העולם כיום דורש לעמוד בסטנדרטים בלתי מתפשרים בתחומים רבים וביניהם גם תחום ההינע (Motion) החולש על פני סקטורים רבים ומגוונים.
תחום ההינע בכלל וההינע המדוייק בפרט מתפתח בקצב מסחרר ועל כן, חברות יצרניות של רכיבי הינע שונים נדרשות לפתח מוצרים העומדים בדרישות שעד לפני שנים בודדות נראו לא הגיוניות. בין אם במערכות צבאיות, דפוס, רובוטיקה רפואית או מערכות מדידה בעולם המוליכים למחצה – כולם רוצים קומפקטי יותר, מדוייק יותר ואמין הרבה יותר!
איור 1. התכנון של ATOM ורכיביו
האינקודר הינו גשש תנועה שמספק משוב מהירות ומיקום ברמות דיוק שונות של ציר התנועה עליו הוא מותקן, קיים שנים רבות בתצורות ובטכנולוגיות שונות ומכיוון שהוא הרכיב המדוייק יותר בד”כ במערכת ההינע ועל בסיס משוב המיקום שהוא מספק מתבסס חוג הבקרה, בחירתו נעשית קריטית ביותר בעיקר בעולם בו ההדפסה, החיתוך או כל פעולה אחרת צריכה להתבצע ברמת דיוק ללא פשרות. על מנת לבחור רכיב כה אסטרטגי למערכת הינע שיניב ביצועים טובים, האינקודר ייבחר לא רק עפ”י אמות מידה של רזולוציה ודיוק אלא גם לפי איכות ומוניטין של החברה היצרנית. חברת Renishaw הבריטית, המתמחה בתחום המטרולוגיה (תורת המידות), פיתחה וייצרה ברבות השנים אינספור אינקודרים אופטיים שונים לצד מערכות מדידה מגוונות אחרות לתחומי הרפואה והייצור התעשייתי. לחברה מחזור מכירות שנתי של חצי מיליארד פאונד כאשר נתח לא מבוטל מגיע מחטיבת האינקודרים וזהו לא הנתון המעניין ביותר… החברה משקיעה בכל שנה כ 15% מההכנסות בפיתוח מוצרים חדשים! נתון חסר תקדים זה ממחיש מדוע החברה עומדת בראש הפירמידה בתחום האינקודרים בעולם ובעיקר מסביר את הקו המנחה של החברה בכל הקשור בפיתוח אינקודרים – לייצר מוצר איכותי ואמין!
על מנת לעמוד בדרישות הקיימות כיום בעולם בקרת ההינע, החברה השיקה מוצר בשם ™ATOM אינקודר מיניאטורי חדשני, המשלב באופן ייחודי גודל מזערי עם עמידות פורצת דרך בפני לכלוך, יציבות האות ואמינות, שילוב שעונה על אחד החששות הגדולים ביותר של מהנדסים בבחירת אינקודר אופטי – “עמידות לתנאי סביבה”.
™ATOM משיג ביצועים ללא תחרות, כתוצאה מתכנון תת-רכיבים יעיל ומחושב לפרטים קטנים הנמנע מפשרות רבות הכרוכות בדרך כלל בתכנון אינקודרים זעירים.
הראש קורא (readhead) מוצע במימדים קטנים עד כדי 6.7×12.7×20.5 מ”מ והוא האינקודר המיניאטורי הראשון בעולם הנעזר ברכיבי סינון אופטי לצד בקרה אוטומטית של עוצמת האות (AGC – Auto Gain Control) ובנוסף לזה בקרת היסט אוטומטית (AOC – Auto Offset Control).
טכנולוגיה מתקדמת זו (באיור 1) מספקת עמידות בתנאי סביבה קשים בהם אינקודרים אופטים מתחרים על פי רוב כושלים…
-
- איור 3.
-
- איור 2.
אז איך זה עובד בפועל?
נתחיל להסביר מהסוף.
דיוק האינקודר נגזר מפרמטרים שונים כגון, רמת הדיוק של הסקלה והקוים עליה אותם האינקודר קורא (קשור לרמת ייצור הסקלה במפעל) ,כמו כן הדיוק הוא נגזרת ישירה של התקנה מכנית ושמירה על טולרנסים מכניים בזמן עבודה וכמובן שיש את שינויי הטמפ’ המשפיעים על התפשטות והתכווצות תרמית של הסקלה. אנו מבינים אם כך כי המטרה הראשונה במעלה היא לאפשר לאינקודר אופטמיזציה של “מה שהוא רואה/קורא” על הסקלה מולה הוא עובד ואם נצא מנקודת הנחה כי עניין שינוי הטמפ’ וההתקנה המכנית הם לא פרמטרים שהיצרן יכול לשלוט בהם, מה שניתן לשליטה היא איכות ייצור הסקלה ומעבר לכך וחשוב לא פחות הוא תכנון נכון של תוך האינקודר (תת רכיבים) ע”מ לאפשר מיקסום “יכולת חישוב” ובכך לייצר משוב מיקום מדוייק. על כן, החברה עיצבה את ATOM בצורה כזו שכאשר האור מוחזר ממקטע סקלה לתוך האינקודר הוא עובר ראשית דרך מערכת פילטור מתוחכמת וייחודית המסננת “תכונות לא מחזוריות” כמו לכלוך או גרגירי אבק, המשפיעים על כמות ועוצמת האור שחוזרת ובכך למעשה מותירה לגלאי האור Photodetector “תמונה נקייה יותר” (ניתן לראות את שני השלבים
באיורים 2-3).
-
- איור 4. דוגמא ל-“רעש” (jitter) נמוך
-
- איור 5.
-
- איור 6.
ועדיין, תכונות לא הדירות אלו על הסקלה משפיעות מעט על עוצמת האור החוזרת לאינקודר ולכן יחד עם הפילטר החברה יישמה מערכת בקרה על עוצמת האות (AGC – Auto Gain Control) ובמילים פשוטות, מערכת “המזהה” שהאור החוזר לא בעוצמה הנכונה, מכל סיבה שהיא: בין אם זה לכלוך או התקנה לא אופטימלית ודואגת הלכה למעשה שה-LED יגביר את עוצמתו בכדי שגלאי האור Photodetector יקבל חזרה עוצמה אידיאלית ע”מ שיוכל לייצר גלי סינוס-קוסינוס טהורים ברמה של ±1 וולט בצורה הדירה, תהליך בקרת העוצמה משמר רמת “רעש” (Jitter) נמוכה ובכך משתפרת מאוד החזרתיות ויציבות האות (איור 4). לצד רכיבי הסינון ובקרת העוצמה החברה יישמה מערכת נוספת (AOC- Auto offset control) המאפשרת בקרה על היסט הסיגנלים האנלוגים (sine-cosine).בתהליך זה נמדדים הסיגנלים האנלוגיים בקצה העליון והתחתון שלהם (signals pick) וכל היסט הקיים ביניהם מפוצה/מתוקן על מנת למזער “שגיאת היסט” (איור 5). תהליך זה מאפשר למעשה לשמר שגיאה תת חלוקתית נמוכה (SDE-Sub divisional error), דיוק גבוה ובקרת מהירות חלקה יותר…
כל התהליכים המורכבים הנ”ל מתאפשרים הודות לרכיבי ASIC ו-microcontroller שבתוך האינקודר המספקים “בינה מובנית”. בסופו של תהליך, לאחר שדאגנו כי
טבלה 1
מכל מקטע סקלה יצאו שני סיגנלים אנלוגים בגובה של ±1 וולט, אלו ינותבו לתוך אינטרפולטור (מכפל) מתוחכם שם יעברו גם תהליך המרה דיגיטלי ל”גלים ריבועיים”
איור 7.
וגם יחולקו/יוכפלו לרזולוציה הנדרשת ללקוח עד כ-20,000 אינקרמנטים בתוך מקטע של 20 מיקרון משמע רזולוציה מקסימילית של 1 נאנו-מיקרון!
במידה ואין צורך למהנדס הבקרה באות דיגיטלי ישירות מהאינקודר, ישנה אפשרות להשתמש גם בפלט האות האנלוגי הטהור (1Vpp) מהראש הקורא לחיבור ישיר לדרייברים ולבקרים אנלוגיים. ATOM מציע מהירויות גבוהות של עד 20m/s ומהירות סיבובית של עד 29,000 RPM על דיסקה בקוטר 17 מ”מ. מבחר של סקלות ליניאריות וסיבוביות איכותיות (איור 7) עשויות פלדת אל-חלד או זכוכית מוצעות עם 20 או 40 מיקרון pitch, באורכים של עד 10 מטר ודיסקאות בקטרים 17-108 מ”מ. הראש הקורא מכיל LED חיווי חיצוני, עבור התקנה מהירה ונוחה ותהליך כיול אוטומטי, שמאפשר אופטימיזציה מהירה בין האינקודר לסקלה. ATOM מיוצר בקו ייצור רובוטי מתקדם ברמת אוטומציה המבטיחה הדירות מוצר גבוהה ביותר, זמני אספקה קצרים ומחיר תחרותי מאוד. היישומים לאינקודר הקומפקטי כוללים: סריקות לייזר, במות קטנות ומדויקות, מערכות בתחום המוליכים למחצה, יישומים ורובוטים רפואיים, מנועי הנעה ישירה, מיקרוסקופיה ומגזר המחקר המדעי.
ATOM מאושר על ידי CE ומיוצר על ידי Renishaw עצמה בעזרת תהליכים מחמירים במיוחד, שקיבלו אישור ISO 9001:2009.
ככלל האינקודרים של החברה, זוכה המוצר לתמיכה גלובלית מרשת אנשי מכירות ותמיכה טכנית והוא דוגמא קלאסית למוצר שווה מבחינת Value for Money!
חברת שירלי סולושנס הינה הנציגה הרשמית של חברת Renishaw
בישראל
