Msurarea cu traductorul de deplasare incremental, pe principiul optic

Lucrarea 5Construcia, funcionarea i modul de lucrul cu traductoarele de deplasare incrementale, pe principiul optic1. Construcia i funcionarea traductoarelor:

Fotografia traductorului de deplasare inductiv, pe principiu optic folosit pentru msurarea abaterilor de form

Caracteristicile constructive i funcionale ale acestui tip de traductor sunt prezentate n tabelul 4.1: Caracteristicile traductorului incremental de deplasare MT 2751

Domeniul de msurare0 25 mm

Tensiunea de alimentare 5V

Precizia de msurare0,2 m

Lungimea cablului de conectare1,5 m

Nr. de pini ai mufei de conectare15

Tipul semnalului de ieireTTL X5

Aceste traductoare au n structura lor codificatoare liniare, ce au la baz gradarea incremental pe substrat de sticl sau ceramic sticloas. Tija palpatoare a traductorului este solidar cu o riglet gradat, sub forma unei pelicule foarte subiri, dar, totodat foarte rezistent, realizat din crom, depus pe un strat din sticl. Solidar cu carcasa traductorului este dispus o surs luminoas, iar de cealalt parte a rigletei sunt dispuse liniar celulele fotovoltaice. Lumina trece prin pelicula gradat i ajunge pe celulele fotovoltaice, care, astfel genereaz un semnal sinusoidal, cu o perioad foarte mic. Practic, la deplasarea tijei palpatoare, n interiorul traductorului se produce o scanare fotoelectric fr contact. Rezoluia foarte fin, de 0,2 m a traductorului se obine practic prin poziionarea relativ a unei fante de pe rigla gradat, n dreptul unei fante corespunztoare unei celule fotovoltaice; unui pas de deplasare egal cu un micrometru i corespund 5 poziii relative de suprapunere a celor dou fante. n acest mod se obin trepte de semnal, care, la nivelul unui convertor analog numeric i al unui numrtor de impulsuri (integrate n electronica traductorului) sunt transformate n uniti deplasare. Calitatea semnalelor de ieire este asigurat de principiul de scanare i de gradarea foarte fin a riglei incrementale. Obinerea rigletei incrementale se face prin copierea tiparului de pe matri pe rigla din sticl, folosind tehnologia DIADUR. n acest mod se obine o pelicul din crom foarte subire, dar foarte rezistent, aplicat pe substratul din sticl al riglei incrementale. Matriele folosite la fabricarea rigletelor utilizeaz tehnologia produs de firma HEIDENHAIN [HE].

Matria DIADUR pentru obinerea peliculei rigletei incrementale [HE]

Acest traductor a fost achiziionat fr circuit de alimentare prevzut cu afior, deoarece preul acestuia ar fi depit 1000 de Euro, motiv pentru care a fost necesar realizarea unui circuit electronic de alimentare a traductorului, prevzut cu decodor de semnal i display pentru afiarea abaterilor dimensionale msurate. Realizarea circuitului a fost dat ca tem pentru Proiectul de Diplom.

a) b)Circuitul de adaptare la calculator al traductorului: a) schema bloc general, b) fotografia circuitului n stare de funcionare [DA1, SO 06]

Realizarea fizic a circuitului a necesitat dou etape: - proiectarea n programul specific EAGLE a schemei de detaliu a circuitului obinerea circuitului imprimat de baz; dispunerea componentelor hardware necesare decodificrii semnalului de la traductor, a numrrii impulsurilor i a transmiterii informaiei ctre sistemul de calcul.Schema circuitului a fost realizat utiliznd microcontroller ul PIC18F452, produs deMICROCHIP, iar dispozitivul de msurare a fost echipat cu urmtoarele periferice: display LCD pe 4 linii X 20 de colane; convertor de nivele RS 232 MAX 232; un buton pentru revenirea la 0; dou butoane de uz general; un buton pentru resetarea plcii; conector ICSP pentru programarea microcontroller-ului n circuit; conector SPI pentru cuplarea la un periferic SPI; led pentru indicarea alimentrii cu energie electricDin punct de vedere al componentelor hardware ce sunt dispuse pe plac, rolul cheie l joac circuitul de decodificare al semnalelor n cuadratur provenite de la traductor. n urma analizrii a trei soluii posibile, s a ajuns la concluzia c varianta optim pentru decodarea semnalelor n cuadratur este folosirea circuitului LS7366, deoarece acesta permite viteze de lucru mari i rezoluii foarte bune (de 0,1 m). Aceste rezoluii sunt obinute prin modul de decodare X4, n care counter-ul va numra impulsurile pentru un sens sau altul, pentru fiecare tranziie a semnalelor.

Principiul general de decodare a semnalelor n cuadratur, n modul X4 [DA1, SO 06]

Decodorul interpreteaz semnalele de intrare i calculeaz tranziiile SUS / JOS, pe baza strii curente i precedente a semnalelor de intrare. Dac linia A conduce linia B, atunci nseamn o msurare n sus. [DA1, SO 06] Criteriile care au stat la baza alegerii acestei soluii privind circuitul de decodare sunt rezoluia foarte bun semnalului pe care acesta l asigur i timpul foarte mic de rspuns (chiar mai mic dect cel al traductorului). Numrul total de impulsuri pentru o curs complet a tijei palpatoare a traductorului se poate calcula dup relaia (4.1):

(4.1)

Dac se presupune c o curs complet a tijei palpatoare se realizeaz n 0,3 secunde, atunci rezult o frecven a semnalului de 417 kHz, ceea ce face ca interfaa proiectat i realizat s poat fi utilizat pentru orice senzor incremental ce funcioneaz cu frecvene de pn la 40 MHz. [SO 06]LS7366 reprezint un numrtor CMOS pe 32 de bii, cu interfa direct pentru semnalele provenite de la codoarele n cuadratur i are urmtoarele caracteristici generale:

Caracteristicile tehnice generale ale circuitului LS7366 [SO 06]

Tensiunea de operare3V 5,5 V

Frecvena de numrare la 5V40 MHz

Frecvena de numrare la 3V20 MHz

Numrtorpe 32 de bii

Registru i comparator de datepe 32 de bii

Registru de ieirepe 32 de bii

Nr. registre de mod pentru funcii programabile2 registre

Registru de instruciunipe 8 bii

Registru de starepe 8 bii

Decodor intern de semnalen cuadratur

Filtru digital

Moduri n cuadratur suportateX1, X2 i X4

Mod de numrare non - cuadratur

Interfa serialSPI

Numrarepe 8 bii, 16 bii sau 32 de bii

Ieiri de ntrerupere, n caz de mprumut, Comparare, Index, Carry

Moduri de numrare suportateModulo-N, Non-recycle, Limitare Contor, Contor Liber

Numrare n funcie de semnal INDEX

Capsule DIP 14, SOIC 14, TSSOP

Microcontroller ul PIC187F452 folosit, are urmtoarele caracteristici generale: adresare liniar a memoriei de pn la 32 kB; instruciuni cu limea de 16 bii; poate funciona n ntreruperi cu prioriti; are arhitectur optimizat pentru compilatoare C.Viteza mare de operare i numrul mare de linii de intrare / ieire au fost principalele motive ce au stat la baza alegerii acestui procesor. Microprocesorul PIC18F452 dispune de 3 pini cu funcionare de ntrerupere extern; aceti pini sunt foarte utili n situaia n care sunt implementate butoane unde este necesar o reacie rapid din partea unitii centrale de procesare. O funcionare a unui buton este reprodus la un interval de 100 ns de la apsare. [SO 06]Acest microprocesor adreseaz 4 temporizatoare, dintre care 2 pe 8 bii i alte 2 pe 16 bii.Afiarea informaiei prelucrat i transmis prin acest circuit se face pe un display cu cristale lichide (LCD = Liquid Crystal Display), aceste sisteme la ora actual fiind cele mai folosite n foarte multe domenii, datorit avantajelor pe care le au: durat de via nelimitat, aproximativ 100.000 de ore de funcionare; consum foarte redus de energie, pentru asigurarea alimentrii autonome a aparatelor de msurat; tensiuni de alimentare i de lucru compatibile circuitelor integrate; funcionarea n domenii foarte mari de temperatur (de la -55C i 125C); buna funcionare inclusiv n medii cu radiaie intens; funcionarea chiar i n condiii de ocuri i vibraii mecanice; raportul bun pre / performane. Display ul utilizat este modelul CFAH2004A-YYB-JP, produs de Compania Crystalfontz America i prezint urmtoarele specificaii generale

Caracteristicile display-ului cu cristale lichide CFAH2004A-YYB-JP

Articol DimensiuniUnitate de msur

Numrul caracterelor20 de caractere X 4 linii--

Dimensiunea modulului98 X 60 X 13,6mm

Suprafaa vizibil77 X 25,2mm

Suprafaa activ70,4 X 20,8mm

Mrimea punctului de separare dintre caractere0,55 X 0,55mm

Mrimea caracterului2,95 X 4,75mm

Spaiul dintre caractere3,55 X 5,35mm

2. Modul de lucru2.1 Aspecte generale- se explic modurile de citire x1, x2, x4 asociate butoanelor dispuse pe circuitul electronic de comand i alimentare al traductorului;- se explic modul prin care se face etalonarea traductorului (aducerea la zero), respectiv modul n care se pot efectua msurri n coordonate relative i absolute ale deplasrilor.2.2 Msurarea abaterilor de form a unor repere- se msoar abaterile de plan-paralelism a cte trei cale metrologice, fcndu-se etalonarea n centrul fiecrei cale i msurnd abaterile, prin deplasarea succesiv a calei n cte 10 puncte stabilite arbitrar;- rezultatele msurtorilor se trec n tabelul de mai jos:

Punctul curentCala 1Cala 2Cala 3

Valoarea msurat a abaterii [m]Valoarea msurat a abaterii [m]Valoarea msurat a abaterii [m]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

- se ntocmete o concluzie (2 3 fraze) n care se evalueaz comparativ preciziile de execuie, respectiv abaterile de plan paralelism a celor 3 cale msurate.