Tehniskā dokumentācija: plati-plati savienotāji rūpnieciskajiem sensoriem un kameru sistēmām
Ātrāki, mazāki, izturīgāki: izmantojot tos rūpnieciskajos sensoros un kameru sistēmās, savienotājiem ir jāatbilst arvien lielākām prasībām. Tendences liecina par virzību uz modularizāciju. Izmantojot „board-to-board“ savienotājus, iespējam dažādi savienot vadības plātnes, tādējādi būtiski nosakot sensora funkcionalitāti. Rūpniecības 4.0 laikmetā savienotājiem ir ne tikai jākļūst arvien mazākiem un jaudīgākiem – papildus miniaturizācijai un augstajai ātrumam izmantošana rūpnieciskā vidē bieži vien prasa ārkārtēju izturību. Šī rokasgrāmata palīdzēs atrast pareizo savienotāju jūsu mašīnvīzijas lietojumam.
Mūsdienu sensoru un kameru sistēmu izstrādē rūpnieciskām vajadzībām galvenā uzmanība tiek pievērsta trim prasībām: ātrai datu pārraidei, miniaturizācijai un izturībai. Šīs prasības reti kad var aplūkot atsevišķi – tomēr, atkarībā no prioritātēm, ir iespējams atrast optimālo savienotāju jūsu vajadzībām.
Ātrdarbīga datu pārraide
Lielapjoma datu, IoT un IIoT laikmetā viedajiem sensoriem un kamerām rūpnieciskajā vidē ir nepieciešama arī droša ātrdarbīga datu pārraide. Savienotājiem ātrdarbīgiem lietojumiem jābūt ar atbilstoši augstas veiktspējas kontaktu dizainu. Tā kā savienotājs savas ģeometrijas dēļ rada zināmu riska faktoru impedances svārstībām, izstrādājot ātrdarbīgus savienotājus, īpaša uzmanība tiek pievērsta kontaktu dizaina optimizācijai, lai kontrolētu impedanci. Šajā gadījumā ir svarīgi pēc iespējas samazināt savienotāja šķērsgriezuma izmaiņas, jo tās rada impedances svārstības, kas savukārt izraisa zudumus signāla pārraidē.
Miniatūru konstrukciju gadījumā savienotājiem turklāt jābūt aprīkotiem ar elektromagnētisko ekranējumu, jo īpaši augstfrekvences signāli ir īpaši jutīgi pret nevēlamiem elektromagnētiskiem efektiem. Šajā gadījumā pat neliels impulss var būt pietiekams, lai izkropļotu lietderīgo signālu, kā rezultātā uztvērējs vairs nevar nepārprotami interpretēt digitālos stāvokļus.
Savienotājs šajā gadījumā var pildīt gan traucējumu absorbenta, gan traucējumu avota lomu, t. i., no vienas puses, būt pakļauts citu moduļa komponentu ietekmei, un, no otras puses, pats elektromagnētiski ietekmēt apkārtējās detaļas. Ar savienojuma indukcijas koeficientu LK, kas tiek mērīts pikohenrijos (pH), savienotāju var raksturot abās funkcijās – kā avotu un kā absorbentu. Vienkārša mērījumu uzstādīšana palīdz lietotājiem noskaidrot, kurš savienotājs un kāds pinout ir nepieciešams vai optimāls viņu konkrētajai lietošanai. Šim nolūkam lietderīgais signāls ir jātraucē ar pārsūtījumu ģeneratora palīdzību un jāizmēra maksimāli pieļaujamā savienojuma indukcija. Ja ir zināms induktais spriegums (Uind), ģeneratora spriegums (UGen) un ģeneratora konstante (kGen), katrai lietojumam var noteikt attiecīgo maksimāli pieļaujamo savienojuma indukcijas koeficientu (L) pēc šādas formulas:
L = Uind / (UGen * kGen)
Savienojuma indukcija palīdz lietotājam arī noteikt piemērotu savienotāju, ņemot vērā tā elektromagnētisko saderību. Tādējādi var izvairīties no dārgiem un laikietilpīgiem izmēģinājumu un kļūdu testiem EMV laboratorijā.
Turklāt ir iespējams samazināt savienotāja savienojuma indukciju, izmantojot ekranējumu. Šeit ir piemērs: HDMI signālam pie sprieguma 4,4 kV tika noteikta konkrētajam gadījumam maksimālā savstarpējā indukcija 47 pH. Ja vērtība pārsniedz šo rādītāju, signālu vairs nevar pārraidīt bez traucējumiem. Turpmākajā attēlā redzams, ka, izmantojot ekranēšanas koncepciju, savstarpējā indukcija tika ievērojami samazināta.
Savienotājs šajā gadījumā var pildīt gan traucējumu absorbenta, gan traucējumu avota lomu, t. i., no vienas puses, būt pakļauts citu moduļa komponentu ietekmei, un, no otras puses, pats elektromagnētiski ietekmēt apkārtējās detaļas. Ar savienojuma indukcijas koeficientu LK, kas tiek mērīts pikohenrijos (pH), savienotāju var raksturot abās funkcijās – kā avotu un kā absorbentu. Vienkārša mērījumu uzstādīšana palīdz lietotājiem noskaidrot, kurš savienotājs un kāds pinout ir nepieciešams vai optimāls viņu konkrētajai lietošanai. Šim nolūkam lietderīgais signāls ir jātraucē ar pārsūtījumu ģeneratora palīdzību un jāizmēra maksimāli pieļaujamā savienojuma indukcija. Ja ir zināms induktais spriegums (Uind), ģeneratora spriegums (UGen) un ģeneratora konstante (kGen), katrai lietojumam var noteikt attiecīgo maksimāli pieļaujamo savienojuma indukcijas koeficientu (L) pēc šādas formulas:
L = Uind / (UGen * kGen)
Savienojuma indukcija palīdz lietotājam arī noteikt piemērotu savienotāju, ņemot vērā tā elektromagnētisko saderību. Tādējādi var izvairīties no dārgiem un laikietilpīgiem izmēģinājumu un kļūdu testiem EMV laboratorijā.
Turklāt ir iespējams samazināt savienotāja savienojuma indukciju, izmantojot ekranējumu. Šeit ir piemērs: HDMI signālam pie sprieguma 4,4 kV tika noteikta konkrētajam gadījumam maksimālā savstarpējā indukcija 47 pH. Ja vērtība pārsniedz šo rādītāju, signālu vairs nevar pārraidīt bez traucējumiem. Turpmākajā attēlā redzams, ka, izmantojot ekranēšanas koncepciju, savstarpējā indukcija tika ievērojami samazināta.
Gan neekranēta, gan ekranēta izpildījuma gadījumā Boardlocks savienojumi un ārējie kontakti tika pieslēgti zemes potenciālam, vienlaikus caur kontaktu pāri ievadot signālu. Izmērītos savstarpējās indukcijas rādītājus var parādīt, izmantojot elektriskā un magnētiskā lauka krāsu izkliedi. Simulācija ar neekranētu savienotāju parādīja, ka šajā gadījumā savienojuma indukcija sasniedz pat 196 pH. Pie noteiktās robežvērtības 47 pH tādējādi vairs nebūtu garantēta netraucēta signāla pārraide. Savukārt ekranētajam savienotājam savstarpējās indukcijas vērtības ir no 1 līdz 4 pH. Tātad, izmantojot ekranējumu, tās varēja samazināt aptuveni 50 reizes, tādējādi nodrošinot arī traucējumiem brīvu pārraidi. Ja polu skaits ir lielāks, ir iespējams samazinājums pat 100 līdz 200 reizes.
Lietotājam ekranējumam ir divi pozitīvi aspekti: no vienas puses, savienotājs tādējādi mazāk darbojas kā traucējumu avots, no otras puses, pateicoties ekranējumam, tas rada mazāku traucējumu piesaisti signāliem. Izmantojot ekranētus savienotājus, tos tagad var novietot tuvāk traucējumu avotiem un traucējumu piesaistēm uz drukātās plāksnes. Turklāt tas ļauj sasniegt augstāku jaudas klasi elektriskās ierīces obligātajos pārsprieguma un pārslodzes testos.
Lietotājam ekranējumam ir divi pozitīvi aspekti: no vienas puses, savienotājs tādējādi mazāk darbojas kā traucējumu avots, no otras puses, pateicoties ekranējumam, tas rada mazāku traucējumu piesaisti signāliem. Izmantojot ekranētus savienotājus, tos tagad var novietot tuvāk traucējumu avotiem un traucējumu piesaistēm uz drukātās plāksnes. Turklāt tas ļauj sasniegt augstāku jaudas klasi elektriskās ierīces obligātajos pārsprieguma un pārslodzes testos.
miniaturizācija
Neskatoties uz pieaugošo funkciju integrāciju, sensoru un kameru sistēmu izmēri nedrīkst palielināties. Rūpnieciskajā automatizācijā pārsvarā pat tiek prasīta nepārtraukta miniaturizācija, lai iekārtas varētu būvēt arvien kompakti. Tāpat arī tendence veidot sensoru vai kameru modulāras konstrukcijas prasa izmantot atbilstoši miniaturizētus savienotājus. Tādēļ pēdējo desmitgažu laikā savienotāji, saglabājot gandrīz identisku veiktspēju, ir samazinājušies līdz daļai no sākotnējā izmēra.
Lietojumiem ar īpaši ierobežotu uzstādīšanas telpu piemērota ir virsmas montāžas tehnoloģija. Tā ir īpaši kompakta, jo ļauj veikt divpusēju plātnes apstrādi, kā arī izmantot mazus atstarpju izmērus. Izmantojot iespiešanas tehnoloģiju, piemēram, fizisko spēku dēļ, kas darbojas iespiešanas procesā, nebūtu iespējams realizēt šauru atstarpi, kas ir tikai 0,5 mm, tāpat kā abpusēju plātnes aprīkošanu. Miniaturizētu lietojumu gadījumā, izvēloties pareizo savienotāju, ir jāņem vērā vēl viens svarīgs kritērijs: šādos gadījumos moduļa jutīgās sastāvdaļas bieži atrodas ļoti tuvu viena otrai. Tas rada paaugstinātu risku, ka komponenti savstarpēji ietekmēs viens otru ar elektromagnētisko starojumu. Protams, datu pārraide jūsu lietojumprogrammā nekādos apstākļos nedrīkst tikt traucēta, izkropļota vai pat kavēta. Tāpēc EM aizsardzība kļūst arvien nozīmīgāka. Lai izvairītos no signāla traucējumiem, tāpat kā augstas ātruma savienotāju gadījumā, arī šeit ieteicams izvēlēties ekranētu savienotāju.
Izturība
Sensori un kameru sistēmas, kuras tiek izmantotas tiešā mašīnu tuvumā, ir īpaši pakļautas nelabvēlīgiem vides apstākļiem. Lai aizsargātu elektroniku no šiem ārējiem faktoriem, visu mezglu var ieliet ar aizpildvielu. Tomēr šim nolūkam ir nepieciešams savienojuma risinājums, kas būtu piemērots ieliešanai. Parastie savienotāji šajā gadījumā ir nepārprotami neizdevīgi, jo neaizsargātā savienojuma zona ir jāaizsargā no ieliešanas masas. Šajā gadījumā izmantotā atsperes-naža kontaktu tehnoloģija nenodrošinātu šiem materiāliem nepieciešamo IP aizsardzības klasi.
Tādēļ, izvēloties piemērotu savienotāju, ir jāpievērš uzmanība tam, lai izvēlētos viengabala savienojuma risinājumu, proti, savienotāju, kam nav nepieciešama tradicionālā savienojuma zona. Tādējādi hermētiķis nodrošina ilgstošu un izturīgu savienojuma risinājumu, tomēr tas nevar iekļūt kontaktu zonā.
Ja elektroniskās detaļas ir jāpārbauda attiecībā uz to izturību, to var veikt laboratorijas testos. Tajā gadījumā standartizētajam trieciena profilam (profile) jāatbilst paredzētajam stāvoklim (control), t. i., paātrinājumam 50 g ar 20 procentu pielaidi (high abort un low abort). Saskaņā ar DIN EN 60068-2-27 šajā gadījumā ir pieļaujama kontakta pārtraukšana ≤ 1 µs.
Ja elektroniskās detaļas ir jāpārbauda attiecībā uz to izturību, to var veikt laboratorijas testos. Tajā gadījumā standartizētajam trieciena profilam (profile) jāatbilst paredzētajam stāvoklim (control), t. i., paātrinājumam 50 g ar 20 procentu pielaidi (high abort un low abort). Saskaņā ar DIN EN 60068-2-27 šajā gadījumā ir pieļaujama kontakta pārtraukšana ≤ 1 µs.
Ja jūsu lietojumā savienotājs ir pakļauts ārkārtīgi spēcīgām vides ietekmēm, piemēram, vibrācijām, triecieniem, mitrumam, netīrumiem, ekstremālām temperatūrām vai temperatūras svārstībām, ir nepieciešama arī ārkārtēja izturība. Jūsu moduļa hermetizācija var palīdzēt, tomēr nav ieteicams paļauties tikai uz to. Tā vietā ieteicams izmantot hermetizācijas un iespiešanas tehnoloģijas kombināciju. Pēdējā jau ir pierādījusi savu efektivitāti miljardiem reižu un tiek uzskatīta par izturīgāko un uzticamāko savienojuma veidu – arī nelabvēlīgos apstākļos. Iespiešanas tehnoloģijā savienotāja kontakts (pin) tiek iespiests caurumā ar caurumiem caurvītnē, tādējādi radot gan elektrisku, gan mehānisku savienojumu starp savienotāju un caurvītnes plati. Vienlaikus tādējādi var panākt izmaksu ietaupījumus līdz pat 50 procentiem, jo tiek izvairīts no darbietilpīgiem lodēšanas darbiem un dārgiem kabeļu risinājumiem. Ja nav neaizsargātās savienojuma zonas, savienotājs kombinācijā ar iespiešanas tehniku var izturēt pat triecienu slodzi no 50 līdz 200 g bez kontakta pārtraukuma.
Ja ir nepieciešami universāli darbinieki
Teorētiski šīs prasības – ātrdarbīga datu pārraide, miniaturizācija un izturība – var uzskatīt par savstarpēji diezgan nošķirtām. Tomēr kā lietotājs jūs noteikti pamanīsiet, ka jums nepieciešamajam savienotājam reti kad ir jāatbilst tikai vienai no šīm prasībām. Tāpēc daudzi savienotāji atbilst vairākiem no šiem kritērijiem, katram piešķirot atšķirīgu svarīgumu. Dažos gadījumos ir vērts pievērst uzmanību arī universālajiem savienotājiem. Piemēram, ja vienlaikus tiek izmantoti vairāki savienotāji, ir ieteicams izvēlēties produktu grupu, kurai piemīt augsta skalējamība. Tādējādi var novērst laikietilpīgus un dārgus apstiprināšanas ciklus un vienlaikus nodrošināt, ka visi savienotāju grupas produkti ir savstarpēji saderīgi – neatkarīgi no tā, vai tie ir ekranēti, neekranēti, taisni vai leņķveida.
Kādi jautājumi?
Kā eksperti plašu savienotāju un kontaktu jomā mēs labprāt dalāmies savās zināšanās, piemēram, rīkojot jums pielāgotus tīmekļa seminārus:
www.webinar.ept-group.de
Vai arī sazinieties ar mums tieši, ja jums ir kādi jautājumi par savienotājiem!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VĀCIJA
Tālrunis +49 (0) 88 61 2501-0
Fakss +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de
www.webinar.ept-group.de
Vai arī sazinieties ar mums tieši, ja jums ir kādi jautājumi par savienotājiem!
ept GmbH
Bergwerkstr. 50
86971 Peiting, VĀCIJA
Tālrunis +49 (0) 88 61 2501-0
Fakss +49 (0) 88 61 2501-700
www.ept.de sales@ept.de