Os ambientes industriais freqüentemente expõem o equipamento a altos graus de choque e vibração. Isso pode afetar o desempenho e danificar o próprio dispositivo. Aqui, discutimos as vantagens e desvantagens envolvidas na escolha de um encoder para um ambiente de alto choque e vibração e como garantir vida útil e desempenho adequados para o aplicação.

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Existem três fatores principais a serem considerados ao especificar um encoder em uma aplicação com altos níveis de choque e vibração :

“Mecanismo do sensor do Encoder: óptico versus magnético

Material do disco do encoder: vidro, metal, Mylar

Componentes do encoder: rolamentos, conectores etc. ”

Mecanismo do Sensor do encoder

Os encoders podem ser divididos em mecanismos ópticos ou magnéticos. O tipo mais comum de encoder óptico consiste em uma fonte (normalmente um LED), um detector e um disco fino de código padronizado que passa entre eles.

Os encoders ópticos podem ter uma resolução extremamente alta, tornando-os essenciais para aplicações científicas e para fabricação especializada, como a fabricação de semicondutores. Eles podem ser vulneráveis ​​a choques e vibrações, no entanto.

Os intervalos de ar entre o disco e a fonte / detector podem ser tão pequenos quanto 0,020 ”. Choques e vibrações excessivos podem introduzir desalinhamentos que podem colocar esses componentes em contato, causando danos ou até falhas catastróficas.

Os encoders ópticos de matriz faseada fornecem uma alternativa. Como o nome sugere, os encoders de matriz faseada usam uma variedade de detectores para capturar o sinal. Isso ajuda na variação média do sinal de saída devido a choque ou vibração do encoder.

A natureza em estado sólido da matriz do detector também a torna menos vulnerável a danos. Os encoders ópticos de matriz faseada estão disponíveis para choque de 400G e vibração de 20G e são usados ​​em encoders Dynapar, como o encoder óptico para serviços pesados ​​HS35R

Para os ambientes mais difíceis, um encoder magnético pode ser a melhor escolha. Os encoders magnéticos operam de forma análoga aos encoders ópticos rotativos, embora sejam baseados em uma roda de metal padronizada com domínios magnéticos alternados.

Eles tendem a ser muito mais robustos que os encoders ópticos e menos vulneráveis ​​a choques e vibrações do encoder. Os dispositivos não têm contato e a roda magnética e os detectores são amplamente separados. Os encoders magnéticos projetados com grandes intervalos de ar têm uma folga significativamente maior, como o encoder magnético NorthStar RIMTach RT8

O problema é que a roda magnética não pode ser padronizada tão densamente quanto a roda de código no encoder óptico. Como resultado, os encoders magnéticos não podem corresponder às resoluções dos projetos ópticos.

Material do disco do encoder

Os encoders ópticos usam três tipos diferentes de materiais de disco: vidro, metal e Mylar. A escolha do disco envolve a troca entre desempenho e resposta a choques e vibrações, além de outros fatores ambientais. Para encoders de leitura direta (sem incluir interpolação em quadratura para resolução múltipla), a Dynapar oferece até 10.000 PPR para encoders com discos de vidro, 5000 MPRs Mylar e até 2540 PPR para encoders com discos de metal.

Embora os discos de metal sejam muito robustos quando expostos a altas cargas de choque, eles têm um limite superior de resolução. Os discos de vidro litograficamente padronizados oferecem maior resolução, mas são vulneráveis ​​a choques do encoder e podem quebrar.

Mylar oferece uma escolha melhor. Há um equívoco comum de que o vidro executa Mylar, mas isso está incorreto. Os discos de código Mylar oferecem a mais alta resolução em encoders ópticos, permanecendo extremamente robustos.

Os discos de código Mylar vêm com uma ressalva, no entanto. O material pode ser danificado por excesso de calor, descoloração ou até distorção. Para ter sucesso, o encoder deve ser classificado para o conjunto completo de condições da aplicação.

Componentes do encoder

A escolha do mecanismo do sensor e do material do disco apropriados representa apenas parte da especificação do encoder. Um encoder é um sistema e um sistema é tão eficaz quanto seu link mais fraco. Para que um encoder tenha um desempenho confiável, componentes de suporte como cabos e rolamentos precisam ser escolhidos com o ambiente em mente.

Um encoder não pode operar se o cabo vibrou frouxamente. Escolha conectores de travamento que permanecerão em contato mesmo após vibração prolongada do encoder. Dependendo da amplitude, frequências e durações, a fiação pode precisar de conectores de rosca ou contato direto com os terminais.

O cabeamento não é o único elemento vulnerável a problemas de conexão. Vibrações prolongadas podem fraturar as juntas de solda no PCB que contém os componentes eletrônicos. Até os fios dentro do cabo que se ligam ao conector podem se quebrar. Por esse motivo específico, os encoders magnéticos da Dynapar possuem componentes eletrônicos totalmente encapsulados.

Evite rolamentos quando possível. Altos níveis de vibração podem alterar a carga de um rolamento. Isso causa desgaste desigual, o que pode levar a falhas prematuras nos rolamentos e é outra razão pela qual os códigos magnéticos sem rolamentos são preferidos em ambientes agressivos, como fábricas de papel e aço.

Os efeitos de choque e vibração no sinal do encoder

Toda essa agitação faz mais do que simplesmente colocar em risco a operação de um encoder. Choques e vibrações podem comprometer o desempenho. Como os encoders magnéticos são muito robustos, eles podem não exibir efeitos físicos da vibração. Os problemas podem mostrar -se no sinal , no entanto .

A vibração aparece no sinal como excesso de ruído, manifestando-se como instabilidade. Esse é um tipo diferente de tremulação comumente causado pela descentração de disco. A instabilidade de descentralização geralmente aparece em apenas um canal enquanto o sinal do outro canal parece bom. Tremulação causada por excesso de vibração do sistema aparece em todos os canais. Veja um exemplo de instabilidade do encoder e compare-o com a vibração do encoder causada por um acoplamento perdido

Choques extremamente altos podem desalinhar a roda ou o disco de código, o que também pode afetar a qualidade do sinal. Isso pode resultar em tremulação excessiva em todos os canais e / ou alteração na fase entre dois canais.

Metodologia de teste do encoder para choque e vibração

Ao escolher um encoder para ambientes de alto choque e vibração, os datasheets não são suficientes. Os Encoders precisam ser rigorosamente testados. Os encoders Dynapar são testados para MIL-STD-202, o que requer técnicas como teste de varredura. Nesse processo, o encoder é exposto a um período especificado de vibração sinusoidal em frequências distintas em um determinado intervalo. Um encoder qualificado para 20Gs de 5 a 2000 Hz, por exemplo, seria vibrado por 24 varreduras de dez minutos ao longo dos três eixos por um período total de 12 horas. Um fornecedor deve ter resultados detalhados sobre o protocolo de teste e o desempenho de cada projeto.

Como tudo na engenharia, a escolha de um encoder para ambientes agressivos envolve trocas. Os pontos acima fornecem diretrizes gerais. Aplicações especializadas, como aqueles que exigem resolução muito alta para ambientes agressivos, levarão essas tecnologias a seus limites. Em alguns casos, os OEMs precisam se resignar à substituição mais frequente de seus dispositivos de feedback. Na maioria dos casos, no entanto, trabalhar em estreita colaboração com o fornecedor e informá-lo sobre todos os requisitos especiais resultará em uma solução que pode satisfazer as necessidades do aplicação.

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Sobre a Dynapar

A Dynapar é uma das empresas operacionais da Specialty Product Technologies do Grupo Fortive, do qual também fazem parte a Veeder-Root, West Control Solutions, Hengstler, Anderson-Negele, Gems Sensors, entre outras. Possui fábricas no Brasil, Estados Unidos e Alemanha.

Conta com assistência técnica local e 1 ano de garantia para todos os produtos. Oferece a mais completa linha de encoders do mercado: incremental, absoluto, senoidal, heavy-duty (robusto).

Seus encoders são dedicados a mercados como energia eólica, área petrolífera e veículos fora da estrada. Experiência, versatilidade e competência para atender sua necessidade de precisão e desempenho.