Bktp-omsk.ru

Делаем сами
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик линейного перемещения своими руками

Датчик линейного перемещения своими руками

Индуктивный датчик положения
и малых линейных перемещений

Индуктивный датчик положения и малых (около 1 мм) линейных перемещений разрабатывался для применения в магнитных подшипниках и магнитных подвесах [1].

Введение

Одной из проблем, возникающих при разработке магнитных подшипников, является выбор датчика положения подвешенного ротора. Датчик положения должен удовлетворять ряду требований: быть достаточно простым в реализации, иметь высокую линейность характеристики, высокую чувствительность и помехозащищенность, обладать достаточной надежностью. Ротор магнитного подшипника имеет три — шесть поступательных степеней свободы, поэтому конструкция требует установки соответствующего количества датчиков. Каждый из них должен реагировать на изменение соответствующей координаты и быть нечувствительным к изменениям других (развязка по координатам). В качестве датчика положения возможно применение оптоэлектронных, емкостных, индуктивных датчиков. Оптоэлектронный датчик положения обладает высокой чувствительностью и линейностью, достаточно прост в реализации, но требует защиты от паразитной засветки и не дает хорошей развязки по координатам. Емкостной датчик положения отличается сложностью электронного оборудования, большими габаритами чувствительных элементов, низкой чувствительностью и также не дает хорошей развязки по координатам. По совокупности характеристик в качестве датчика положения наиболее подходящим является индуктивный датчик. Он достаточно прост в изготовлении, его чувствительность ненамного меньше, чем у оптоэлектронного, а помехозащищенность наиболее высокая по сравнению с рассмотренными датчиками. Кроме того, этот тип датчика позволяет использовать наиболее малогабаритные чувствительные элементы и достигать таким образом хорошей развязки по координатам.

Принцип работы

Работа индуктивного датчика положения основана на изменении индукции чувствительного элемента при изменении зазора между ним и ферромагнитным движущимся объектом. Вариант конструкции чувствительного элемента представлен на рис. 1. На половине ферритового кольца К7 х 4 х 2 600НН намотана обмотка из 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0.05 мм. Торцы сердечника отшлифованы с применением алмазной пасты. Качество их поверхности определяет чувствительность и линейность датчика. Возможно также исполнение датчика в открытом со стороны подвижного ферромагнитного объекта броневом ферритовом сердечнике (внешний диаметр до 10 мм, параметры обмотки те же) с центральным стержнем. Перемещающийся объект, положение которого контролируется с помощью датчика, должен быть ферромагнитным (из материала с высокой магнитной проницаемостью). Возможно нанесение такого материала на движущийся объект в зоне чувствительности датчика.

Рис. 1. Конструкция чувствительного элемента индуктивного датчика положения (на полукольце и в броневом сердечнике): 1 — обмотка, 2 — ферритовый сердечник, 3 — ферромагнитное основание (движущийся объект).

Конструкция электронной части

Принципиальная схема индуктивного датчика положения показана на рис. 2. На микросхеме DA1 (КР140УД708) собран генератор синусоидального сигнала частотой около 20 кГц и амплитудой около 2 В. Частота генератора задается элементами R1C1R2C2. В цепь отрицательной обратной связи для поддержания необходимого коэффициента усиления включена лампа накаливания HL1. Напряжение с генератора через резистор R4 подается на обмотку L1 чувствительного элемента датчика. Напряжение на этой обмотке относительно общего провода зависит от индуктивности чувствительного элемента, которая определяется расстоянием от него до движущегося ферромагнитного объекта. На микросхеме DA2 (КР140УД708) собран детектор переменного напряжения, снимаемого с обмотки L1, коэффициент усиления которого выбирается из условия получения чувствительности датчика порядка 1 Вольт/миллиметр. Роль фильтрующего элемента выполняет конденсатор C3. Напряжение шумов на выходе датчика не превышает нескольких милливольт.

Рис. 2. Схема принципиальная электронного преобразователя индуктивного датчика положения и малых линейных перемещений.

Ссылки:

  • Датчик — устройство, являющееся первичным элементом цепи измерения, контроля или регулировки какой-либо физической величины, изменяемый вместе с этой величиной некоторый параметр которого (сигнал) может преобразовываться данной цепью для дальнейшего использования в соответствии с предназначением цепи.
  • Магнитный подвес — устройство для разгрузки опоры, действующее за счет сил магнитного притяжения или отталкивания.
  • Магнитный подшипник — подшипник, принцип работы которого основан на использовании сил магнитного притяжения или отталкивания.

24.09.2003
20.01.2006
08.03.2010

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое дифференциальный трансформатор для измерения линейных перемещений (LVDT-датчик) и как он работает

Принцип работы LVDT-датчика

Дифференциальный трансформатор для измерения линейных перемещений (LVDT) представляет собой электромеханический преобразователь, который определяет механическое смещение сердечника и выдает пропорциональное переменное напряжение на выходе. Высокое разрешение (теоретически бесконечное), высокая линейность (0,5% или лучше), высокая чувствительность и нулевое механическое трение – вот некоторые из важных характеристик LVDT-датчиков.

В этой статье мы рассмотрим структуру и принципы работы LVDT-датчика. Мы также рассмотрим три важных параметра этих датчиков: линейный диапазон, погрешность линейности и чувствительность.

Структура LVDT

На следующих рисунках показан вид в разрезе и схемная модель базового LVDT-датчика. Он состоит из одной первичной обмотки, соединенной с двумя вторичными обмотками через подвижный сердечник. Когда магнитопроницаемый сердечник движется, магнитная связь между первичной и каждой вторичной обмотками соответственно изменяется. Это создает зависящие от положения сигналы напряжения на двух обмотках, которые можно использовать для определения положения объекта.

Две вторичные обмотки соединены последовательно, но намотаны в противоположных направлениях. Сердечник, обычно через неферромагнитный стержень, прикрепляется к объекту, движение которого измеряется, и узел катушки обычно фиксируется в неподвижной форме.

Как работает LVDT-датчик

На следующем рисунке показано, как идеально центрированный сердечник в идеале дает нулевой выходной сигнал. Вход возбуждается переменным напряжением соответствующей частоты (VEXC). Поскольку две вторичные обмотки намотаны симметрично с двух сторон первичной обмотки, центрированный сердечник обеспечивает равную магнитную связь между первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками. Если вторичные обмотки соединены последовательно, равные напряжения с противоположной полярностью будут индуцироваться на двух вторичных обмотках (Vs1 = -Vs2). Следовательно, напряжения на двух обмотках уменьшатся, и общий выходной сигнал будет равен нулю (Vout = 0).

Когда сердечник смещается вверх, как показано на следующем рисунке, связь между первичной обмоткой и первой вторичной обмоткой становится сильнее. Это приводит к большему напряжению переменного тока на первой вторичной обмотке по сравнению со второй вторичной обмоткой (| Vs1 |> | Vs2 |) и ненулевому выходу (Vout). Обратите внимание, что выходной сигнал находится в фазе с Vs1, но его амплитуда относительно меньше. В примере, изображенном на нижеприведенном рисунке, выходной сигнал должен быть идеально синфазен с VEXC, когда сердечник смещается вверх.

Типичные формы сигналов для смещения сердечника вниз показаны на следующем рисунке.

В этом случае магнитная связь между первичной и второй вторичной обмотками увеличивается, что приводит к | Vs2 | > | Vs1 |. Как видите, у нас будет ненулевой выход Vout, который в идеале сдвинут по фазе на 180° по отношению к напряжению возбуждения.

Передаточная функция

На следующем рисунке показана передаточная функция стандартного LVDT-датчика. По оси абсцисс отложено смещение сердечника от центра. По оси ординат – амплитуда выходного переменного напряжения.

В начале координат (x = 0) выход в идеале равен нулю. Когда сердечник смещается от центра в любом направлении, амплитуда выходного сигнала увеличивается линейно с перемещением сердечника. Обратите внимание, что, измеряя только амплитуду выходного сигнала, мы не можем определить, смещен ли сердечник влево или вправо. Нам нужно знать как амплитуду, так и фазу выходного сигнала.

Линейный диапазон

Как показано на предыдущем рисунке, LVDT-датчик демонстрирует линейную передаточную функцию только в ограниченном диапазоне смещения сердечника. Это определяется как линейный диапазон LVDT. Почему устройство перестает иметь линейную зависимость за пределами этого диапазона?

Мы можем представить, что, когда смещение сердечника из нулевого положения превышает определенное значение, магнитный поток, который передается сердечнику от первичной обмотки, уменьшается. Следовательно, это приводит к снижению напряжения, которое появляется на соответствующей вторичной обмотке. Максимальное расстояние, на которое сердечник может пройти из своего нулевого положения при наличии линейной передаточной функции, называется полномасштабным смещением.

Доступны широкие диапазоны LVDT, охватывающие диапазон смещения от ±100 мкм до ±25 см. LVDT, способные измерять большие диапазоны, также находят применение в лабораторных, промышленных и подводных средах.

Ошибка линейности

График зависимости выхода LVDT-датчика от смещения сердечника не является идеальной прямой линией даже в линейном диапазоне. Выходные данные могут немного отклоняться от прямой линии, построенной для наилучшего соответствия выходным данным. Одним из механизмов, который может привести к нелинейности в номинальном линейном диапазоне устройства, является насыщение магнитного материала. Это может привести к возникновению 3-й гармонической составляющей, даже если сердечник находится в нулевом положении. Эту гармонику можно подавить, применив фильтр нижних частот к выходу LVDT-датчика. Максимальное отклонение выходного сигнала LVDT-датчика от ожидаемой аппроксимации прямой линии считается ошибкой линейности. Ошибка линейности обычно выражается как +/- процент от полного диапазона выходного сигнала. Например, E-100 LVDT от Measurement Specialties Inc имеет максимальную погрешность линейности ± 0,5% от полного диапазона.

Чувствительность

Чувствительность или передаточный коэффициент позволяют связать выходное напряжение со смещением сердечника. Чтобы определить чувствительность, мы включаем первичную обмотку на рекомендуемом уровне привода (3 VRMS для E-100 LVDT) и перемещаем сердечник из нулевого положения с помощью полного смещения. Теперь мы измеряем напряжения на двух вторичных обмотках, чтобы определить общее выходное напряжение (Vout). Подставляя эти значения в следующее уравнение, мы можем найти чувствительность LVDT-датчика.

Чувствительность обычно указывается в выходных милливольтах на вольт возбуждения на тысячные доли дюйма смещения сердечника (мВ/В/мил). Например, чувствительность E-100 составляет 2,4 мВ/В/мил. Имея чувствительность, мы можем определить необходимый коэффициент усиления схемы преобразования сигнала.

LVDT-датчик – это электромеханический преобразователь, который можно использовать для определения механического смещения объекта. Высокое разрешение (теоретически бесконечное), высокая линейность (0,5% или лучше), высокая чувствительность и нулевое механическое трение прекрасно характеризуют эти датчики.

Датчики присутствия и приближения

Разновидности датчиков (присутствия, приближения, обнаружения) линейного перемещения и сферы их применения

Датчики линейного перемещения представляют собой сложные устройства, предназначенные для измерения тех или иных параметров. В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия они разделяются на несколько видов. Ниже данная тема будет освещена более подробно.
Какими бывают?

Принцип работы – параметр, послуживший основой для классификации представленных приборов.

  • Оптическими;
  • Емкостными;
  • Индукционными;
  • Магнитострикционными;
  • Резистивными;
  • Ультразвуковыми;
  • Потенциометрическими;
  • Магниторезистивными.

Кроме того, встречаются датчики, функционирующие благодаря эффекту Холла, но они не применяются в бытовых целях. Это объясняется тем, что они менее эффективны в сравнении с емкостными, индукционными, магнитострикционными и оптическими моделями.

Где используются?
Описываемые датчики устроены таким образом, что измеряют линейное перемещение и преобразуют его в новый тип сигнала, который является аналоговым или цифровым. Далее в зависимости от устройства прибора происходит либо его срабатывание, либо прием сигнала электронным блоком. Кроме того именно от конструкции зависит то, насколько точными будут полученные данные.

Общая величина перемещения измеряется далеко не всегда. В частности, это касается систем охраны. Устройство последних таково, что им для полноценной работы требуется лишь значение перемещения в области контроля. В связи с этим упомянутая разновидность систем оснащается датчиками движения. С учетом того, что предельная точность измерений в представленной ситуации не нужна, чаще всего предпочтение отдается недорогим моделям.

Все производственные процессы подлежат регулировке. Обычно за это отвечает система управления, работающая в автоматическом режиме. Чтобы она нормально функционировала, ей необходимо значение величины перемещения. Датчики в описываемой ситуации выбираются в зависимости от того, какое именно оборудование используется на производстве. К примеру, станкам с ЧПУ нужны либо максимально точные данные и непрерывные измерения необходимой величины, либо информация, обновляющаяся с определенным временным интервалом. Отсюда следует, что оптимальным выбором станут датчики магнитострикционного типа.

Что надо знать об оптических датчиках?
Если вам нужен прибор для измерения расстояния, который дополнительно контролировал бы движение, тогда стоит отдать предпочтение оптическому триангулятору. Название не должно вас смущать, ведь речь идет об аналоге лазерного дальномера. Если же вы ищите устройство для того, чтобы проводить малые измерения линейного перемещения, тогда обратите внимание на модели, имеющие поляризационную решетку. Также следует упомянуть о том, что представленная разновидность датчиков востребована в связи с тем, что необходима при создании охранных систем.

Оптические датчики Baumer обладают рядом достоинств. Они:

  • Позволяют осуществлять бесконтактный контроль;
  • Мгновенно срабатывают, т.е. задержка отсутствует;
  • Предельно точны.

Что касается недостатков описываемых приборов, то их общее число равно двум. Во-первых, оптоэлектронные датчики дорого стоят. Во-вторых, они плохо переносят температурные колебания, влагу, сырость и т.д.

Все о емкостных датчиках

Если внимательно рассмотреть устройство даже самой простой модели емкостного датчика, то можно заметить, что по своим конструктивным особенностям она имеет определенное сходство с конденсатором. Несмотря на это, прибор позволяет узнать исчерпывающую информацию о движении объекта, а именно:

  • Длину зазора между пластинчатыми частями;
  • Текущее положение пластинчатых частей;
  • Диэлектрическую проницаемость слоя, использующегося в качестве изоляции.

Полученные данные позволяют сгенерировать сигнал, анализируемый электронным блоком, и приводят к выработке импульсов, необходимых для оптимальной работы устройства.

Широкая функциональность стала залогом популярности емкостных датчиков. В различных сферах они используются как:

  • Источники сигнала. Например, ими оснащаются контроллеры резервуаров для мытья или стирки;
  • Как «датчики присутствия» в системах охраны;
  • Приборы, контролирующие начало в станках с автоуправлением и робототехнических системах;
  • Конечные бесконтактные выключатели;
  • Устройства позиционирования предметов.

Отдельно следует заметить, что описываемые датчики, как правило, реализуются по низким ценам и считаются одними из самых надежных. Именно по этой причине их используют в системах «умных» домов.

Достоинств у представленной разновидности приборов предостаточно. Среди них необходимо выделить:

  • Низкую себестоимость и массовое производство;
  • Высокий уровень чувствительности, получение которой не влечет за собой повышенное потребление электроэнергии;
  • Многофункциональность, благодаря которой описываемые устройства применяются в различных сферах;
  • Оптимальные габариты и небольшой вес;
  • Продолжительный срок службы.

Между тем, емкостные датчики редко применяются при создании высокоточных систем управления. Это объясняется тем, что:

Их коэффициент преобразования низок;
Основные детали устройства должны быть экранированы;
Из-за сложных погодных условий, например, осадков, они непроизвольно срабатывают;
Для получения точных данных требуются высокие частоты, а в промышленности их значение фиксировано и составляет 50 Гц.

Особенности индукционных датчиков
Главным элементом любого индукционного датчика является катушка. Когда ее индуктивность изменяется, формируется сигнал. Таким образом, прибор, имеющий небольшие размеры, позволяет получать максимально точные данные.

Существует два вида индукционных датчиков. Первые называют простыми, вторые – дифференциальными. И те, и другие хороши тем, что подходят для дистанционных измерений.

Говоря об устройстве описываемых приборов, следует отметить, что кроме катушки они состоят из трансформатора и передвижного сердечника. Когда положение последнего меняется, индуктивность катушки становится другой, о чем свидетельствует появление сигнала.

Если объект исследований является ферримагнитным, то при проведении измерений используется датчик без сердечника. В данном случае один из элементов испытывает на себе электромагнитное излучение, источником которого служит катушка. Впоследствии индуктивность изменяется и генерируется сигнал.

Что касается сферы применения, то описываемые приборы обеспечивают корректную работу станков, управляемых программно, и бесконтактных охранных систем. Также с их помощью можно измерить перемещение. В такой ситуации полученная информация будет отображена на ЖК-дисплее.

Какие компании производят датчики?
Ведущим производителем датчиков линейного перемещения уже долгие годы остается завод «Baumer». Он выпускает и поставляет на рынок множество видов устройств.
На российском рынке спросом пользуются датчики, произведенные концерном Баумер. В частности, наиболее востребованы следующие модели:

  • Энкодер линейного типа. Он представляет собой аналог электронной рулетки и предназначен для измерения и контроля пройденного расстояния;
  • Индукционный датчик для систем автоматического контроля и станков;
  • Оптический датчик.

Импортные приборы стоят недорого, но их стоимость часто меняется. Это объясняется ее зависимостью от валютного курса.

Можно ли создать датчик линейного перемещения самостоятельно?
Датчик имеет довольно сложное устройство, поэтому сделать его своими руками нельзя. Несмотря на это, люди, увлекающиеся радиоэлектроникой, самостоятельно создают датчики движения. Для этого они используют детали из старой техники. Такие приборы чаще всего используются как включатели/выключатели. Они не подходят для оснащения охранных систем. Ниже мы в подробностях опишем процесс создания оптоэлектронного датчика своими руками.

Еще до начала сборки надо подготовить все необходимые детали. В частности, не обойтись без:

  • 5-вольтного аккумулятора от старого мобильника;
  • Фотоэлемента или фоторезистора;
  • Биполярного транзистора, имеющего переход p-n-p;
  • Электромагнитного реле, рассчитанного на напряжение в 5 В.;
  • Лазерной указки, являющейся источником узконаправленных лучей;
  • Построечного потенциометра.

Далее действуйте следующим образом:

  • Спаяйте катод фоторезистора и плюсовой проводник аккумулятора. Так вы получите массовый проводник;
  • Выведите движок построечного потенциометра в среднее положение и присоедините его к аноду фоторезистора;
  • У потенциометра остался один свободный контакт. Припаяйте его к минусовому проводнику БП, а контакт, идущий от его движка, – к транзисторной базе;
  • У транзистора есть эмиттер, который следует подключить к общему плюсу;
  • Выполните присоединение коллектора к реле;
  • Контакт, оставшийся свободным у реле, припаяйте к минусовому проводу БП.

Прибор готов. Теперь возьмите лазерную указку и направьте ее на фоторезистор. Далее измените положение движка потенциометра. Эти действия требуются для того, чтобы реле сработало. У последнего имеются коммутационные контакты. Они предназначены для подключения источника сигнала, например, светодиодного индикатора или обычной лампочки. Теперь все должно полноценно работать. Не забывайте лишь о том, датчик срабатывает только в тех случаях, когда ловит световой луч. Проще говоря, надо помнить о работе основных элементов в режиме ожидания. Если изменить коммутацию контактов, то свет будет включаться после первого пересечения луча и выключаться при повторении данного действия.

Читать еще:  Внешнюю антенну

В Ланфор-Инжиниринг можно купить любой из представленных датчиков

Радиолюбитель

Последние комментарии

  • Pit на Компьютер – осциллограф, генератор, анализатор спектра
  • Владислав на Новогодние схемы
  • Алек на Светодиодный ночник
  • Владимир на Программа “Компьютер – осциллограф”
  • ДЕМЬЯН на Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах

Радиодетали – почтой

Датчики движения своими руками

Несколько датчиков движения своими руками

Несколько датчиков движения своими руками.

В этой статье мы начнем путь от самых легких и примитивных схем и закончим более сложными и интересными решениями, но сначала небольшое предисловие.

Если вы читаете эту статью в надежде найти в ней схемы инфракрасных датчиков движения или схемы датчиков, которые достаточно сложно собрать в домашних условиях, то это статья не для вас. Но если вы решили развить свой кругозор и ваш выбор пал на изучение принципов работы датчиков движения, то это статья подходит вам как нельзя лучше.

Самый простой датчик движения который можно придумать – это датчик с применением проволочного резистора, или, как их правильно называть, потенциометрические резистивные преобразователи. Стоит сделать небольшую оговорку, что это не совсем датчик движения, а скорее датчик перемещения и попал в статью лишь благодаря своей простоте.

Предположим, на необходимо зафиксировать линейное передвижение малогабаритного объекта из точки А в точку Б. Тут нам и понадобиться подобный датчик, поскольку применение более сложных датчиков для таких целей просто нецелесообразно.

Рисунок 1:

Как видите все весьма просто, наш объект соединен с движком, который в свою очередь перемещается по резистору, изменяя напряжение на вольтметре. Было бы не совсем справедливо с моей стороны умолчать тот факт, что конструкция, показанная выше, не совсем рабочая. Проблема в том что преобразование линейного перемещения в напряжение происходит не по линейному закону, так как обычно эти датчики подключены к какой – нибудь нагрузке (в этой схеме вместо вольтметра). Но в схеме, показанной на рисунке 2, этот недостаток устранен.

Рисунок 2:

Назначение элементов:
GB1 – источник питания.
R1 – проволочный резистор.
R2 – резистор, который шунтирует верхние плече потенциометра. Зачем? Это вы увидите на рисунке 3.
R3 – сопротивление нагрузки, в качестве нагрузки сюда можно подключить любой тип индикации, начиная с обычных лампочек и заканчивая схемами, способными воспроизводить звуковой сигнал.
V – сюда можно подключить вольтметр.

Рисунок 3:

Красной линией показана кривая преобразования движения в напряжение, если в схеме нет R2. А зеленой, почти прямой линией, показано преобразование с R2.

Теперь обсудим достоинства и недостатки таких датчиков.
+ Сравнительно простые в исполнение.
+ Достаточно точные.

— Требуют небольшой отладки перед использованием. Заключается эта отладка в снятии графика как на рисунке 3 для того, что бы определить качество датчика.

Датчики движения с применением фотоэлементов.

Здесь уже предстоит более сложная, но и интересная работа. Мы пойдем по наиболее простому пути, и для сборки такого датчика придется раздобыть фототранзистор. Его можно спокойно приобрести в магазине или сделать самому, так как это достаточно не сложно. Возьмите транзистор, который имеет корпус как на рисунке 4.

Рисунок 4:

Отпилите верхнею часть корпуса так, что бы на верху образовалось своего рода окно или отделите корпус так, что бы открыть весь кристалл (рисунок 5).

Рисунок 5:

В этом случаи, если на транзистор попадет свет, он будет работать как фототранзистор, но возможно в некоторых случаях будет менее чувствительный.

Теперь нам нужно собрать две достаточно простые схемы. Одна схема будет представлять собой источник света, а другая будет схемой фотоприемника. Начнем с конца.

Рисунок 6:

Назначение элементов:
VT1 – фототранзистор
R1 – резистор, выполняющий две функции: устанавливает рабочую точку и играет роль коллекторной нагрузки. К сожалению его номинал подбирается опытным путем, поэтому наберитесь терпения.
C1 – конденсатор, его назначение будет подробнее описано ниже.
DA1 – операционный усилитель с обратной связью.
R2 – резистор, на котором реализована обратная связь ОУ. Чем больше его наминал, тем больше коэффициент усиления, но стоит помнить: чем больше Кu, тем меньше устойчивость усилителя. Ищите золотую середину.

Схема работает следующим образом. Попадание света на VT1 можно принять за подачу небольшого постоянного напряжения на базу транзистора. Тогда, после попадания луча света на VT1, он откроется, конденсатор С1 зарядится, и в момент, когда свет перестанет падать на транзистор, начнет разряжаться, при этом напряжение в точке А начнет плавно уменьшаться. Отсюда следует, что оно упадет и на выходе. Тогда зачем операционный усилитель? Ведь можно обойтись и без него. Возьмем и сделаем выход не после ОУ, а из точки А. Можно и так, но операционный усилитель усиливает сигнал, снятый в точке А, что бы этот датчик можно было соединить с различными устройствами.

По сути дела, это обычный фотодатчик, можете подумать вы, и я буду вынужден согласиться, но только с одной оговоркой. До тех пор, пока мы не затемним транзистор (окно, пропиленное в крышке VT, надо закрыть темным пропускающим свет материалом, что бы уменьшить влияние обычного освещения) и не поставим напротив него источник света. Тогда у нас появиться оптическая связь, и до тех пор, пока кто то не перекроет луч света, напряжение на выходе второй части датчика не будет меняться. Но как только оптическая связь разорвана, напряжение на выходе почти мгновенно станет равно нулю благодаря операционному усилителю.

Что использовать в качестве излучателя решайте сами, можете поставить простой светодиод, но тогда расстояние до фотоприемника придется сильно сократить. Или поставить обычный красный лазер, сильно выиграв в расстоянии. Хотите, что бы датчик был незаметен? Поставьте ИК диоды.

Так же не забывайте, что на излучатель можно поставить линзу, которая будет фокусировать излучение.

Я не буду приводить схемы излучателя, так как вам достаточно вбить в поисковике фразу: ” Как включить светодиод” и вы получите миллионы схем.

Нам так же необходимо анализировать информацию, полученную с датчика. Для этого добавим к схеме один новый элемент – реле.

Все очень просто: обмотку реле соединяем с нашим входом, на один из контактов подаем напряжение, у меня это 12В. Другой заземляем, а на третий подключаем, например, радиоприемник, как на рисунке 7.

Рисунок 7:

Тогда, пока на датчик падает свет, цепь питания приемника соединена с корпусом и радио молчит, но когда свет не достигает VT1, реле срабатывает и замыкает цепь питания с 12В, рисунок 8.

Рисунок 8:

И тогда наш радиоприемник заработает, таким образом подав вам звуковой сигнал. Вместо радиоприемника может быть все что вам захочется, была бы фантазия.

Важно так же уточнить: если вы решите собрать эту схему и не знакомы с реле, ознакомьтесь с принципом работы и основными параметрами, это знание сильно облегчит настройку датчика.

Перед завершением статьи, пару слов о плюсах и минусах.
+ Простая схема.
+ Возможность анализировать состояния датчика, не переводя аналоговый сигнал в цифровой.
— Сложная система калибровки.

Комментарии

Датчики движения своими руками — 2 комментариев

Здравствуйте,не могли вы бы мне подсказать. Когда то я ещё в школьные годы ходил на радио кружок и вот там мы собирали сигнализацию по принципу радио помех. Тоесть некийобъект создаёт препятствие для прохождению радио волны конечно мы его долго собирали там приемник и , но все же можно было понять о количестве проходящих людей

Индуктивные датчики Microsemi для ответственных применений

Датчики являются одним из ключевых элементов обеспечения обратной связи в системах управления самого разного назначения. Индуктивные датчики по сравнению с магниторезистивными, резистивными и датчиками на эффекте Холла имеют ряд преимуществ. Благодаря этому, они находят широкое применение в АСУ в таких сферах, как автоматизация производства или автоматические измерительные системы, медицинское или автомобильное оборудование, и многие другие. В статье показаны типовые примеры устройств, в которых использованы новые индуктивные датчики производства компании Microsemi.

Преимущества применения индуктивных датчиков

Индуктивные датчики широко используются в составе оборудования АСУ самого разного назначения и служат для бесконтактного сбора данных о линейном, вращательном и угловом перемещении и приближении рабочих частей механизмов, роботов и машин.

Благодаря используемой технологии индуктивные датчики реагируют только на металлические предметы, а к остальным материалам не восприимчивы.

Это значит, что они обладают очень высокой защищенностью от помех. Так, попадание воды, эмульсий, смазок или нахождение рук оператора в активной зоне датчика гарантированно не приводит к ложному срабатыванию оборудования. Это позволяет применять индуктивные датчики на самых ответственных участках контроля систем управления, в том числе, когда речь идет о крупном промышленном производстве или о сохранении жизни и здоровья человека.

В таблице 1 показаны сравнительные характеристики датчиков разных типов: индуктивных, магниторезистивных, резистивных, на эффекте Холла.

Как видно из таблицы 1, индуктивные датчики имеют следующие преимущества: высокую надежность и устойчивость к электромагнитным помехам, а также слабое влияние температуры на снижение производительности.

В целом индуктивные датчики характеризуются высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости в сравнении с датчиками других типов.

Принципы функционирования индуктивных датчиков

Рис. 1. Электрическая схема индуктивного датчика

Для лучшего понимания принципов работы индуктивных датчиков приведем немого теории.

В основе работы индуктивных датчиков лежит явление электромагнитной индукции, а принцип их действия состоит в преобразовании механического перемещения в изменение индуктивности катушки датчика.

Сами датчики выполнены в виде катушек с магнитными сердечниками, при подаче питания в них образуется изменяющееся магнитное поле. При внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферромагнитного или аморфного материала определенных размеров образуются вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом [1].

На рис. 1 показана электрическая схема индуктивного датчика.

Новые индуктивные датчики Microsemi семейства LX33xx

Рис. 2. Схема подключения ИС LX3xx к физическому индуктивному датчику

Компания Microsemi выпускает на рынок линейку новых индуктивных датчиков семейства LX33xx, имеющих самое разнообразное применение. В частности, это обнаружение линейного и углового смещения (для LX3301A, LX3302, LX3311), изменения давления, температуры, фиксация вибраций (для LX3310) [2] [3] [4].

Технически ИС семейства LX3xx способны обеспечивать интерфейс между датчиками и системными контроллерами, а также реализовывать функции самих системных контроллеров.

Таким образом, подключения внешнего микропроцессора не требуется, что упрощает разработку новых устройств и снижает стоимость производства.

Схема подключения ИС LX3xx к физическому датчику приведена на рис. 2. Местоположение ИС LX3xx в системах управления показано на рис. 3.

Ключевые технические характеристики индуктивных датчиков семейства LX33xx представлены в таблице 2.

Компания Microsemi оказывает полную инженерную поддержку и готова самостоятельно разработать топологию печатной платы под конкретное применение заказчика.

Рис. 3. Местоположение ИС LX3xx в АСУ

Комментарий специалиста
Евгений Потемкин, инженер по внедрению департамента активных компонентов холдинга PT Electronics, evgenii.potemkin@ptelectronics.ru
— Компания Microsemi является производителем высоконадежных компонентов для ответственных применений. Новые индуктивные датчики — не исключение. Наравне с высокой чувствительностью они обладают превосходной разрешающей способностью, что, в свою очередь, позволяет добиться высокой точности работы всего устройства в целом. С помощью инженерных ресурсов компании Microsemi возможна разработка топологии печатной платы датчика под конкретное применение, чтобы сократить время разработки и обеспечить более быстрый выход изделия на рынок.

Примеры практического применения индуктивных датчиков

Датчики LX33xx ориентированы на такие варианты типового применения как:

  • определение положения, линейного, вращательного и углового смещения;
  • измерение расстояния, скорости и ускорения, угла поворота;
  • переключение при обнаружении приближения (для линейного и вращательного движения);
  • определение условий окружающей среды (температуры, влажности, и т. д.);
  • температурные измерения;
  • определение плотности, усилия, уровня и давления;
  • измерение скорости потока жидкости;
  • контроль микрозазоров.

Таблица 2. Ключевые технические характеристики индуктивных датчиков семейства LX33xx

Это открывает широкие возможности успешного применения датчиков LX33xx в АСУ в самых разных областях: в автомобильных, медицинских, промышленных и аэрокосмических системах управления.

Так, измерение углового или вращательного движения необходимо для:

  • контроля вращения;
  • управления роботизированной рукой;
  • определения положения вращающихся валов (распределительного вала, ротора и т. д.), педалей, рычагов, дроссельных заслонок, вентилей;
  • определения скорости дисковых приводов.

На рис. 4 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения вращательного движения, а на рис. 5 — углового движения.

Рис. 4. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения вращательного движения

Рис. 5. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения углового движения

Рис. 6. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для обнаружения линейного движения

Рис. 7. Типовые примеры применения индуктивных датчиков для бесконтактного обнаружения приближения

Кроме того, измерение линейного движения и обнаружение приближения необходимо для:

  • отслеживания уровня жидкостей;
  • определения текущего состояния коробки передач (трансмиссии) и смены передач;
  • определения положения приводов и активности подвески;
  • бесконтактного обнаружения приближения.

На рис. 6 показаны типовые примеры устройств, где индуктивные датчики применяются для определения линейного движения, а на рис. 7 — приближения.

Отладочные наборы

Рис. 8. Отладочный набор для тестирования схем сбора данных с датчиков линейного перемещения

Для тестирования характеристик и параметров работы датчиков семейства LX33xx производитель предлагает специальные отладочные наборы, которые позволяют в максимально короткие сроки протестировать и реализовать недорогие компактные схемы сбора данных с датчиков линейного (LX3301AEVB14LK, LX3302EVB14LK, рис. 8) и углового (LX3301AEVB14RK, LX3302EVB14RK, рис. 9) перемещения [5, 6].

В стандартный комплект поставки входит объединенная конструкция из тестовых датчиков (двух катушек индуктивности, выполненных на печатной плате) и схемы сбора данных (LX33xx). Также в наборе присутствует CD-ROM с технической документацией и ПО, которое реализует графический интерфейс пользователя.

Питание осуществляется от обычного USB-порта персонального компьютера. Для конфигурирования встроенной EEPROM предусмотрен модуль USB-преобразователя LXM9516.

Следует отметить, что возможность конфигурирования повышает гибкость использования тестовой системы и позволяет увеличить число возможных применений.

Заключение

Рис. 9. Отладочный набор для тестирования схем сбора данных с датчиков углового перемещения

Новые индуктивные датчики Microsemi LX33xx обладают высокой надежностью и оптимальным соотношением эксплуатационных показателей и стоимости.

Высокая помехоустойчивость и стабильность при изменении температуры гарантирует высокую точность и достоверность предоставляемых ими данных. Это дает возможность включать датчики LX33xx в состав оконечного оборудования на самых ответственных участках автоматизированных систем управления и контрольно-измерительных систем разного применения, что делает Microsemi LX33xx конкурентным и эффективным продуктом на рынке современных средств электроники.

Литература

  1. Датчики. Справочное пособие / Под общ. ред. В. М. Шарапова, Е. С. Полищука. М.: Техносфера, 2012.
  2. LX3301A Smart Inductive Sensor Interface ICs Datasheet, 2016. microsemi.com
  3. LX3302 Smart Inductive Sensor Interface ICs Datasheet, 2016. microsemi.com
  4. LX3310 Smart Inductive Sensor Interface ICs Technical Sheet, 2016. microsemi.com
  5. LX3301A Linear and Rotary EVB Kit User Guide, 2016. microsemi.com
  6. LX3302 Linear and Rotary EVB Kit User Guide, 2016. microsemi.com

Автор статьи: Анна Сергеева, annserge@rambler.ru
Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» № 1 2017

Источник: Компания PT Electronics

PROFCNC

СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА С ЧПУ PROFCNC 9060 MA HIWIN (рабочее поле 900х600) для дальнейшей сборки станка с ЧПУ своими руками)

Технические характеристики
Модель:PROFCNC 9060 MA HIWIN
Рабочие зоны станка X,Y,Z900х600х150мм
Разрешающая способность0.01 мм
Точность0.052мм
Движение по осям X,Y,ZПривод с шариковой винтовой парой D16шаг 10мм
X-Y-Z направляющиеПрофильные линейные HIWIN
Вес115кг
  • Описание
  • Отзывы (0)

Механическая часть станка с ЧПУ портального типа серии Maestro.

Все несущие узлы конструкции (станина станка, портал станка-модуль перемещения по оси Y, модуль перемещения по оси Z, крепление шпинделя, стандартные ребра жесткости стоек портала) изготовлены из термоупрочненного конструкционного профиля сечением 130 х 50 мм, масса погонного метра термоупрочненного профиля равна 9.5 кг. Станок предназначен для 2D/3D обработки таких материалов как: древесина, пластик, оргстекло, цветные металлы (алюминий,латунь,бронзу и т.д.) а так же сплавы на их основе (АД31Т1, Д16Т , В95Т1 и т.д.)

  • Крепление несущих нагрузку узлов происходит через специальные закладные стальные гайки (крепление ребер жесткости , и портала к стойкам станка, крепление профильных линейных направляющих через закладные стальные гайки)
  • Для сборки механической части станка, ответственных механических узлов и соединений мы используем только разъемные соединения – соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделия. В нашем случае используется резьбовое соединение – соединение двух деталей с помощью резьбы, в котором одна из деталей имеет наружную резьбу,а другая – внутреннюю. Для крепления мы используем метизы (гайки и болты) с классом прочности 8.8, 10.8, 12.9.
  • соединения из разнородных металлов мы используем только при соединении низко-нагруженных частей станка а так же декоративных элементов и защитных коллекторов.
  • Мы не используем при креплении элементов станка“ФИКСАТОРЫ РЕЗЬБЫ”, так как данное соединение является “Неразъемным соединением” – соединение,
    при разборке которого нарушается целостность составных частей изделия, что при длительной эксплуатации и нормальном износе оборудования в дальнейшем не позволит произвести простую замену стандартных частей и комплектующих, и продолжить работу. Благодаря использованию высококачественных комплектующих и метизов, Станок серии Maestro может быть полностью разбираться и собираться многократно.
Читать еще:  Как расcчитать углы в косоуре лестницы

Готовая механическая часть ЧПУ станка серии MA является основой для построения полноценного станка. Механическая часть полностью собрана и готова к дальнейшей установке электрических комплектующих. Произведена предварительная настройка таких геометрических параметров как : прямолинейность и перпендикулярность всех трех осей Z, Y, X.

Внимание, при покупке Данной механической части станка, действует спец предложение на покупку электрических комплектующих с бесплатным подбором комплектующих. Просим обратить внимание на то, что опция “Зона торцевой обработки” может быть добавлена только в процессе производства станка, в дальнейшем произвести “UPGRADE” Вашего оборудования невозможно, так как данная переделка включает в себя изменение базовой конструкции станины станка: изменение размеров портала, сечения ребер жесткости портала, а так же торцевых опорных ребер станины.

В комплект готовой механической части станка ЧПУ входит:

  • Станина станка 900 х 600мм (размер рабочего поля может быть изменен опционально);
  • Клиренс портала станка 150мм, а ход по оси Z-175мм. Клиренс и ход по оси Z могут быть изменены опционально;
  • Портал станка серии Maestro стандартного сечения. (Сечение портала может быть увеличено опционально);
  • Стандартные ребра жесткости стоек портала сечением 14мм материал ребер сплав Д16. (Возможна установка дополнительных распорок а так же поперечных ребер для увеличения жесткости портала, опционально (Рекомендуется при увеличении клиренса портала более 200мм);
  • Цельная нижняя распорка портала (материал распорки Д16);
  • Опоры подшипников ШВП (материал опор Д16);
  • Подшипники ШВП – “стандарт” радиальные подшипники FBJ Japan (радиально-упорные подшипники BPJ Japan либо NSK Japan- опционально);
  • Порошковая покраска (цвета: синий, черный, без покраски). Иные цвета опционально;
  • Крепление шпинделя с набором метизов для простой установки шпинделя (подготовка переходной плиты для установки именно Вашего шпинделя опционально);
  • Чертеж-эскиз для изготовления тумбы-подставки (опорной станины);
  • Профильные направляющие HIWIN HGR15;
  • Каретки профильной направляющей HIWIN HGH15CAZAC;
  • Винты ШВП 1610 – ось Z,2010-оси Y и X (1605 – ось Z,2005-оси Y и X опционально);
  • Гайки ШВП 1610 – ось Z,2010-оси X Y (1605 – ось Z,2005-оси Y и X опционально);
  • Посадочные места для установки двигателей 57 мм (60 мм, 86 мм опционально);
  • Метизы для крепления двигателей;
  • Муфты мембранные (кулачковые опционально);
  • Стальные защитные коллектора для кабелей;
  • Система смазки “Стандарт”: фитинги с быстросъемными соединениями для удобной подачи смазки внутрь блоков линейного перемещения, а так же точки ввода смазки в гайки ШВП;
  • Разборный гибкий кабельный канал с внутренним размером 18*25мм (Ось Z);
  • Разборный гибкий кабельный канал с внутренним размером 18*37мм (Оси Y,X);
  • Крепления индуктивных концевых датчиков (материал крепления Д16);
  • Концевые индуктивные датчики (датчики HOME) LJ12A3-4-Z/BX 6-36V;
  • Полиуретановые опоры диаметром 60мм;
  • Защита двигателя по оси X (материал Д16);
  • Заглушки для стандартной системы смазки (комплект 12шт.);
  • Крепления для защитной гофры индуктивных концевых датчиков (комплект 3шт);
  • Декоративные молдинги портала и крепления шпинделя;
  • Стальные декоративные заглушки портала станка, модуля перемещения по оси Z и крепления шпинделя, окрашенные в цвет станка (порошковая окраска);
  • Уголок алюминиевый сплав АД31Т1 для защиты направляющих по оси-X от продуктов резания;
  • Герметизация рабочего стола (установка алюминиевых бортов и их герметизация опционально);

Механическая часть станка может быть предварительно подготовлена к простой модульной сборке. (разобрана на несколько частей и отправлена несколькими небольшими посылками). Ознакомиться с конструкцией механической части, а так же с этапами модульной сборки станка серии Maestro просмотрев данные видео:

Виды и где применяются датчики линейного перемещения, как сделать своими руками

Контроллеры – устройства, позволяющие сделать жизнь людей проще. Есть контроллеры света, датчики звука, а есть регистраторы перемещения. Последние определяют величину изменения координат чего-либо. Разумеется, они применяются во всех сферах человеческой жизни. Далее будет рассмотрен датчик для контроля линейного перемещения объектов: его разновидности, характеристики, а также применение устройства.

Описание и назначение прибора

В общем виде подобные контроллеры состоят из элементарного электронного устройства (конденсатора, катушки, резистора, их комбинаций с дополнениями), механического объекта, изменяющего параметры этих устройств (феррита или пластины диэлектрика), а также АЦП для обработки сигнала аналогового формата и передачи его на управляющий элемент (микроконтроллер, например).

Виды и принцип действия

Контроллеры движения различаются по физическим явлениям, которые лежат в их основе, и, соответственно, по способу функционирования.

Емкостные

Работа таких регистраторов основана на варьировании емкости конденсатора.

Из школьного курса физики известно, что емкость проще изменить, уменьшая или увеличивая расстояние между его обкладками, либо внесением диэлектрика между его пластинами.

Исходя из этого получается, что емкостные контроллеры бывают двух видов (в зависимости от способа изменения емкости накопителя).

В первом случае чем ближе измеряемая цель, движение которого фиксирует датчик, тем меньше зазор между обкладками, тем больше его емкость. И наоборот.

При использовании емкостного контроллера второй конфигурации движение фиксируется при помощи пластины, связанной с измеряемой целью. Чем цель ближе, тем больше пластина проникает между пластинами.

Фиксировать величину емкости можно разными способами. Например, измерять комплексное сопротивление конденсатора.

Оптические

Эффектов из раздела оптики, на которых можно построить датчик движения, много. Самый популярный и чаще используемый – эффект оптической триангуляции. Контроллеры на его основе определяют расстояние от движущейся цели с помощью фиксации рассеянного о поверхность перемещающегося объекта излучения и определения угла отражения с помощью фотодетектора.

Такие контроллеры производят измерение расстояния, никак не контактируя с выбранной целью. Они высокоточные и быстро реагируют на изменение измеряемых параметров.

Другой вид оптических контроллеров основан на учете вибрации и малых перемещений. Такие регистраторы состоят из трубы, двух решеток внутри – одна зафиксирована на месте, а вторая подвижная и может быть связана с движущимся объектом – и фотодетектора.

При появлении движения со стороны цели подвижная решетка изменяет свое положение, что влияет на интенсивность света, поступающего через обе решетки на фотодетектор.

Если такие датчики научить распознавать поляризацию света, то можно на их основе создавать селекционные контроллеры, которые будут реагировать только на объекты, хорошо отражающие свет.

Индуктивные

Принцип функционирования индуктивных контроллеров в одном из исполнений похож на принцип работы емкостных контроллеров, где емкость изменялась за счет внесения в конденсатор диэлектрика.

Правда, в индуктивные приборы вносится не диэлектрик, а сердечник в трансформатор. Сердечник связан с движущейся целью. Чем он больше проникает между обмотками, тем больше амплитуда, например, напряжения во вторичном проводе.

По размерности сигнала во вторичном проводе можно иметь представление о положении интересующей цели.

Такие регистры имеют и другую конфигурацию. Они могут состоять из ферромагнетика и измерителя индуктивности. Ферромагнетик связан с движущейся целью. По близости ферромагнетика к измерителю можно судить о положении объекта.

Индуктивные контроллеры во втором исполнении можно применять только для контроля небольших перемещений.

Вихретоковые

Такие контроллеры в своем составе имеют генератор магнитного поля и его регистратор. Регистратор определяет индукцию создаваемого поля. Движущаяся цель создает побочное магнитное поле с помощью вихревых токов. Оно пересекается с исходным полем, создаваемым генератором.

От пересечения магнитных линий изменяется индукция поля. Изменение индукции фиксирует регистратор. По нему можно судить о положении цели.

Ультразвуковые

Они представляют собой радары. Принцип их действия простой: источник контроллера излучает ультразвуковую волну, она сталкивается с движущейся целью, отражается от него, а приемник контроллера ее фиксирует. По различию параметров отраженной и принимаемой волны делают выводы о положении движущегося объекта.

Магниторезистивные

Такой контроллер в своем составе имеет постоянный и пластины, параметры которых зависят от величины магнитного поля вокруг, включенные по схеме, называемой “мостом”. Последние изменяют свое сопротивление в зависимости от индукции вокруг них.

Брусок из ферромагнетика, связанный с движущимся объектом, в зависимости от положения последнего, перемещается в поле, изменяет его индукцию, пластины меняют импеданс, и схема регистрирует фактически изменение этого сопротивления. По величине этого рассогласования судят о положении нужной цели.

Потенциометрические

Эти датчики – одни из самых простых контроллеров движения. Все, что они имеют в своем составе, это источник сигнала и потенциометр, регулятор которого связан с движущейся целью.

В зависимости от положения ручки меняется разность потенциалов на переменном резисторе.

По величине этого напряжения можно судить о положении цели.

Магнитострикционные

Эффект магнитострикции состоит в изменение объема и габаритов какого-либо тела при изменении его намагниченности. Регистры на основе этого эффекта состоят из волновода (трубки), по которому перемещается магнит в форме кольца. Внутри трубки находится провод с подключенными к нему генератором и регистром импульсов. Поле, создаваемое проводником, складывается с полем, создаваемым магнитом.

Суммированное поле вращает трубку, что позволяет волноводу создавать импульсы вращения, попадающие на регистратор. По задержке между отправлением электроимпульса и приходом импульса от волновода можно определить расстояние до кольца, а положение магнита дает представление о положении перемещающейся цели.

На основе эффекта Холла

Контроллеры, принцип функционирования которых объясняется действием этого эффекта, похожи на магниторезистивные.

Эффект Холла состоит в изменении напряжения проводника при прохождении через него электрического тока.

Области применения

Любой регистратор движения представляет собой индикатор с аналогово-цифровым преобразователем. Аналоговый сигнал – изменение напряжения, емкости конденсатора, амплитуды во вторичной обмотке и других параметров. Цифровой сигнал – то, что управляет подключенной к датчику системой.

Каким-то системам достаточно лишь двух сигналов с датчика – нуля и единицы. К ним относятся системы сигнализации (извещатели), в которых ноль – дверь закрыта, единица – дверь открыта; системы управления светом (ноль – никого нет в помещении, свет выключен, единица – в помещении есть движение, свет включен).

Хотя есть системы, в которых важна точность измерений подобных датчиков. Например, станки с числовым программным управлением, которые на основе данных с датчика движения могут регулировать положение в пространстве работающего механизма (иглы или сверла).

Обзор производителей

На рынке представлено большое количество производителей датчиков линейного движения, среди которых:

  • ЭЛТЕХ;
  • Longfellow-2;
  • DuraStar;
  • DEPP;
  • HENGXIA;
  • Roundss.

Эти компании выпускают продукцию различного качества, разного функционала и разной ценовой категории.

Важно! Стоимость всех далее приведенных устройств, которые производятся не в России, зависит от курса рубля.

ЭЛТЕХ

ЭЛТЕХ – компания из Санкт-Петербурга, которая является крупнейшим производителем подобных контроллеров в стране. Они выпускают датчики емкостного, индуктивного и магниторезистивного типа.

Longfellow-2 и DuraStar

Longfellow-2 и DuraStar – датчики линейного движения, относящиеся к типу потенциометрических. Они способны улавливать изменения движения в пределах до 6,1 см с точностью 0,5%.

Чем дороже стоят модели, тем больший диапазон измерений они поддерживают.

DEPP EP15-series

Модель датчика китайской компании DEPP, относящегося к типу устройств, в основе которых лежит изменение магнитной индукции поля. Они применяются в станках и системах автоконтроля.

HENGXIA K100-series

Модель оптического датчика, которая может фиксировать размеры в диапазоне 0,5 – 72 см.

Roundss Rlc50d

По сути, этот датчик – электронная рулетка, которая с высокой точностью определяет необходимые расстояния.

Как изготовить своими руками

Проще всего создать потенциометрический датчик и подключить к нему какой-либо микропроцессор.

Для создания потенциометрического датчика нужно взять блок питания и потенциометр, регулировочную ручку которого следует подключить к перемещаемому объекту. К потенциометру нужно подключить один из выводов микроконтроллера в режиме АЦП (обязательно через ограничительный резистор, чтобы вход не сгорел), а к другому выводу следует подключить систему, управление которой осуществляется (аналогично через резистор).

Не так сложно изготовить индуктивный датчик. Для этого понадобится тот же микроконтроллер с входом в режиме АЦП, две обмотки для будущего трансформатора и регулируемый сердечник. Подвижную часть сердечника нужно подключить к движущемуся объекту, АЦП – ко вторичной обмотке, первичную обмотку соединить с источником питания, к другому выводу микроконтроллера следует подключить управляемую систему. Нельзя забывать об ограничительных резисторах.

По аналогии можно собрать емкостной датчик с введением диэлектрика. Вместо обмоток трансформатора подключаются обкладки конденсатора, вместо ферромагнетика сердечника – любой диэлектрик.

Можно собрать и лазерный датчик линейного перемещения. Как раз такой применяется в станках с ЧПУ. Проблем с приобретением самого излучателя нет. Они могут возникнуть на этапе обработки сигнала с лазерного излучателя. Делать это проще всего с помощью микроконтроллера (например, SMT или AVR), но для отладки обработки этого сигнала потребуется потратить много времени, если нет большого опыта в проектировании таких устройств.

Технические устройства с более сложной конструкцией, конечно, тоже можно самостоятельно собрать. Тем более, что их схемы доступны в интернете, вопрос только в подборе номиналов элементов. Хотя лучше приобрести готовые изделия, потому что они заранее проверены и настроены инженерами компании-изготовителя.

Правила эксплуатации

Первое, что нужно уяснить при эксплуатации подобных датчиков –, они не любят резких воздействий со стороны, к которым относятся удары, вибрация, падения и т.д. Дорогие датчики линейного перемещения – высокочувствительные устройства и в них устанавливаются элементы, не переносящие деформации. Удар или деформация может повредить контакт регистратора, и тогда датчик будет показывать неточный результат (или не будет его выводить вообще).

Например, подвижная сетка оптического датчика крайне чувствительна к внешним воздействиям, как и регистраторы в магнитострикционных и магниторезистивных типах моделей.

Также не следует пытаться дорабатывать датчики самостоятельно, если нет никакого опыта в подобных модернизациях. Если контроллер рассчитан на определенную точность, не нужно пытаться ее повысить. Для этого придется пересчитывать номиналы всех элементов в устройстве и, если допустить ошибку, можно его сломать.

Датчики линейного перемещения требуют к себе бережного отношения, если речь идет о бытовых контроллерах, а не об устройствах, которые должны нормально работать в экстренных условиях, вроде датчиков, применяемых в горнодобывающей промышленности.

Контроллеры, предназначенные для работы в особых условиях, не продаются в бытовых магазинах или на популярных китайских сайтах. Изготавливаются они во многих случаях на заказ на специальных предприятиях, а их стоимость в разы выше, чем у массовых аналогов.

Давно пыталась понять, как работают датчики линейного перемещения. Теперь наконец-то разобралась в этой теме и смогла ответить на давно волнующий вопрос. Здесь хорошо показано как сделать его своими руками. Тоже хочу попробовать.

А почему стоимость датчиков не уточнили? Про зависимость от курса доллара-евро я поняла, но ведь даже примерная цена в тексте не указана?

Датчики линейного перемещения – основные нюансы

Классификация приборов

Датчики линейного перемещения имеют несколько классификационных уровней, но основным является принцип действия, который определяет функциональное назначение и область использования приборов.

  • Область применения датчиков ↓
  • Емкостные датчики ↓
  • Индукционные датчики ↓
  • Оптические и оптоэлектронные приборы контроля перемещений ↓
  • Производители различного типа приборов ↓
  • Прибор контроля перемещения своими руками ↓

По принципу действия приборы контроля и измерения перемещений можно разделить на:

  1. Емкостные.
  2. Оптические (оптоэлектронные).
  3. Индукционные.
  4. Датчики магнитострикционного типа.
  5. Ультразвуковые.
  6. Резистивные, магниторезистивные и потенциометрические.
  7. Приборы, использующие в своей работе эффект Холла в быту, практически не используются.

Область применения датчиков

Любой датчик движения, вне зависимости принципа действия, предназначен для преобразования линейного перемещения в цифровой или аналоговый сигнал, который затем поступает к электронному блоку измерения или срабатывания. От принципа действия зависит точность измерения.

Часто нет необходимости в замере конкретной величины перемещения. Например, в охранных системах достаточно просто определить наличие перемещения в зоне контроля. Эти приборы получили название датчиков движения. От них не требуется высокая точность замера величины. Поэтому дешевые емкостные, оптические или индукционные устройства здесь наиболее распространены.

В промышленно-производственных системах автоматического управления требуется измерения величины перемещения. Причем измерение (например, в станках с числовым программным управлением) должно быть проведено с высокой точность и осуществляется или непрерывно, или дискретно – через определенные промежутки времени. В этом случае наибольшее распространение получили магнитострикционные приборы.

Емкостные датчики

Простейший емкостный датчик по своей конструкции напоминает конденсатор. При движении контролируемого объекта его емкость может изменяться путем:

  1. Изменения величины зазора между пластинами.
  2. Изменения взаимного положения пластин и как следствие этого увеличения (уменьшения) зоны взаимного перекрытия.
  3. Изменения диэлектрической проницаемости изолирующего слоя.

При изменении емкости устройства эта величина может сама по себе служить сигналом, передаваемый к электронным блокам управления, а может включать генератор импульсов, которые более просто поддаются дальнейшей обработке.

Наибольшее распространения емкостные устройства контроля перемещения нашли:

  1. В качестве источника сигнала в системах контроля заполнения резервуаров жидким или порошкообразным продуктом.
  2. Как прибор, контролирующий начало – окончание рабочего хода исполнительного органа робототехнических систем и автоматических станков и линий.
  3. Для позиционирования различных объектов.
  4. Как обычный конечный бесконтактный выключатель.
  5. В системах контроля и охранной сигнализации как «датчик присутствия».

Благодаря своей невысокой стоимости и надежности, емкостные устройства нашли самое широкое распространения в отдельных системах комплекса жизнеобеспечения «умный дом».

К их достоинствам, по сравнению с устройствами, использующими другой принцип действия, можно отнести:

  1. Упрощенную технологию массового производства, с использованием недорогих, широко распространенных материалов.
  2. Высокую чувствительность при малом энергопотреблении.
  3. Компактные размеры и незначительный вес.
  4. Долговечность, простоту и надёжность эксплуатации.
  5. Простоту адаптирования устройства к решению различных задач и возможность встраивания в любую конструкцию.

Основными факторами, сдерживающими широкое применение в высокоточных системах управления, являются:

  1. Относительно низкий коэффициент преобразования.
  2. Необходимость тщательной экранировки элементов датчика.
  3. Повышение точности работы прибора на более высоких частотах по сравнению с промышленной частотой в 50,0 герц.
  4. Высокая вероятность ложных срабатываний при изменении атмосферных условий (снег, дождь) что требует повышенной защиты источника сигнала.
Читать еще:  Как проверить качество монтажа во время установки окна

Индукционные датчики

Сигнал в индукционных датчиках формируется за счет изменения индуктивности катушки. Приборы этого типа отличаются высокой точностью, при незначительных габаритах. Индукционные приборы контроля способны проводить измерения дистанционно, а по типу их подразделяют на простые и дифференциальные.

Одно из конструктивных исполнений этих устройств представляет собой трансформатор, сердечник которого имеет возможность передвигаться. При перемещении сердечника индуктивность катушки меняется и это изменение является сигналом. Значение индуктивности изменяется пропорционально уровня перемещения сердечника.

Если контроль перемещения осуществляется в отношении ферримагнитных объектов, то сердечник не требуется. Деталь, попадая в поле электромагнитного излучения катушки, меняет ее индуктивность и формирует управляющий сигнал.

Контролирующие датчики индукционного типа нашли широкое применение в станках с программным управлением, бесконтактных системах охраны и для фактического измерения перемещения, с отчетом его значения по цифровой шкале или с выводом информации на экран жидкокристаллического дисплея.

Оптические и оптоэлектронные приборы контроля перемещений

Набольшее распространение для контроля движения и измерения расстояния получили оптические триангуляторы, являющиеся по своей сути обычным оптическим (лазерным) дальномером. Для контроля малых изменений линейных величин применяются приборы с поляризационной решеткой. Кроме того, оптические датчики широко используются в системах охраны в качестве «лучевого барьера».

К достоинствам этой категории приборов можно отнести:

  1. Реализацию бесконтактного контроля.
  2. Высокую точность.
  3. Практически мгновенно формирование управляющего сигнала (отсутствие времени задержки срабатывания).

Недостатками высокоточных оптических датчиков считаются:

  1. Значительная стоимость.
  2. Критичность к условиям окружающей среды.

Производители различного типа приборов

Крупнейшим российским производителем приборов для контроля перемещений является компания «ЭЛТЕХ» (Санкт-Петербург), специализирующая на устройства для контроля и измерения величины линейного перемещения индуктивного, резистивного и емкостного типа.

Линейные потенциометры модельных линий «Longfellow-2» и «DuraStar» обеспечивает измерение величины перемещения в пределах до 610,0 миллиметров с точностью 0,5%. Стоимость приборов зависит от измеряемого диапазона (модели) и объема поставки и оговаривается при заказе.

В последнее время большой популярностью пользуется недорогие, но достаточно точные приборы китайского производства.

Наиболее распространены следующие модели:

  1. «DEPP EP15-series» – приборы индукционного типа, применяемые в станках и системах автоматического контроля;
  2. Оптическое устройство «HENGXIA K100-series» позволяет контролировать размеры в диапазоне 50,0…7200,0 миллиметров;
  3. Линейный энкодер «Roundss Rlc50d» по сути является электронной рулеткой, позволяющей с высокой точностью замерять размеры и контролировать пройденный путь.

Стоимость китайской продукции зависит от курсовой стоимости рубля и уточняется при заказе.

Прибор контроля перемещения своими руками

Прибор для измерения величины перемещения изготовить самостоятельно практически невозможно. Однако радиолюбители достаточно часто собирают из вышедшей из строя радио и электронной аппаратуры датчики движения, которые с успехом используются в системах безопасности и жизнеобеспечения.

Например, датчик можно использовать для включения света в туалете, когда в помещение санузла заходит человек. Не менее популярны подобные устройства для включения-отключения освещения в жилых помещениях.

И конечно эти приборы незаменимы при формировании собственной системы безопасности, где они фиксируют любую попытку (неважно человек это или животное) несанкционированного проникновения на территорию защищаемого объекта (садового участка, балкона, гаража). Изготовление самодельного датчика движения рассмотрим на примере сборки оптоэлектронного устройства, контролирующего пересечение охраняемого периметра.

Из деталей для изготовления самого прибора потребуются:

  1. Блок питания от мобильного телефона с напряжением на входе 5,0 вольт.
  2. Фотоэлемент – лучше фоторезистор.
  3. Биполярный транзистор с «p-n-p» – переходом.
  4. Построечный потенциометр (сопротивление) с диапазоном регулировки 0…10,0 килоом.
  5. Электромагнитное реле, срабатывавшее при напряжении 5,0 вольт.
  6. В качестве источника излучения идеально подойдет лазерная указка, дающая тонкий, узконаправленный луч.

Порядок соединения схемы следующий:

  1. Катод фотоэлемента припаивается к плюсовому проводнику блока питания – эта точка будет является общим (массовым) проводником.
  2. К аноду фотоэлемента присоединяется просторечный потенциометр, при выведении его движка в среднее положение.
  3. Свободный контакт потенциометра припаивается к отрицательному проводнику блока питания, а контакт от его движка к базе транзистора.
  4. Эмиттер транзистора включается подсоединяется к общему «плюсу» схемы, а коллектор соединяется с одним из контактов реле.
  5. Второй контакт реле припаивается к отрицательному проводу блока питания.

При освещении окошка фотоэлемента лазерной указкой, поворотом движка потенциометра добиваются надежного срабатывания реле. К коммутационным контактам реле можно подключить любой источник сигнала – ревун, лампу накаливания, светодиодный индикатор. Недостатком данного устройства является то, что оно срабатывает только при пересечении луча света.

То есть в режиме ожидания все его элементы функционируют. При различных способах коммутации контактов реле можно добиться включения света при первом пересечении луча и его отключении при повторном.

Датчики станков

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 датчикаПринцип работыДля чего используетсяТочка 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:

Ниже приведена таблица с техническими характеристиками датчиков.

Название датчикаКласс точностиТок,АНапряжение, ВКогда срабатываетМатериал, от которого срабатываетПодключается к таким пинам
Датчик индуктивный SN04-N, NPN, NO, класс BВ536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Датчик индуктивный SN04-A, NPN, NO, класс АА536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/BX, NPN, NO, класс AА536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Датчик бесконтактный индуктивный LJ12A3-2-Z/AX, NPN, NC, класс ВВ536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/AX, NPN, NC, класс АА536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Датчик индуктивный LJ12A3-2-Z/BX, NPN, NO, класс AА536При дистанции 4 мм.ЛюбойNPN
Микропереключатель концевой SS-5GL2В5220При касанииЛюбойSPDT

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 линейкиНапряжение, ВРазмер линейки, ммРазрешение, ммПодключается к таким пинам
Rational WTA5 – 10051000.0019РD
Rational WTA5 – 25052500.0019РD
Rational WTA5 – 35053500.0019РD
Rational WTA5 – 50055000.0019РD
Rational WTA5 – 70057000.0019РD
Rational WTA5 — 90059000.0019РD

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 датчикаТочность, ммТок, мАНапряжение, ВКогда срабатываетМатериал, от которого срабатываетПодключается к таким пинам
Устройство калибровки высоты режущего инструмента0.0115При касанииЛюбойDB15
Модуль позиционирования фрезы NC Studio v50.0115При касанииЛюбойDB15
Датчик высоты инструмента PLTLS-010.0130250При касанииЛюбойDB15
Датчик высоты инструмента DT020.0150250При касанииЛюбойDB15

Энкодеры

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

Энкодеры бывают двух типов:

Энкодер инкрементный оптический

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 датчикаСигналРазрешение им/обНапряжение, ВЧастота, кГц
Ручной генератор импульсов оптический OSBAO60-100B/5EОднофазный100520
Энкодер оптический HS40A-1000P-8PДифференциальный40005300
Энкодер оптический HS40A-1000P-6.35PДифференциальный40005300
Энкодер оптический HS30A-1000P-8PОднофазный4000520
Энкодер оптический HS30A-1000P-6.35PОднофазный4000520

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

Датчик линейного перемещения своими руками

Когда вы разрабатываете и строите ЧПУ станок, первое, что должно быть спроективано — это основание станка(станина). Основание связывает все остальные части воедино, несет на себе львиную долю возникающих нагрузок и определяет взаиморасположение двигателей и передач осей и т.п. Возможно, дизайн станины будет зависеть от того, какими материалами и средствами обработки Вы располагаете, приводов, укладывающися в бюджет и так далее. Такое часто происходит, если проектируется единичное изделия для собственного пользования. По этой причине в самодельных ЧПУ роутерах сложно встретить две абсолютно одинаковые детали. Однако, необходимо представлять себе возможные виды структуры станины, чтобы иметь возможность выбрать наилучший вариант и докупить недостающие комплектующие.

СТРУКТУРА ОСИ X

Ось Х является основанием для всего станка, так как Х — ближайшая к земле ось. Рама оси Х выполняет 3 основные задачи:

  • Служит основанием для остальных частей станка
  • Является опорой для системы линейного перемещения по оси Х
  • Несет на себе рабочий стол

Основные виды дизайна рамы оси Х таковы:

Рама с полной опорой.

Рама с полной опорой — один из наилучших вариантов и используется в большинстве профессиональных станков. «Полная опора» означает, что конструкция опирается на пол или другую несущую поверхность по всей своей длине и ширине. Такой конструктив означает, что не получится сделать портал, охватывающий рабочий стол «кольцом». Такая конструкция весьма жесткая, а главное — не прогибается под вертикальными нагрузками, своим весом и весом шпинделя. Это существенный момент, так как прогиб на большой длине может свести на нет все усилия — прогиб в 0.1 мм допустим только если вы рассчитываете получить от станка точность 0.5 мм. У этого варианта есть и минусы, прежде всего это необходимость установки двух передач на одну ось — двух винтов, двух гаек, двух двигателей и двух драйверов. Синхронизацию осей можно делать программно, а можно воспользоваться ременной передачей с раздаточного шкива на две оси. В этом случае необходимо убедиться, что мощность мотора достаточно для вращения двух осей. Используя конструктив с полной опорой, вы можете не задумываться о весе материала, из которого будет станина и его влиянии на прогиб — он целиком будет передаваться на опорную плоскость.

Станина с полной опорой и направляющие с полной опорой

Полная опора — это когда примыкание объекта к опоре идет по всей длине. В качестве объекта причем может выступать не только станина, но и направляющие оси. Роль вида крепления направляющих обсуждается в отдельных статьях: Линейные направляющие в станках с ЧПУ и Выбор направляющих для станка с ЧПУ, но это будет позже, здесь только обратим внимание на опору станины, и на то, что возможно сделать станок с полной опорой направляющих, но точечной опорой станины: такой дизайн не избавляет станок от прогиба под вертикальными нагрузками.

Станина с полной опорой по оси Y и частичной опорой по X

Наиболее распространенный вариант дизайна, его вы можете видеть на картинке. Рама оси Х ставится на плоскость ножками, оставляя свободное пространство снизу, поперек кладутся балки, несущие рабочий стол. В результате стол получает большую жесткость при сгибе по Y, и малую — при воздействии по X. Портал в этом случае имеет замкнутый контур и две балки, соединяющие стойки портала сверху и снизу. Нижняя балка соединена с гайкой передачи, перемещаясь в свободном пространстве под рамой. Этот конструктив подразумевает установку направляющих как с фиксацией по всей длине(профильные рельсы), так и по концам(валы). В любом случае прогиба не избежать, но первый случай позволит вам несколько снизить погрешность, т.к. портал будет повторять изгибы оси X. Дизайн с частичной опорой по X подходит в тех случаях, когда длина оси X не слишком велика и не ставится высоких требований точности по оси Z. В противном случае рассмотрите другие варианты.

Станина с полной опорой по оси X и частичной опорой по Y

Если у нас есть только один двигатель и один приводной винт для оси X, но требуется получить высокую точность позиционирования, можно использовать этот вид. В нем рама оси Х расположена целиком на опорной плоскости, и отстуствуют балки вдоль оси Y. Освободившееся место использовано для хода портала — рама портала расположена внутри рамы оси X. Теперь, как бы не был нагружен портал, ось Х не прогнется(упругие деформации материала станины не учитываем из-за их малой величины). Зато может прогнуться ось Y и — рабочий стол. Рабочий стол в данном случае наиболее проблемное место — он должен быть сооружен таким образом, чтобы не мешать перемещениям нижней балки: это означает, что закрепить его удастся лишь по краям, и стол будет подвержен прогибам. Перед использованием такого конструктива примите решение, что важней — отсутствие деформаций в собственно станке или чтобы станок и стол все же могли изгибаться как единое целое.

Прочие варианты

Существуют и другие компоновки, а также — разнообразные вариации уже изложенных. Например, чтобы получить преимущества станины с полной опорой, можно отказаться от нижней балки портала, и приводить в движение П-образный портал винтом, расположенным сверху — прикрепив гайку ШВП к верхней балке(правда, это довольно громоздко и затрудняет доступ к рабочей области). Можно обратиться к классическому решению — расположить 2 привода по бокам оси X.

Подвижный рабочий стол

В в нем перемещение портала по оси X заменяется перемещением рабочего стола. Это позволяет решить сразу несколько проблем, в том числе получить станину и направляющие с фиксацией по всей длине(на рисунке показан вариант без фиксации), но сокращает рабочее поле. А также преимущество в том, что требуется только один привод по оси X.

Во время разработки станины, на выбор конструктива существенное влияние оказывает материал — разные материалы по-разному деформируются. Наиболее популярны следующие материалы:

  • алюминиевые станочные профили
  • стальной прокат
  • фрезерованные детали из алюминиевых сплавов типа Д16Т
  • Чугун
  • Полимерные материалы -полимербетон, полимергранит
  • Прочие бюджетные материалы — фанера, МДФ, оргстекло

Обязательно учитывайте свойства материала при создании вашего станка.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector