Датчики обратной связи станков с ЧПУ

Основные блоки системы ЧПУ. Блок обратной связи

Датчики обратной связи станков с ЧПУ

Привод подач в системе ЧПУ может осуществляться подвум схемам: с наличием или отсутствием обратной связи по положению рабочегооргана станка по контролируемой координатной оси. На рис. 3.3.1. представленасхема привода подач без обратной связи по положению. В этом случае в качестведвигателя необходимо использовать шаговый мотор, принцип работы которогоописывается в следующем разделе. 

Рис.3.3.1. Схема привода подач без обратной связи по положению

На рис. 3.3.2. представлена схема привода подач собратной связью, как по скорости, так и  по положению.

Рис. 3.3.2. Схема привода подач с обратной связью по скорости и

поположению.

В функцию блока обратной связи входит непрерывная передача в системууправления информации о фактическом положении рабочего органа станка. Основу блокасоставляет датчик обратной связи по положению (или, как его называют, измерительныйпреобразователь перемещения)  и все элементы согласования датчика сузлами системы.

Датчики обратной связи, применяемые в станках с ЧПУ, по принципу их работыможно подразделить на две группы: абсолютные и циклические. В абсолютных датчикахкаждому его положению по всей длине перемещения соответствует вполне определенное иединственное кодовое значение или точно определённая величина монотонноизменяющегося выходного сигнала (рис.3.3.3.а).

Системы с абсолютнымидатчиками сохраняют информацию о положении рабочего органа станка посоответствующей координатной оси даже после отключения электрического питания ипосле включения системы вновь не требуют выхода станка в исходные (референтные)точки по каждой координате.

У циклических датчиков изменение параметров выходного сигналаносит циклический характер, принимая одни и те же значения при различныхположениях датчика (рис.3.3.3.б). У циклических датчиков длина перемещения, соответствующаяоднозначному сигналу, всегда меньше длины всего хода рабочего органа станка, накотором установлен датчик обратной связи.

Такие датчики проще по конструкции, но послекаждого отключения сети требуют проведения процедуры обнуления, то есть выходав нулевые точки по каждой координате.

Рис. 3.3.3.  Изменение величины выходного сигналадатчиков:

а) для абсолютных датчиков;  б)  для циклических датчиков

Для больших длин перемещения измерение с высокой степенью точности дляабсолютных датчиков не реально, так как класс точности такого датчика долженбыть весьма высоким. Например,   для измерения   хода длиной   в  1м  с  точностью 0,01мм погрешность измерения не должна превышать 0,001 %.

Поэтому при необходимости получения всистеме абсолютного отсчета текущих координатиногда применяют многоканальный блок обратнойсвязи, где в каждом канале используется абсолютный циклический датчик с определенной зоной однозначности(рис.3.3.4.).

Датчики различных каналов связаны между собой шестернями сопределённым передаточным отношением, зависящим от шага цикличности в каждомканале.

Рис. 3.3.4.  Принцип работы абсолютногомногоканального датчика обратной связи по положению

По конструкции датчикиобратной связи по положению подразделяются на круговые и линейные. Круговыедатчики, имеющие, как правило, проще конструкцию, монтируются непосредственнона ходовом винте (Рис. 3.3.5.а) или связаны с ним через шестерёнчатуюпередачу   (Рис. 3.3.5.б).

Рис. 3.3.5.б

Таким образом, они контролируютугол поворота шарикового ходового винта, оставляя без обратной связи конечноезвено, а именно зацепление винта с  гайкой.

Все ошибки, возникающие из-запогрешности одиночных шагов и накопленной погрешности ходового винта, а такжепогрешности, появляющейся за счёт тепловых деформаций и недостаточной жёсткостиходового винта, плюс погрешность в самом зацеплении винта с гайкой (например,имеющийся люфт) переходят на деталь.

Правда, надо иметь в виду, что современныесистемы ЧПУ  позволяют вводить коррекцию для устранения этих погрешностей. Сэтой целью на новом станке (и далее периодически) проверяется его точностьпозиционирования и определяется погрешность по всей длине перемещения рабочегооргана. Величина этой погрешности вносится в память системы.

В процессе работыстанка при позиционировании в определённую точку происходит обращение системы вданную память, определяется величина погрешности в данной точке и автоматическиосуществляется коррекция заданной координаты.

При использовании линейногодатчика (Рис. 3.3.6) обратной связью охватываются все звенья кинематическойцепи подачи, включая конечное звено – винт с гайкой. Точность обработки приэтом значительно возрастает. Однако конструктивно линейные датчики имеют болеесложную конструкцию и, соответственно, выше стоимость.

Рис. 3.3.6. Пример линейного датчика обратной связи

По виду выходного сигнала датчики подразделяются на кодовые, аналоговые иимпульсные.

Кодовые датчики представляютсобой диск (для кругового датчика) или пластину (для линейного датчика) изстекла или металла, на которых нанесены шаблоны разрядов в двоичном коде.

Источник: https://vunivere.ru/work13150

Система контроля детали и инструмента для обрабатывающих центров с ЧПУ

Появление станков с ЧПУ серьезно изменило подход к вопросу контроля инструмента, заготовки и детали при подготовке и  в процессе обработки. Сами этапы выполнения работ остались неизменными. Вот они:

  • измерение и установка заготовки с заданным ориентированием ее относительно осей станка (привязка заготовки)
  • измерение и установка инструмента в рабочий орган станка, а также его привязка
  • предварительная обработка детали
  • промежуточный контроль  состояния и размеров инструмента
  • промежуточный контроль размеров детали
  • ввод корректив  по результатам промежуточного контроля
  • окончательная обработка с учетом корректив
  • измерение размеров готовой детали с выводом о ее соответствии требованиям чертежа

Что изменилось?

Во-первых, для станков с ЧПУ привязка инструмента производится не к детали (по первой стружке), а к системе координат станка. К ней же привязывается заготовка. Это позволяет разделить две процедуры привязки и сделать их независимыми.

Во-вторых, для станков с ЧПУ доля времени на вспомогательные операции (измерение, привязка, контроль) при «ручном» их исполнении становится непомерно большой в общем цикле изготовления детали. Это связано с высоким уровнем автоматизации и большей производительностью непосредственного процесса обработки.

В-третьих весь процесс обработки происходит, что называется за «закрытыми дверьми». Для промежуточного контроля станок необходимо останавливать. Кроме того, поломка инструмента остается незамеченной, и станок как ни в чем не бывало продолжает обработку огрызком резца или фрезы.

Все это привело к появлению автоматизированных систем привязки и контроля инструмента и детали, которые интегрированы, как правило, с системой ЧПУ станка. Сердцем такой системы является комплект датчиков и щупов, которые обеспечивают измерения, а также комплект программного обеспечения, который обеспечивает интеграцию с системой ЧПУ и предлагает ряд разнообразных возможностей.

Рассмотрим возможности подобных систем на примере продукции известнейшей в этой области компании Renishaw. Большинство клиентов Renishaw применяет датчики для привязки заготовки к системе координат станка и для осуществления перехода в рабочую систему координат в системе ЧПУ станка.

Все измерения выполняются в автоматическом режиме, включая обновление коррекции в системе ЧПУ станка, что позволяет исключить влияние человеческого фактора и необходимость в постоянном присутствии оператора. Другое широко распространение применение датчиков Renishaw — распределение припусков перед началом финишной обработки.

По окончании черновой обработки выполняются измерения, результаты которых загружаются в систему ЧПУ. Затем на основании результатов измерений происходит автоматическая корректировка программы финишной обработки станка.

Датчики

В основе системы находятся два элемента:

  • датчик для измерения и контроля инструмента
  • датчик (щуп) для контроля детали               

Между датчиками и системой ЧПУ станка, на котором используется эти датчики, должна быть установлена связь.

Сигнал срабатывания датчика должен попадать в систему ЧПУ станка, чтобы зарегистрировать момент касания заготовки или инструмента щупом датчика.

Кроме того, между системой ЧПУ и датчиком должна существовать обратная связь, чтобы УЧПУ станка могло управлять работой датчика. Эта связь может быть оптической, индуктивной, радиочастотной или проводной.

Щупы для контроля детали находятся в инструментальном магазине станка и устанавливаются в шпиндель сменщиком инструмента.

Датчики контроля инструмента устанавливаются, как правило, на рабочем столе станка и соединены с ЧПУ проводной связью.

Установка заготовки и контроль детали в процессе ее изготовления

Привязка к системе координат станка

Читайте также  Станок для проточки тормозных дисков своими руками

Датчик позволяет определить положение заготовки, обновляя автоматически значения рабочих смещений и обеспечивая правильность обработки детали с первого раза.

Датчик также может быть использован для:

• идентификации заготовок при использовании гибких производственных систем

• определения положения заготовки, а также обнаружения ее неправильной загрузки с целью исключения брака.

• распределения припусков на обработку с тем, чтобы быстро и безопасно подвести режущий инструмент к заготовке.

Контроль первой детали

При изготовлении партии одинаковых изделий контроль первой детали непосредственно на станке позволяет:

• снизить время простоя станка, связанное с ожиданием результатов проверки на дополнительном устройстве вне станка.

• производить автоматическую коррекцию любых ошибок.

Контроль внутри технологического процесса

Измерение параметров деталей после предварительной обработки с тем, чтобы:

• обеспечить необходимую точность финишной обработки.

• выявить ошибки, прежде чем они приведут к появлению бракованного изделия.

Периодичность измерений определяется стоимостью изготавливаемой детали и степенью уверенности в неизменности характеристик станка на протяжении всего процесса обработки.

Проверять основные параметры изделия в процессе автоматической обработки обычно приходится при изготовлении дорогостоящих деталей.

Окончательный контроль

Контроль детали на соответствие заданным допускам по окончании обработки позволяет:

• убедиться в том, что изготовленное изделие соответствует заданным техническим требованиям.

• получать размеры обработанных изделий для статистического мониторинга процесса обработки.

Наладка, контроль и обнаружение поломки инструмента

Наладка инструмента

Неподвижный или вращающийся инструмент подводится к щупу датчика и касается его наконечника:

• Наладка по длине неподвижного инструмента (метчики, сверла и т.п.)

• Наладка по длине вращающихся торцевых фрез и другого крупногабаритного режущего инструмента

• Наладка вращающегося инструмента (шпоночные фрезы, расточные оправки и т.п.) по диаметру

Контроль инструмента

Контроль длины и диаметра режущего инструмента перед началом обработки, для того чтобы исключить ошибки при выборе инструмента.

Определение поломки инструмента

Быстрая проверка режущего инструмента на предмет поломки (изменения длины) после окончания обработки.

Расширение возможностей системы за счет программных продуктов

Постпроцессоры Renishaw обеспечивают совместимость программного обеспечения Productivity+™ с большинством систем ЧПУ

Productivity+™ ActiveEditorPro

Данная программа создавалась как автономное решение, позволяющее пользователям импортировать извлеченные из CAD-системы объемные модели Parasolid®. Пользователи могут запрограммировать контактные измерения, просто выбирая мышью одну из моделей и выполняя инструкции диалогового интерфейса.

Active Editor Pro позволяет считывать уже существующие управляющие программы и добавлять в них циклы измерений, что избавляет от необходимости редактировать программы непосредственно в системе ЧПУ станка. Уменьшение объема ручного редактирования снижает вероятность появления ошибки в программе и, следовательно,  сокращает время, затрачиваемое на поиск ошибок.

Кроме того, использование в программном обеспечении функции обнаружения столкновения предотвращает датчик от выполнения потенциально опасных перемещений в измерительном цикле, дает пользователю дополнительную уверенность в отсутствии ошибок в программе и сокращает время отладки. Таким образом, с помощью семейства программ Productivity+™ можно ускорить процесс программирования и сделать его более эффективным.

Данные программы можно запускать на персональном компьютере и, тем самым, программировать измерения вне производственного цеха без вывода станков из производственного процесса.

Productivity+™ ActiveEditor

При отсутствии 3-D модели можно воспользоваться Active Editor – программой с диалоговым интерфейсом, с помощью которой можно создавать программы обработки с измерительными циклами, сразу готовые для запуска на станке.

Так же как и Active Editor Pro, программа Active Editor позволяет считывать уже существующие управляющие программы и добавлять в них циклы измерений, что опять избавляет от необходимости редактировать программы непосредственно в системе ЧПУ станка.

Удобный для пользователя диалоговый интерфейс со встроенным справочным руководством значительно облегчает разработку программ измерений. Высокий уровень надежности позволяет обходиться без проверки выходного файла постпроцессора.

Так же как и ActiveEditorPro, программа ActiveEditor из Productivity+™ позволяет импортировать имеющиеся программы обработки и включать в них измерительные циклы для наладки инструмента и обнаружения его поломки, для привязки заготовки или для контроля готового изделия при помощи удобной в использовании программы GUI.

Утилита Productivity+ GibbsCAM®

Утилита Renishaw’s Productivity+™ GibbsCAM® – идеальное решение для пользователей GibbsCAM®, желающих дополнить свои программы обработки измерительными циклами. Будучи совместимой с GibbsCAM® (версии 6, 7 или 8), утилита Productivity+™ GibbsCAM® позволяет моделировать измерительные операции на экране, придавая дополнительную уверенность в правильности организации измерений.

Использование утилиты Productivity+™ GibbsCAM дает пользователю те же преимущества, что и автономный пакет программного обеспечения Active Editor Pro: позволяет импортировать измерительные циклы для наладки инструмента и обнаружения его поломки, для привязки заготовки к системе координат станка или для контроля готового изделия. Кроме того, использование привычного интерфейса GibbsCAM® дополнительно упрощает данную процедуру.

Так же как и в Active Editor Pro, в утилите GibbsCAM® реализована мощная функция определения столкновения. Датчик рассматривается просто как еще один инструмент в магазине станка, и создание измерительных циклов происходит вместе с программированием перемещения инструмента, становясь органичной часть процесса разработки управляющей программы.

Польза от взаимосвязи GibbsCAM®/Productivity+™ состоит в том, что в программе можно предусмотреть измерения до того, как пострпроцессор выполнит ее обработку, поэтому нет необходимости редактировать файл еще раз в системе ЧПУ станка.  Productivity+™ также поможет поддержать или восстановить хороший метод организации работы в условиях производства.

Реализация измерений на этапе CAM-программирования позволяет избежать ручного редактирования измерительных циклов. Для пользователей GibbsCAM® утилита Productivity+™ GibbsCAM® – очевидный выбор в пользу самой простой и быстрой реализации измерительных циклов в процессе металлообработки

Источник: https://kospas.ru/sistema-kontrolya-detali-instrumenta

Разнообразие датчиков для обратной связи с двигателем

Во многих приложениях для управления движением необходимо знать положение, скорость и порой — ускорение ротора двигателя или его нагрузку.

В зависимости от особенностей приложения контроллеру двигателя либо требуются точные или приблизительные значения этих параметров, либо они будут совсем не нужны. Если известно состояние двигателя и положение ротора, то управляющий контроллер работает с замкнутым контуром обратной связи.

Конечно, скорость, положение и ускорение двигателя тесно связаны между собой. Поскольку скорость – это производная от положения (по времени), а ускорение – производная от скорости, то все три параметра можно определить, зная только один из них (дополнительно заметим, что скорость является интегралом от ускорения, а положение – интегралом от скорости).

Однако на практике такой метод определения связанных параметров часто (но не всегда) дает неточные результаты из-за малого разрешения и высокого шума. Например, зная, что ротор завершил очередной оборот, можно определить все три переменные, но с очень низким и обычно неприемлемым разрешением. В зависимости от приложения требуемое разрешение и точность могут варьироваться от грубого до умеренного и точного.

Станок с ЧПУ нуждается в точной информации о положении ротора, контроллер стеклоподъемника автомобиля может работать с приблизительными данными, а для стиральной машины или сушилки одежды будет достаточно и грубых значений.

Замыкая контур обратной связи

Для определения положения ротора или обнаружения движения наиболее часто используются резольверы, оптические или емкостные энкодеры и датчики Холла, которые в данном случае расположены в порядке убывания точности, разрешения и стоимости.

Эти датчики сильно отличаются по принципу действия, конструкции и электрическому интерфейсу, поэтому разработчики должны определить, какой из вариантов будет лучшим выбором в данном приложении, и как будет осуществляться связь датчика со схемой контроллера.

Инкрементальные энкодеры (используются, когда требуется определить только относительное положение или если стоимость является критичной) обычно работают вместе с асинхронными двигателями переменного тока.

А вот абсолютные энкодеры (которые формируют для каждого положения вала свой выходной двоичный код, то есть определяют абсолютное положение вала) часто используются совместно с бесколлекторными двигателями с постоянными магнитами в сервоприводах.

Нужна ли инкрементальная или абсолютная информация — определяют, в первую очередь, особенности приложения.

Хотя в настоящее время в большинстве случаев управление двигателем осуществляется через цифровой контур управления, сам сигнал датчика оказывается либо полностью аналоговым, и его необходимо оцифровать, либо представляет собой двоичный сигнал, но с напряжением и другими характеристиками, делающими его несовместимым со стандартной цифровой схемой. Некоторые из датчиков обратной связи поставляются с «сырым» выходом, и их выходной сигнал необходимо согласовывать. Есть и такие, которые имеют согласованные, готовые к подключению выходы, совместимые со стандартными портами ввода/ вывода, форматами и протоколами.

Читайте также  Самодельный сверлильный станок из дрели своими руками

Хотя повышение разрешения с первого взгляда кажется хорошей идеей, на практике это не всегда так. Использование избыточного разрешения способно замедлить работу системы, так как требует дополнительной обработки информации, которая может быть как полезной, так и бесполезной. Поэтому ограничение разрешения на минимально допустимом уровне – хорошая идея.

«Настоящим я разрешаю…»

Резольверы — это точные и надежные абсолютные датчики положения. Они работают по принципу трансформатора с одной первичной и двумя вторичными обмотками, которые смещены на 90° относительно друг друга.

Эффективное соотношение витков обмоток и полярность между первичной и вторичной обмотками меняются в зависимости от угла поворота вала.

Первичная обмотка возбуждается опорным переменным сигналом с постоянной частотой, которая может варьироваться от 50/ 60 Гц до нескольких сотен кГц, а сигналы вторичных обмоток оказываются не в фазе из-за их физического смещения.

Пиковые напряжения вторичных обмоток меняются по мере вращения вала и пропорциональны углу поворота. При демодуляции этих выходных напряжений с использованием эталонного сигнала первичной обмотки схема резольвера может обеспечивать определение угла вала с высоким разрешением.

Резольвер не только точен, но и надежен.

В нем нет механического контакта между первичной и вторичной обмотками, нет отдельных щеток или подшипников в дополнение к тем, которые есть у самого двигателя, нет точек трения, которые могут привести к износу деталей, и возможности загрязнения (например, маслом), которые могли бы помешать работе. Благодаря механической надежности и точности резольверы широко применяются в таких особо ответственных и сложных приложениях как измерение углов вращения в артиллерийских орудиях.

Однако резольверы громоздки и относительно дорогостоящи по сравнению с альтернативными решениями, а также потребляют достаточно большую мощность, что неприемлемо для малопотребляющих систем.

Они также требуют относительно сложных схем для генерации и демодуляции сигналов переменного тока, хотя это не столь большая проблема при использовании современных ИС.

Резольверы позволяют определять абсолютное положение вала сразу после включения питания, для выполнения измерений им не нужно какое-либо начальное движение или определение начального угла поворота. Конечно, эта особенность принципиально необходима для одних приложений, и абсолютно неважна для других.

Кодирование положения, а не данных

Оптический энкодер (термин «энкодер» здесь не связан с кодированием цифровых данных) является инкрементальным датчиком положения, в котором используется источник света (светодиод), два фотодатчика, смещенных друг относительно друга на 90°, и стеклянный или пластиковый диск между ними (рис. 1). На диске вырезаны тонкие щели, исходящие из центра. При вращении диска датчики видят чередование светлых и темных полос.

Количество щелей на диске и некоторые другие параметры определяют разрешение датчика, которое обычно составляет 1024, 2048 или даже 4096 отсчетов на оборот. В отличие от трансформаторных датчиков, таких как резольверы, оптические энкодеры долгое время не были массово представлены на рынке, пока не появились долговечные светодиоды и эффективные фотодатчики.

Рис. 1. Оптические энкодеры

Физическое расположение фотодатчиков позволяет энкодеру определять направление вращения. Основная схема преобразует выходные импульсные последовательности двух датчиков (называемых выходами A и B) в пару битовых потоков, по которым можно судить как о движении, так и о его направлении.

Однако энкодер является инкрементальным, а не абсолютным датчиком положения. Чтобы определять абсолютное положение, в большинство энкодеров добавляют третий выход и фотосенсор для получения нуль-метки. При этом вал должен совершить достаточный поворот, чтобы поймать этот сигнал. Есть способы добавления к оптическому энкодеру полноценного сигнала абсолютного положения, но это усложняет устройство датчика.

Оптические энкодеры предлагают очень хорошее разрешение, но они не так надежны, как резольверы: на пути прохождения оптического сигнала может оказаться грязь, или кодирующий диск может быть загрязнен. Однако производительность энкодеров более чем достаточна для многих приложений — они компактные, легкие, имеют небольшое потребление, просты в подключении и отличаются малой стоимостью.

Примерами типовых оптических датчиков для двигателей и систем с вращением являются двухканальные модули HEDS-9000 и HEDS-9100 производства Avago Technologies (теперь — Broadcom).

Эти недорогие высокопроизводительные модули включают в себя светодиоды с линзами и микросхему детектора, которые вместе с управляющей электроникой и выходным интерфейсом помещены в небольшой пластиковый корпус C-образной формы (рис. 2).

Модули имеют сильно коллимированный источник света и особое расположение фотоприемника, что делает их малочувствительными к несоосности при установке.

Рис. 2. Двухканальные модули HEDS-9000 и HEDS-9100

Обратите внимание, что кодирующий диск, называемый кодовым колесом, приобретается отдельно, с разрешением 500 CPR (отсчетов на оборот) и 1000 CPR для HEDS-9000 и 96…512 CPR для HEDS-9100. Модули имеют два канала (A и B) с TTL-совместимыми цифровыми выходами и требуют одного источника питания 5 В.

Существует альтернатива оптическим энкодерам – энкодеры, использующие емкостную связь вместо оптической, как, например, в датчиках CUI AMT10 Series (рис. 3).

Это семейство включает ряд надежных высокоточных модулей, доступных в инкрементальных и абсолютных версиях, с разрешением до 12 бит (4096 отсчетов). Разрешение выбирается пользователем из 16 значений с помощью четырехпозиционного DIP-переключателя.

Состояние квадратурных выходов A/ B этих модулей передается по стандартному CMOS-совместимому интерфейсу SPI.

Рис. 3. Емкостный энкодер CUI AMT10

В отличие от оптических энкодеров в CUI AMT используется повторяющийся выгравированный рисунок из проводников на движущейся и неподвижной частях энкодера. При вращении энкодера относительная емкость между двумя частями увеличивается или уменьшается, и это изменение емкости детектируется, что несколько похоже на работу фототранзисторов в оптическом энкодере. При этом влияние пыли и загрязнений оказывается незначительным.

Стоит иметь в виду, что резольверы и энкодеры все-таки являются механическими системами с особыми требованиями к монтажу и электрической совместимости. Чтобы не производить множество разных уникальных датчиков, CUI предлагает для серии AMT10 различные вспомогательные аксессуары: рукава, крышки и монтажные основания.

Поэтому один и тот же базовый датчик может использоваться с валами различного диметра и для различных способов установки.

Резольверы и энкодеры обеспечивают измерения с разрешением до 1/100° (0,6 угловой минуты) или даже лучше, но разрешение — это не то же самое, что точность (для некоторых приложений более важен первый параметр, а для других приложений — второй).

Независимо от того, используется ли в системе резольвер или энкодер, в ней все равно существуют источники ошибок: температурная погрешность, изменение скорости вращения, нежелательные фазовые сдвиги и другие факторы.

Однако производители этих устройств разработали способы устранения или компенсации многих из этих погрешностей.

Для этого часто используются промежуточные схемы на основе ИС, которые помещают между необработанным выходным сигналом сенсора и приведенным выходом, который поступает на системный контроллер.

Наступление датчиков Холла

Еще один класс энкодеров или датчиков, основанный на давно известном принципе, требует эффективной полупроводниковой электроники и наличия подходящих корпусных исполнений.

Кроме того, важная интерфейсная схема, способная работать с минимальным напряжением и легко взаимодействовать с системой, теперь доступна в интегральном исполнении, что еще больше упрощает использование этой технологии.

Устройства с датчиками Холла могут применяться как для измерения тока через проводник, который является частью датчика, так и для обнаружения окружающего магнитного поля.

В состав некоторых датчиков Холла входит не только сам сенсор.

Например, трехосевой датчик положения MLX90367 производства компании Melexis представляет собой интегральную микросхему абсолютного датчика, чувствительного к плотности магнитного потока, проходящего перпендикулярно и параллельно поверхности ИС.

Он чувствителен к трем составляющим плотности потока, что позволяет MLX90367 (совместно с корректной магнитной системой) распознавать абсолютное положение любого движущегося магнита (например, вращение в диапазоне 0…360°).

Данное устройство, имея 12-битное разрешение, способно выполнять обработку сигнала с помощью встроенного микроконтроллера и DSP (рис. 4). Это позволяет делать необходимые вычисления, вносить поправки для существующих нелинейностей и многое другое.

Микросхема имеет множество особенностей и функций, выбираемых пользователем, а также поддерживает различные форматы выходных данных, включая расширенный формат со встроенной коррекцией ошибок SENT (SAE J2716-2010), который широко используется в автомобильных приложениях.

Читайте также  Как сделать кромкообрезной станок своими руками

Рис. 4. Melexis MLX90367

Большинство магнитных энкодеров с датчиками Холла использует специальное колесо, прикрепленное к валу двигателя. По периметру данного колеса располагаются полюса с северным и южным направлениями намагничивания. Такая конструкция представляет собой магнитный аналог кодирующего диска оптических энкодеров.

Колесо обычно изготавливают из феррита, литого под давлением, в который встроен массив намагниченных элементов. Типичное колесо имеет 32 полюса (16 северных и 16 южных), поэтому разрешение оказывается намного меньше, чем для оптических энкодеров или резольверов, но зачастую этого достаточно для многих приложений.

Обычно используется одновременная установка трех датчиков Холла, расположенных с электрическим смещением 120° друг от друга.

Заключение

Разработчики, которым требуется определять положение вала двигателя, скорость или ускорение, имеют в своем распоряжении богатый выбор вариантов решений, охватывающих широкий диапазон ключевых характеристик и параметров производительности. Резольверы, оптические и емкостные датчики, а также датчики Холла имеют свою специфику. Тот или иной вариант может оказаться более предпочтительным за счет особенностей конкретных приложений.

Источник: https://www.terraelectronica.ru/news/4970

Датчики ЧПУ станка

Станки с ЧПУ имеют массу преимуществ перед обычными. Они позволяют автоматизировать управление и производство. Работа станков с ЧПУ была бы невозможна без датчиков. Датчики бывают разнообразных типов, каждый из них выполняет определенную функцию.

Виды и принцип работы датчиков ЧПУ

Ниже приведена таблица, в которой указаны виды датчиков ЧПУ, принципы их действия,  для чего он нужен на станке, а также место крепления на станке.

Датчики высоты
Датчик срабатывает при касании к его поверхности.Используется для поиска граней обрабатываемой детали.Крепится к корпусу рабочего инструмента.

Вида датчика Принцип работы Для чего используется Точка крепления на станке
Бесконтактный фото датчик Датчик состоит из двух частей, источника светового луча и фотоприемника. Он срабатывает если между частями будет находится какой – либо предмет. Используется в станках, где необходимо отслеживать перемещение деталей. Контроль наличия упаковки, уровня жидкости в емкости, наличия крышки на бутылке, наличие заготовки. Также датчик может применяться везде, где есть необходимость контролировать наличие детали. Датчик может находиться в разных частях станка. Крепиться он там где необходимо, к примеру, в области, где обработается деталь или на конвейерной линии.
Датчик определения угла поворота Датчик состоит из двух частей, из источника светового луча, фотоприемника и диска с отверстиями. Датчик срабатывает, когда луч света попадает через отверстия на диске на фотоприемник. Датчик используется для того чтобы определить угол наклона вала. Крепится датчик на вращающемся валу.
Линейный датчик Датчик состоит из двух сообщающихся частей, растровой линейки и головки. Он измеряет положение путем определения положения головки на растровой линейке. На данный момент датчик применяется в большинстве станков. И служит он для того чтобы определить положение детали или обрабатывающего элемента. Крепится данный датчик в областях станка на ходовые винты, где необходимо измерять положение детали или обрабатывающего элемента.
Концевые датчики Данный датчик срабатывает, когда какой-либо предмет касается его или поверхности. Датчик служит для того чтобы контролировать близость элемента конструкции станка. Крепится данный датчик на различные оси.
Датчики положения инструмента Датчик срабатывает при касании к его поверхности. Используется для поиска инструмента. Крепится столу станка.
Датчики высоты Датчик срабатывает при касании к его поверхности. Используется для поиска граней обрабатываемой детали. Крепится к подвижной части оси Z

Концевые датчики

Концевые датчики нужны для того чтобы ограничивать перемещение в координатных осях. Используются для определения позиции home(начальных позиций по осям). Это делается для того чтобы избежать различных перекосов, которые могут вывести станок из строя.  Для калибровки станка и поиска положения рабочего инструмента в пространстве при включении питания станка.
Датчики данного типа бывают 2 типов:

механический индукционный (магнито-объемный)
Преимущества: простое устройство, помехоустойчив, не требует настройки.

Недостатки: быстро выходит их строя чувствительный элемент, подвержен загрязнению, отказ в срабатывании, погрешность 1-3мм.

Преимущества: погрешность до 0.5мм, нет подверженных поломкам механических частей.

Недостатки: не помехоустойчив, требуется настройка.

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками датчиков.

Название датчика Класс точности Ток,А Напряжение, В Когда срабатывает Материал, от которого срабатывает Подключается к таким пинам
Датчик индуктивный SN04-N, NPN, NO, класс B В 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Датчик индуктивный SN04-A, NPN, NO, класс А А 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/BX, NPN, NO, класс A А 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Датчик бесконтактный индуктивный LJ12A3-2-Z/AX, NPN, NC, класс В В 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/AX, NPN, NC, класс А А 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/BX, NPN, NO, класс A А 5 36 При дистанции 4 мм. Любой NPN
Микропереключатель концевой SS-5GL2 В 5 220 При касании Любой SPDT

Оптические линейки

Оптические линейки используются для того чтобы организовать замкнутую обратную связь по положению станка.

Линейки Rational WTA5

Оптические линейки используются, если необходимо измерить линейные размеры изделия. Имеют размеры: 100 мм, 250 мм, 350 мм, 500 мм, 700 мм, 900 мм. Обычно устанавливается на разнообразные станки, с целью их модернизации. Совместима с УЦИ Rational серии WE6800 (подключение через разъем 9РD).

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками оптических линеек Rational WTA5

Название линейки Напряжение, В Размер линейки, мм Разрешение, мм Подключается к таким пинам
Rational WTA5 – 100 5 100 0.001 9РD
Rational WTA5 – 250 5 250 0.001 9РD
Rational WTA5 – 350 5 350 0.001 9РD
Rational WTA5 – 500 5 500 0.001 9РD
Rational WTA5 – 700 5 700 0.001 9РD
Rational WTA5 — 900 5 900 0.001 9РD

Датчики высоты инструмента

Датчики высоты используются для определения высоты фрезы. Устройство калибровки высоты режущего инструмента.

Устройство состоит из двух частей, которые связываются между собой через Wi-Fi. На одной из части расположена контактная площадка, при касании передаются сигнал в другую часть устройства. Используется для того чтобы настроить рабочую высоту инструмента.

Модуль позиционирования фрезы NC Studio v5

Устройство используется для настройки высоты между инструментом и заготовкой. Состоит из двух частей, которые связываются между собой через Wi-Fi. Срабатывает при нажатии на контактную площадку на одной из частей.

Датчик высоты инструмента PLTLS-01

Используется для установки высоты в автоматическом режиме. Совместим с MACH3, LinuxCNC.

Датчик высоты инструмента DT02

Используется для установки высоты в автоматическом режиме. Совместим с MACH3, LinuxCNC. Имеет хорошую защиту от шумов, поэтому может работать без перебоев. На одном комплекте аккумуляторов может работать около 6 месяцев.

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками:

Название датчика Точность, мм Ток, мА Напряжение, В Когда срабатывает Материал, от которого срабатывает Подключается к таким пинам
Устройство калибровки высоты режущего инструмента 0.01 1 5 При касании Любой DB15
Модуль позиционирования фрезы NC Studio v5 0.01 1 5 При касании Любой DB15
Датчик высоты инструмента PLTLS-01 0.01 30 250 При касании Любой DB15
Датчик высоты инструмента DT02 0.01 50 250 При касании Любой DB15

Энкодеры

Энкодеры применяются для того, чтобы определить угол поворота вала. Энкодер — это генератор импульсов оптический или магнитный (датчик Холла).

Энкодеры бывают двух типов:

1.абсолютный Энкодер возвращает своё абсолютное положение после становки и отключения питания.

Энкодер абсолютного значения оптический

2.инкрементный Энкодер выдаёт импульсы, означающие изменение его положения. Начинает отсчет поворотов с нуля после остановки и отключения питания. Датчик Холла относится к инкрементным энкодерам.

Энкодер инкрементный оптический

Датчик Холла Энкодера

Энкодер инкрементальный, используется в шаговых двигателях и винтовых передачах для точного позизионирования линейного перемещения. Имеет разрешение 4000 им/об.

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками.

Название датчика Сигнал Разрешение им/об Напряжение, В Частота, кГц
Ручной генератор импульсов оптический OSBAO60-100B/5E Однофазный 100 5 20
Энкодер оптический HS40A-1000P-8P Дифференциальный 4000 5 300
Энкодер оптический HS40A-1000P-6.35P Дифференциальный 4000 5 300
Энкодер оптический HS30A-1000P-8P Однофазный 4000 5 20
Энкодер оптический HS30A-1000P-6.35P Однофазный 4000 5 20

Датчики станков с ЧПУ используют в самых разнообразных сферах на станках где нужно автоматизировать производство.

Источник: http://zewerok.ru/datchiki-chpu-stanka/

Понравилась статья? Поделить с друзьями: