Модель инкрементного датчика

Из выходных сигналов резольвера создается 6 выходных сигналов, которые используются управлением верхнего уровня для позиционирования. Выходы этих каналов А, В и С (рис.7) и их инверсные сигналы .

Модель инкрементного (вырабатывают выходной сигнал, представляющий собой последовательность импульсов прямоугольной формы) датчика выдает 1024 импульса (однотипные импульсы) на один оборот. Они позволяют системе управления позиционированием с помощью импульсного умножителя частоты удваивать или учетверять разрешающую способность. Тем самым можно один оборот двигателя разделить на 4096 импульсов.

Рис.7. Моделирование инкрементного датчика

Импульсы каналов А и В сдвинуты относительно друг друга на 90 электрических градусов. При движении направо положительные фронты импульсов канала А опережают такие же импульсы канала В и наоборот. Канал С за каждый полный оборот вала двигателя выдает один импульс, который можно использовать как опорный сигнал.

Фотоимпульсные датчики

Рис. 14. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота в цифровой код

Основным элементом фотоэлектрического датчика является стеклянный диск СД, вал которого соединяется с валом механического устройства. Диск разделен на несколько колец, количество которых соответствует количеству двоичных разрядов числа и определяет точность датчика. На рисунке – число разрядов равно 4. На практике применяют 10 и более разрядов. В свою очередь каждое кольцо разделено на ряд прозрачных и непрозрачных частей. Внутреннее кольцо, соответствующее старшему разряду числа, разделено на две части, из которых одна прозрачная, а вторая непрозрачная. Следующее кольцо разделено на четыре части и т.д. С одной стороны стеклянного диска СД расположены осветители ОС, дающие узкий параллельный пучок света; с другой стороны, против них – фотодиоды ФД. Количество фотодиодов и осветителей равно числу колец диска. Напряжения, снимаемые с фотодиодов, поступают на входы усилителей РУ с релейной характеристикой. Если фотодиод засвечен, то на выходе соответствующего усилителя имеется полное напряжение, что соответствует в цифровом коде +1; если не засвечен – то 0.

Таким образом, каждому углу поворота диска СД соответствует определенная комбинация уровней напряжений на выходах усилителей РУ, т.е. код числа.

Энкодеры

Энкодеры – преобразователи информации об абсолютном или относительном угловом положении вала в кодовый цифровой сигнал.

Абсолютный энкодер, как правило, отличается наличием уникальной комбинации меток в виде линий или секций переменной угловой ширины для каждого углового положения, а инкрементальный энкодер использует диск, на котором равномерно нанесены однотипные метки (за исключением, индексной), поскольку основная задача инкрементального устройства — детектирование пошагового перемещения с опорой на нулевую (индексную) метку при включении питания.

Энкодеры с большим интервалом между масштабными штрихами (с меньшим количеством штрихов) обеспечивают более высокую частоту выдачи данных, в то время как энкодеры с меньшим интервалом между штрихами (большим количеством штрихов), как правило, имеют более низкие ошибки интерполяции.

Строго говоря, угловыми энкодерами называются преобразователи угловых перемещений, имеющие 10 000 и более масштабных штрихов на оборот, точность которых не хуже 5 угловых секунд, а под «круговыми датчиками» подразумеваются энкодеры, которые не удовлетворяют этим критериям. Вместе с тем, зачастую угловым энкодером называют любой преобразователь угловых перемещений.

При изменении углового положения вала относительно его исходного состояния, инкрементальные энкодеры вырабатывают выходной сигнал, представляющий собой последовательность импульсов прямоугольной формы. Количество импульсов на оборот (разрешающая способность) пропорционально изменению углового положения вала и может достигать 10000 импульсов на один оборот.

Путем обработки сигнала от инкрементального датчика можно получить информацию о текущем значении угла поворота вала относительно опорной индексной отметки (методом последовательных приращений), а также об угловой скорости.

Главным недостатком инкрементальных энкодеров, в сравнении с абсолютными, является потеря инкрементальной угловой информации при сбоях питания (даже в системах с внешним относительно энкодера индексным каналом). Тем не менее, в системах с резервированием подачи питания данный недостаток является несущественным.

Рис. Изображение кодового диска инкрементального энкодера DKS40

Абсолютный энкодер, как правило, отличается наличием уникальной комбинации меток в виде линий или секций переменной угловой ширины для каждого углового положения, а инкрементальный энкодер использует диск, на котором равномерно нанесены однотипные метки (за исключением, индексной), поскольку основная задача инкрементального устройства - детектирование пошагового перемещения с опорой на нулевую (индексную) метку при включении питания. Полученные фотоприемниками световые пучки в дальнейшем обрабатываются переключающей электронной схемой - формирователем выходных импульсов.

Индуктивные датчики

Рис.12. Устройство и функциональная схема индуктивного датчика

Или другая распространенная конструкция:

Рис.13

1. Генератор обеспечивает зону чувствительности выключателя.

2. Триггер обеспечивает необходимую крутизну фронта сигнала переключения и значение гистерезиса.

3. Усилитель увеличивает амплитуду выходного сигнала до необходимого значения.

4. Светодиодный индикатор покзывает включенное/выключенное состояние выключателя, обеспечивает контроль работоспособности, оперативность настройки и ремонта оборудования.

5. Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от проникновения твердых частиц и воды.

6. Корпус обеспечивает монтаж выключателя, защищает от механических воздействий. Выполняется из латуни или полиамида, комплектуется метизными изделиями

Индуктивные датчики срабатывают при приближении объектов из металла. Индуктивные выключатели наиболее эффективно использовать в качестве конечных выключателей в автоматических линиях, станках и т.п., т.к. они срабатывают только на проводящие материалы и не чувствительны ко всем остальным. Это увеличивает их защищенность от помех - введение в зону чувствительности выключателя рук оператора, эмульсии, воды, смазки и т.д. не приведет к ложному срабатыванию. В качестве управляющего объекта для индуктивных выключателей используются такие металлические конструктивы, как зубья шестерен, кулачки, ползуны; часто это металлическая пластина, прикрепленная к соответсвующей детали оборудования. Для настройки расстояния воздействия применяют пластину из стали, толщиной 1 мм. Пластина имеет форму квадрата со стороной более или равной значению диаметра выключателя. В случае применения конструктивов не из стали, а из других металлов, вводятся поправочные коэффициенты:

Чугун -1,1 Хром-никель -0,9 Латунь -0,4 Аллюминий -0,35

При установке индуктивных выключателей в реальную конструкцию, следует учитывать влияние окружающих неподвижных металлических элементов и других индуктивных выключателей.

Схемы работы датчиков фирмы «muRata»

«Микрики»

Механические выключатели – обеспечивают срабатывание электроавтоматики станка при «замыкании» или «размыкании» контактов.

Рис. 15. Микроконтактные переключатели (выключатели)

Как правило используются как датчики крайних (конечных) положений.

Оптические линейки

С установленных на станке оптических линеек поступают сигналы единичных перемещений исполнительных механизмов (приводов координатных столов станка) на драйвер счетчика оптических преобразователей и далее данная информация обрабатывается программным обеспечением. Таким образом, система в каждый момент времени «знает» о реальном пространственном положении режущего инструмента и производит необходимую коррекцию перемещений, передаваемых от СЧПУ на шаговые приводы исполнительных механизмов станка. Принципиальным фактором в таком построении системы управления, является наличие обратной связи по координатам, что позволяет не просто «отрабатывать» заложенные в управляющей программе перемещения, но и компенсировать погрешности механических узлов станка.