahrikli servo motorlar, dâhilî geri besleme cihazının doğrudan yüke etkili bir şekilde bağlanması ve bu sayede şanzıman uyumluluğunu ve geri tepmeyi ortadan kaldırması açısında avantajlıdır. Bu, daha az bileşen ve daha az bakım avantajları dışında bir avantaj olup doğrudan tahrikli motorları hassas hareket ve yüksek bant genişliği gerektiren uygulamalar için ideal hâle getirir.
Komütasyon
Komütasyon, akımın tork üretmek için kontrol edilmesidir. Sabit mıknatıslı motorlarda tork, sarımlardan gelen manyetik alan mıknatıstan gelen alanla etkileşime girdiğinde üretilir. Akım uygun sarımlara yönlendirildiğinde ideal tork üretilir.
Motor hareket ettikçe sarımların mıknatıslara göre konumu değişir. Bu, motor konumuna bağlı olarak akımı yönlendirmek için ideal yolun değiştiği anlamına gelir.
Fırçalı bir motorda yol, armatür sarımlarına bağlı fırçalar ve bir komütatör aracılığıyla otomatik olarak değişir. Fırçasız bir motorda rotor konumu, tekrar tahrike besleme yapar. Tahrik de daha sonra akımı transistörler aracılığıyla uygun sarımlara elektriksel olarak aktarır.
Tek dönüşlü veya çok dönüşlü geri besleme
Tek dönüşlü geri besleme sensörleri, her 360º mekanik dönüş boyunca konumu izler. Bu, bir konveyör bandının hızını kontrol etmek istediğinizde yararlı olabilir. Bu örnekte hız, bir silindirin zaman içindeki konumundan türetilebilir ancak silindir dönüş sayısı önemsizdir. Fakat yükü belirli bir mesafeye taşımak için motor milinin birden fazla kez dönmesini gerektiren bir uygulamada tek dönüşlü bir cihaz uygun olmaz ve söz konusu mesafenin hassas bir şekilde kontrol edilmesi son derece önemlidir.
İkinci uygulama türü için, çok dönüşlü bir geri besleme sensörü, 360º dönüş boyunca konumu izler ve aynı zamanda kaç tam devir gerçekleştiğini izleme özelliğini ekler. Tipik olarak, çok dönüşlü geri besleme cihazlarının sayma kapasitesi 4.069 tur (12 bit veya 2^12) ile 65.536 tur (16 bit veya 2^16) arasında değişir. Çok dönüşlü geri besleme, ayrı göstergeleri olan bir dişli sistemi veya daha kompakt bir çözüm olan ve genellikle daha yüksek dönüş sayıları sağlayan elektronik bir sayaç kullanılarak uygulanabilir.
Mutlak veya artımlı geri besleme
Geri besleme sensörleri, mutlak konumu veya artımlı göreli konumu bildirir. Tek dönüşlü mutlak konum sensörü, motorun çalıştırıldığı bir mekanik döngü içindeki konumu doğru bir şekilde bildirme özelliğine sahiptir. Bunun aksine artımlı konum sensörü, tipik olarak her hareket artışı için çıkış darbeleri sağlar ancak cihazın hareket aralığındaki belirli bir konuma referans vermez.
Periyodik işaretleyici darbeleri, bir makine ana anahtarı ve bir sayaçla birleştirildiğinde bu artımlı darbeler, yük konumunun bilinmesini sağlar. Ancak elektronik geri besleme devreleri güç kaybederse sistem konumunun bilgisini kaybeder. Artımlı kodlayıcılar kullanan bazı konum açısından kritik uygulamalar için kontrol birimi, konum bilgilerini muhafaza etmek için kesintisiz bir güç kaynağına bağlanabilir.
Alternatif olarak çok dönüş mutlak kodlayıcı, güç uygulanmasına gerek kalmadan birden fazla dönüş boyunca doğru konumlandırma bilgileri sağlar. Bu, bir pil yedekleme sistemi veya güç kapalıyken ve rotor manuel olarak hareket ettirildiğinde bile kalıcı bellekte uygun sayıyı koruyan enerji toplama teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Hassasiyet ve güvenilirlik
Bir diğer önemli husus da cihazda kullanılan teknoloji türüdür. Bazı sensörler, son derece sağlamdır ve endüstriyel makine kontrol sektörüne yöneliktir. Diğer sensörler ise nispeten kırılgandır ve yüksek hassasiyetli laboratuvar ekipmanları gibi uygulamalar için tasarlanmıştır. Bu gereksinimlerin örtüştüğü uygulamalar da mevcuttur. Koşulların yüksek üretim programlarını karşılamak için özellikle temiz bir ortamda yüksek doğruluk ve hızlı verim gerektirdiği yarı iletken üretimi buna örnek olarak verilebilir.
Hareket sistemi geometrisi
Hareket sistemleri lineer, dönüşsel veya ikisinin birleşimidir. Geri besleme sensörleri, her durum için özel olarak tasarlanmıştır. Farklı montaj özelliklerine ve hareket yönlerine sahip olabilirler fakat geri besleme cihazının temel çalışma prensibi, genellikle her iki konfigürasyon için de geçerlidir.
X-Y-Z ekseni konumlandırmasında bulunanlar gibi lineer sistemler için konum, verileri tüm eksenlerin tam konumlarını aynı anda gösterir ve bu bazı uygulamalarda çok önemli olabilir. Örneğin, bir E-stop (acil durdurma) durumunda hareket bileşenlerini durdukları noktada yeniden başlatabilmek makinenin kilitlenmesini önleyebilir ve atıkları azaltabilir.
Hız bilgisi, genellikle türevin zamana göre alınmasıyla konum verilerinden türetilir ve bu da çoğu servo tabanlı sistem için geri besleme cihazını tek bir satın alma işlemi hâline getirir. Ancak düşük hızlarda hassas hız bilgisi gerektiren uygulamalar için, bazen hassas analog devir sayacı gibi bu belirli amaca yönelik olarak tasarlanmış bir cihaz tercih edilir.
Neyse ki geri besleme cihazı seçimi basit olabilir
Geri besleme cihazları, kapalı döngü kontrol sistemlerinde çok önemli bir rol oynar. Kısa bir süre önce doğru olanı seçmek zor bir işti ancak artık seçim yapmak büyük ölçüde kolaylaştı.
Birçok hareket kontrolü üreticisi; motor, geri besleme cihazı, tahrik ve kabloların optimize edilmiş bir pakette birleştirilmiş hâlde eksiksiz hareket kontrolü sistemleri sunar. Bu tür paketler, günümüz hareket uygulamalarının %90'ından fazlasıyla başa çıkabilir. Makine mühendislerinin avantajı, geri besleme cihazını servo sistemine ayrı ayrı bağlamak veya monte etmek zorunda olmamalarıdır. Burada kablolama bağlantıları dört kablo kadar az veya 9 ya da 13 kablo kadar çok olabilir.
Ayrıca Kollmorgen gibi bazı üreticiler, motorlarında "akıllı" geri besleme cihazları sunarak, tahrike motor parametrelerini belirten bir elektronik motor isim plakası sağlayarak tak ve çalıştır işlemine olanak tanır. Bu parametreler tahriki yapılandırır ve saniyeler içinde geri besleme konfigürasyonuna olanak tanır. Akıllı geri besleme cihazları, motor parametrelerini içeren gömülü bir çipin eklenmesiyle standart geri besleme türlerinden herhangi birini baz alabilir.
Peki uygulamanız için ideal geri besleme cihazını seçmek için bilmeniz gerekenler nelerdir? Konumlandırma doğruluğu ve çözünürlük gereksinimleri ilk akla gelenlerdir. Ek olarak motor ve tahrik arasındaki mesafe, elektriksel gürültü veya sıcaklık gibi çevresel etmenler, ideal cihazı belirlemede rol oynayabilir.
Hall etkisi sensörleri, çözücüler, genel amaçlı kodlayıcılar (çok çeşitli) ve sinüs kodlayıcılar dâhil olmak üzere neredeyse her geri besleme gereksinimini karşılamak için çok çeşitli cihazlar mevcuttur. Neyse ki birçok servo motor tedarikçisi, birbirinden çeşitli performans veya çevresel gereksinimi karşılamak için belirli bir motora yönelik birden fazla geri besleme seçeneği sunar.
Hall etkisi sensörleri, en basit ve en ucuz geri besleme cihazları arasındadır. Bu cihazlar, manyetik alanların varlığını algılayan dijital açma/kapama cihazlarıdır. Yarı iletken malzemeden yapılmış olup sağlamdırlar, çok yüksek frekanslarda (on binlerce motor devrine eş değer) çalışabilirler ve doğru komütasyon sıralamasına olanak tanırlar. Bu cihazların sağladığı konum bilgisi kesin olmadığından sinüzoidal kontrol yerine yamuk (altı adımlı) kontrolü desteklemek için en iyi şekilde kullanılırlar. Hall etkisi sensörleri, tork kontrolü veya kaba hız kontrolü için uygun olup motor fazı güç cihazlarını doğrudan değiştirerek tahrik elektroniğini basitleştirir.
Çözücüler, aşırı sıcaklıkların veya titreşim ve şokun etmen olduğu zorlu ortamlara son derece uygun olan döner transformatörlerdir. Ayrıca 10.000 rpm'nin üzerindeki motor hızlarını da idare edebilirler. Bunlar, maliyet açısından düşük-orta düzeydedir ve çoğu endüstriyel uygulama için uygun olan orta düzeyde doğruluk ve çözünürlük sağlar.
Artımlı kodlayıcılar, temassız optikten temaslı türlere kadar çeşitli konfigürasyonlarda, hem lineer hem de dönüşsel versiyonlarda ve çoklu hat sayısı varyasyonlarıyla gelir. Bu kodlayıcılar, mükemmel doğruluk sağlayarak binlerce rpm'ye kadar çalıştırılabilir. Günümüzde kullanılan artımlı kodlayıcılar her zamankinden daha sağlam olsa da bazıları son derece zorlu ortamlara uygun değildir.
Sinüs kodlayıcılar çok yüksek düzeyde performans sunar. Çözücülerden veya artımlı kodlayıcılardan daha pahalı olmalarına rağmen, yüksek doğrulukla yüksek çözünürlüğün bir arada gerekli olduğu uygulamalar için en uygun tercihtirler.
Daha fazla bilgi
Bu önemli hareket konusunda bilgi sahibi olmak için, lineer, döner ve sinüs kodlayıcılara ek olarak Hall etkisi sensörlerini ve çözücülerini içeren Geri Besleme Cihazları başlıklı blog yazılarımızın üçünü de okuduğunuzdan emin olun. Aynı zamanda özel uygulamanızı görüşmek ve ihtiyaçlarınıza en uygun servo-döngü teknolojisi için öneriler almak üzere bir Kollmorgen mühendisiyle iletişime geçebilirsiniz.
