Датчики. Классификация датчиков, основные требования к ним

Рис 3.5. Схема для преобразования Кода Грея в двоичный код

3.5. Gray-Excess-Code

   Обычный одношаговый Грей-код подходит для разрешений, которые могут быть представлены в виде числа возведенного в степень 2. В случаях, где надо реализовать другие разрешения из обычного Грей-кода, вырезается и используется средний его участок. Таким образом, сохраняется «одношаговость» кода. Однако числовой диапазон начинается не с нуля, а смещяется на определенное значение. При обработке информации от генерируемого сигнала отнимается половина разницы между первоначальным и редуцированным разрешением. Такие разрешения как, например, 360° для выражения угла часто реализируются этим методом. Так 9-ти битный Грей-код равный 512 шагов, урезанный с обеих сторон на 76 шагов будет равен 360°.

   Измерительная система абсолютного энкодера состоит из поворотной оси, монтированной на двух высокопрецизионных подшипниках, кодового диска, установленного на ось, а также опто-электронной считывающей матрицы и схемы обработки сигнала. В качестве источника света служит светодиод, инфракрасные лучи которого просвечивают кодовый диск и попадают на фототранзисторную матрицу, расположенную с обратной стороны кодового диска. При каждом шаге углового положения кодового диска темные участки кода предотвращают попадание света на те или иные фототранзисторы фототранзисторной матрицы. Таким образом, темные - светлые участки каждой из дорожек будут отображены на фототранзисторной матрице и преобразованы в электрические сигналы. Электрические сигналы, в свою очередь, подготавливаются операционными усилителями и выходными трайберами для выдачи в виде n -бит бинарного сигнала. Изменения интенсивности источника светового потока регистрируются с помощью дополнительного сенсора и компенсируются электронной схемой.

3.6. Однооборотный энкодер

   Однооборотными ( Single - Turn ) датчиками называются датчики, которые выдают абсолютное значения в пределах одного оборота, т.е. в радиусе 360°. После одного оборота код является полностью пройденым и начинается опять с его начального значения. Эти датчики служат, преимущественно, для измерения угла поворота и применяются, например, в антенных системах, эксцентричных коленчатых пресах и т.д.

Рис 3.6. Устройство однооборотного энкодера

3.7. Многооборотный энкодер

   Линейные перемещения предполагают необходимым применение измерительной системы с n -количеством оборотов. Например, при линейных приводах или при задачах измерения с помощью зубчатой измерительной штанги, применение однооборотных датчиков является неприемлемым. В этом случае приходят на помощь датчики, где дополнительно к измерению угла поворота в пределах одного оборота также происходит регистрация количества оборотов с помощью дополнительно встроенного передаточного механизма, т.е. своего рода редуктора из нескольких кодовых оптических дисков, образуя, таким образом, многооборотный энкодер ( Multi - Turn ).

Рис 3.7. Устройство многооборотного энкодера

3.8. Оптические энкодеры

Оптические энкодеры имеют жёстко и закреплённый соосно валу стеклянный диск с прецизионной оптической шкалой. При вращении объекта оптопара считывает информацию, а электроника преобразовывает её в последовательность дискретных электрических импульсов. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика. Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры вращения оптического диска.

3.9. Магнитные энкодеры

Магнитные энкодеры с высокой точностью регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код.

3.10. Механические и оптические энкодеры с последовательным выходом

Содержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачными участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической. Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала.

3.11.Крепление

Представленные датчики соединяются с вращающимся объектом посредством нормального или полого вала, последний может быть как сквозным, так и несквозным (тупиковым). Вал вращающегося объекта и вал энкодера соединяют механически при помощи гибкой или жёсткой соединительной муфты. В качестве альтернативы энкодер монтируют непосредственно на вал объекта, если энкодер имеет полый вал. В первом случае вероятная несоосность и допустимые биения компенсируются деформацией гибкой втулки. Во втором возможна фиксация энкодера посредством штифта.

4. Контроль геометрических размеров

        Промышленные системы машинного зрения позволяют проводить бесконтактные измерения геометрических размеров и формы сырья, заготовок, деталей и готовой продукции в процессе производства непосредственно на конвейере или в производственной линии.

рис 4.1. Примеры контроля размеров

     Технология:

  Измерение производится бесконтактно, с помощью цифровых промышленных видеокамер, установленных в соответствии с условиями базирования объекта и схемой измерений.

     Специализированные модули подсветки увеличивают оптический контраст изображения и обеспечивают устойчивость системы к изменению условий внешнего освещения.

Программное обеспечение обеспечивает обработку полученных изображений, в том числе:

        калибровку, переход к реальному масштабу координат,

        коррекцию изображения,

        автоматический поиск объекта в поле зрения,

        привязку системы координат к объекту,

        измерение геометрических параметров и выдачу результата.

        нахождение размеров в поле допуска,

        годность/негодность изделия,

        отношение к конкретному классу изделий (в задачах сортировки)

Преимущества:

        Обеспечивается 100% контроль размеров каждой единицы продукции

        Исключается «человеческий фактор»

        Контроль размеров в реальном масштабе времени позволяет своевременно внести корректировки в технологический процесс и исключить брак

        Высокая точность измерений (от 10 мкм)

        Интеграция в существующие производственные линии, АСУ ТП и MES
 

Дополнительные возможности:

        Интеграция видеокамер с приводами и системами управления движением позволяет обеспечить сканирование объекта

        Видеокамеры могут устанавливаться непосредственно на обрабатывающее оборудование с целью контроля положения рабочего органа

        Возможность организовать, с помощью одной системы, комбинированный выходной контроль качества: измерения, проверка сборки изделия, отсутствия внешних повреждений, наличия маркировки и правильности упаковки.

     Примеры использования:

        сортировка, отбраковка изделий в пищевой промышленности,

        контроль размеров изделия на конвейере,

        дефектоскопия (отбраковка по размеру дефекта),

        контроль размеров и объема древесины в деревообрабатывающей промышленности,

        и др.

5. Литература.

1.      http://www.sedatec.ru/366/367/371

2.      http://subscribe.ru/archive/tech.electrotech/200609/15080603.html

3.      http://www.sensor.ru/articles/47/element_75.html?news/1928.html

4.      http://kipia.ru/catalog/detail/_enkoderyi_ustroystvo_i_printsip_rabotyi_5367/

5.      http://www.intuit.ru/department/hardware/intsensors/3/5.html

2