Номенклатура й технічні характеристики датчиків, застосовуваних на верстатах зі ЧПУ

6 ІНДИВІДУАЛЬНЕ  ЗАВДАННЯ  КАФЕДРИ  АВП

6.1 Номенклатура  й  технічні  характеристики

датчиків,  застосовуваних  на  верстатах  зі  ЧПУ

У сучасних автоматичних системах застосовується безліч різноманітних датчиків. Датчик - це пристрій, що сприймає вимірюваний (контрольований) параметр і перетворююче його в сигнал, зручний для передачі по лініях зв'язку, подальшого перетворення, обробки й зберігання й не піддається безпосередньому сприйняттю спостерігачем. Залежно від  енергетичного носія інформації вихідні сигнали можуть бути електричними, пневматичними, гідравлічними  і  т.д.

За останні роки в техніку виміру й регулювання параметрів різних процесів у самостійну галузь виділилося виготовлення й застосування датчиків. Ця галузь, постійно розвиваючись, є основою створення різноманітних варіантів систем автоматичного регулювання.

З ростом автоматизації до датчиків фізичних параметрів стали пред'являтися усе більше високі вимоги. При цьому особливе значення надається наступним показникам:

o                      мініатюрність;

o                      дешевизна ( серійне виробництво );

o                      механічна міцність.

На верстатах із ЧПУ використовують наступні типи датчиків: кругові датчики типу ВЕ, трансформатори, що обертаються, датчики тиску, переміщення, температури.

Нижче розглянемо деякі з названих типів датчиків і докладно зупинимося на інкрементному ротаційному датчику.

Перетворювач кутових переміщень фотоелектричний типу ВЕ178А призначений для використання в системах автоматичного регулювання верстатів і для інформаційного зв'язку по положенню між виконавчими механізмами верстата, промислового робота й пристроєм числового програмного керування, а також у системах автоматичного або автоматизованого контролю, регулювання й керування інших областей техніки.

Фотоелектричні  перетворювачі  лінійних  переміщень  моделі  ВЕ164  призначені  для  перетворення  лінійних  переміщень  робочих  органів  металорізних  верстатів  в  електричні  сигнали, що  містять  інформацію  про  величину  й  напрямок  цих  переміщень,  важливі  для  наступної  обробки  в  системах  ЧПУ  або  пристроях  цифрової  індикації  для  керування  верстатами.

Випускається  вісімнадцять  видів  перетворювачів  даного  типу, що  відрізняються  такими  параметрами,  як  максимальна  довжина  вимірюваного  переміщення  і  клас  точності.

6.2 Інкрементні  ротаційні  датчики  ROD 6/77.2 для  системи  SINUMERIC 520 й ROD 6/77.6 для  системи SINUMERIC  520 К

Інкрементні  ротаційні  датчики - типу  ROD  є  аналого-цифровими  перетворювачами.  Якщо  обертати  вал  датчика,  то  датчик  генерує  електричні  сигнали  у  формі  прямокутної  серії  імпульсів. Кількість імпульсів, що генерується, являє  собою  одиницю  виміру  кута  обертання. Для  цифрового  елементарного  кроку в  розпорядженні  є  ряд  різних  значень, що  відповідають  кількості  імпульсів  для  повного  обороту  вала  датчика, зазначених  в  "Технічних  даних".

У  результаті  застосування  кремнієвих  фотоелементів  у  двотактній  схемі  виходить  постійність  коефіцієнта  заповнення, навіть  при  температурних  коливаннях  або  при  зміні  напруги  ламп  і  живлення.

Принцип  роботи  інкрементного  ротаційного  датчика, який представлений на рисунку 6.2.1 зазначено нижче.

1              Електроніка;

2              Фотоелементи;

3              Скануюча  решітка ( скло );

4              Оптика;

5              Лампа;

6              Сильфонна  муфта;

7              Ділення  нульового  імпульсу;

8              Обертовий  скляний  диск  із  радіальним  розподілом  решітки;

9              Вал  датчик;

10              Приводний вал.

Рисунок 6.2.1- Інкрементний  ротаційний  датчик

На  валу  датчика  встановлений  імпульсний  диск, що представляє  собою  скляний  диск  круглої  форми  з  радіальним  розподілом  решіток. Цей  розподіл  сканується  фотоелектрично. З  однієї  сторони  імпульсний  диск  підсвітлюється, з  іншої  сторони  перебувають  чотири  постійні  скануючі  решітки  і  відповідні  до  них  фотоелементи,  які  при  обертанні  імпульсного  диска  коливання  яскравості, виникаючі, перетворюють  в  електричні  сигнали.

Окремі  скануючі  решітки  розташовані  здвинуто  по  відношенню  друг  до  друга  на ¼ періоду  ділення, чим  досягнутий  зсув  по  фазі  в  ¼  періоду = 90о ЭЛ  сигналів  фотоелементів  Е11 та Е21. Інші  два  сигнали Е21 та Е22  відповідно  до Е11 та Е21 зміщені  по  фазі  на 180 о ЭЛ. (протифаза).

Шляхом  накладання  сигналів Е11 та Е21 або Е21 та Е22  виникають  майже  синусообразні  та  симетричні  до  нульової  лінії  сигнали  Ue1 і Ue2, які  потім  перетворяться  в  прямокутні  сигнали  й  піднімаються  до  рівня  вихідного  сигналу.

До кожного з обох прямокутних вихідних сигналів генеруються також зміщений ( зсув 180 о по ЭЛ - фазі) сигнал та . На виході датчика, таким чином, у розпорядженні є дві  зміщені  на  90 о  серії прямокутних  імпульсів Ua1 та Ua2, а також протилежні прямокутні сигнали   та на окремих контактах.

Інвертовані сигнали   та    застосовуються для подавлення паразитних імпульсів, які можуть впливати  на лінії від датчика до обчислювальної електроніки ( лічильник ).

Якщо вихідний сигнал Ua1 розглядати як опорний сигнал, то залежно від  напрямку обертання сигнал Ua2 випереджає або відстає від сигналу Ua1 . В SіNUMERіC'е  цей критерій використається для електронного визначення напрямку обертання.

При використанні всіх фронтів обох прямокутних імпульсів Ua1 й Ua2 генеруються чотири рахункових імпульси на кожен інтервал розподілу (чотириразова оцінка значень).

Блок-схема  роботи  датчика  наведена  на  рисунку 6.2.2 .

1              Фотоелементи;

2              Підсилювачі;

3              Каскади формування імпульсів;

4              Вихідний каскад.

Рисунок 6.2.2 - Блок-схема роботи датчика

6.3 Датчики  зворотного  зв'язку

Датчики зворотного зв'язку є важливим елементом металорізних систем із ЧПУ та систем ЧПУ з додатковими джерелами інформації. Датчики зворотного зв'язку по положенню здійснюють контроль положення виконавчого органа в конкретній позиції. Датчики зворотного зв'язку по переміщенню виділяють інформацію про пройдений шлях виконавчим органом. Інші датчики можуть виділити інформацію про конкретне положення виконавчого органа, якщо задатися початком відліку.

В якості  датчиків зворотного зв'язку по положенню широко використаються упори ( контактні й безконтактні ), кодові перетворювачі й многорозрядні датчики положення, різного типу кінцеві вимикачі й т.п. Датчики зворотного зв'язку по переміщенню залежно від  принципу дії бувають фазові й імпульсні.

У датчиках зворотного зв'язку для фазових систем ЧПУ переміщення на один крок приводить до зміни вихідного сигналу від 0 до 360 о за лінійним законом. В якості  таких датчиків широко застосовують синусно-косинусні обертові трансформатори   ( СКВТ ), індуктивні і ємнісні датчики.

Для імпульсних систем ЧПУ широко застосовують фотоелектричні датчики.

Існують пристрою автоматичного контролю, засновані на дифракційному методі. Випромінювання лазера направляється на контрольовану заготовку, модулюється модулятором, проходить через лінзу і попадає на екран, на якому спостерігається дифракція від контрольованої заготовки.

Найбільш перспективним варто вважати метод точного фокусування лазерного променя, точність виміру яким не залежить від зміни умов навколишнього середовища і частотної нестабільності лазерних джерел. Крім того, цей метод може бути застосований безпосередньо для прямого контролю лінійних розмірів заготовок, оброблюваних на верстатах із ЧПУ.

Розглянемо принцип дії лазерної вимірювальної системи для автоматичного контролю лінійних розмірів заготовок фасонного профилю. Промінь лазера 1 проходить через напівпрозоре дзеркало 2 і фокусується лінзою об'єктива 3 на поверхні вимірюваної заготовки 4. Ця ж лінза 3 збирає світло, розсіяний поверхнею вимірюваної заготівлі 4, у паралельний пучок, що відхиляється напівпрозорим дзеркалом 2 на 90 о і фокусується 5. У фокусі лінзи 5 поміщена діафрагма 6, закріплена на вершині камертона 7, що коливається від генератора 8. Діаметр діафрагми 6 дорівнює діаметру зображення плями лазеру. Після діафрагми 6 світловий потік падає на фотодетектор 9. Електричний сигнал з виходу фотодетектора 9 попадає на попередній підсилювач 10. Сигнал з підсилювача 10 подається на фазочуттєвий детектор 11, сюди ж надходить сигнал від генератора 8. Напруга з виходу фазочуттєвого детектора 11 подається на сервопідсилювач 12, а після нього на сервомотор 13, що відпрацьовує сигнал помилки, переміщаючи датчик 14 в одному з напрямків до тих пір, поки вимірювана заготовка 4 не потрапить у фокус лінзи об'єктива 3.

Принцип роботи системи заснований на точному автоматичному сполученні зображення першого фокуса лінзи L1 із другим фокусом лінзи L2. Якщо лазерний промінь сфокусовано на поверхні вимірюваної заготовки, то на діафрагмі розмір сфокусованої плями буде мінімальним. Якщо вимірювану заготовку перемістити уздовж осі лазерного променя, то діаметр плями на поверхні заготівлі збільшується, а положення зображення цієї плями зміститься із заданого фокуса лінзи 5, при цьому зменшиться інтенсивність світла, що проходить через діафрагму 6, отже зменшиться потік, що попадає на фотодетектор. Принцип дії системи проілюстровано на рисунку 6.3.1

Рисунок 6.3.1- Схема лазерної вимірювальної системи

Багаторазове профілографування дає сімейство профілів, що являє собою каркасну поверхню контрольованої заготовки будь-якого профілю.