сензори за движение

Катедрата по електронна техника и технологии

Един от най-възли, определяне на точността на всяка система за позициониране са сензорите за движение. Сензори, предназначени за преобразуване на движението на количество от линеен изместване на шнековия вал или ъгъла на оборота в една гореща: проста последователност на равно амплитуда и продължителност на електрически импулси, чийто брой е директно пропорционален на количеството на ъглово или линейно изместване.

За да се превърне непрекъснато различна стойност в отделни електрически импулси се прилагат широко индуктивни и оптични сензори.

Управление индуктивен датчик е показано на фигура 1.

Фигура 1 - Диаграма на индуктивен датчик.

На подвижната част на устройството е разположен гребло тънък мек магнитен материал. Издатините багажник 1 модулира магнитното съпротивление на работната междина при преместване. Магнитно W-образна сърцевина 2 има две намотки, свързани да се противопоставят един на друг и се подава от трансформатор Tr. В диагонал на моста включени индуктивен измервателно устройство. В средната позиция на измерване на моста е балансиран и устройството за ръка 3 ще престои при нула. Леко дисбаланс води до отклонение на показалеца на инструмента. Добър конфигуриран сензор засича движение

2 микрона. За дискретни вериги необходимо цифрово-аналогов преобразувател (DAC).

На шпиндела е диска с голям брой процепи (100 до 800). Светлината от лампата чрез цилиндрична леща с тесен лъч насочено към диска, и фотодетектор (фотодиод). На етап винт 2 mm и броят на слотовете в диска 400 на всеки електрически импулс ще бъде 5. дискретност

Можете да настроите диск преброяване не е на водещия винт, както и свързаната с вал с висока скорост. Но това ще намали точността четене поради грешки при предаване.

Прецизно линейни енкодери са базирани на растерни мащаб, метрологията лазерни дифракционни решетки и интерферометри. Първите два вида DLP са базирани на същия принцип на контрол на движението. Те имат дълъг мащаб като линии периодично се прилагат и целева кратко мащаб със същия период или кратни инсулти и дупки. Ако пространственото разположение на ударите на честота везни не повече от 50-100 мм -1. те се наричат ​​растерни скали, и ако по-висока от 100 mm -1 - метрологично решетка (или решетки). Тъй като дискретни движения често по-малко от 1 микрон, на пръв поглед по-висока честота от удара, толкова по-лесно първоначалната схема за формиране на електрически импулси. Въпреки това, просто смяна на растерни мащаб решетки трудно следващата произтичащи по този начин ефекти правят двулъчеппречупване чувствителни към промените в разстоянието между мярката и дължината на вълната на скалата за мащаб и др системи, базирани на растерни мащаб решетки две разновидности -. Натрупващи системи и системи, които използват ефекта на моаре картини.

Натрупващи системи използват система отразява или предава оптични решетки. Структура на оптичен двулъчеппречупване с отразяваща решетка е показана на фиг.2. Iris сканираща глава се състои от 4 слотове. Процепите са разположени така, че изходните сигнали от фотодетекторите се премести от една четвърт период на измерване решетката. Тъй сигнали поради изместване на прорезите се измества във фаза и сигнали quasisinusoidal фотодетектори. Резолюцията на такива системи е 0,5 микрона, който с обща грешка от по-малко от 1 микрон изместване за измервания в граници от 1-2 cm.

Недостатък: изисква строг паралелизъм на линии и драскотини двигател подреждане. Втората система използва решетка метод моаре.

Моаре модели - система на тъмни области, образувани при прилагане на две идентични осветяване и леко ъглово изместени един спрямо друг решетки.

Фигура 2 - DLP движения с отразяваща решетка.

1 - източника на светлина 2 - кондензиращ леща 3 - стомана скала с решетка 4 - снопа 5 - фотодетектор.

Чрез преместването на решетката с уважение един към друг зона (тъмно и светло) се преместват един спрямо друг, нагоре и надолу от разстояние л. P - решетка игрище, # 952; - ъгълът на наклона.

Основните предимства на метода: (отразяващи оптика)

1. модел моаре е независим от дължината на вълната на светлината в относително широк диапазон на дължината на вълната. Това позволява използването като източник на светлина конвенционалните миниатюрни лампи с нажежаема жичка.

2. запазва висок контраст моаре модел с относително голям (до десет ММ) празнини между решетки.

3. стъпка моаре модел може да съответства на размера на движение е няколко пъти по-малка от разстоянието между инсулти решетки.

Moire модел се формира на излизане прозрачен решетката. Линейният период на ширината на моаре модел е равна на:

където D1 - прозрачен решетка константа, # 952; - ъгъл на завъртане инсулти.

Фигура 3 - схема на периферията на моаре.

В двойно пречупване, този ъгъл е около 10 -4. така че решетка изместване е 1 mm изместване съответства моаре модел 10 mm, което е лесно фиксиран фотодетектор.

Обикновено само два фото детектори. Когато преместите сигналите се генерират в тях:

където k1. k2 - чувствителността на фотодетектора, Е0 - нивото на постоянния компонент и променлив компонент амплитуда яркост на модела на Моаре, X - количество на изместване,

- цена за период от шарката на моаре.

d2 - отразяваща решетка константа, чи - от порядъка на пика на дифракция.

Тъй като две отражение максимум при рискови равнобедрен 80% отразяващ енергия, тогава р = 2, # 949; = D2 / 4.

При определяне на позиция с точност от ± # 949; интерполация трудности възникват в резултат на колебания на постоянна осветеност E0. който зависи от много фактори, включително колебанията яркостта на светлинния източник, чрез вариране на отражение от решетки и т.н.

Следователно, понякога DLP прилага фотодетектори разположени по модела на моаре с изместване на една четвърт период и два сигнала са оформени, всеки от които представлява разликата между сигналите на два фотодетектори разстояние половин период от модела на Моаре.

В желанието си да подобри точността на позициониране системи, за да се премахне зависимостта на параметрите за точността на водачите и тяхната износване по време на операцията е довело до създаването на нов тип системи за позициониране с лазерни интерферометри.

Обяснете качествено, без да се прибягва до формули, как лазерен интерферометър.

Фигура 4 - Оптичната схемата на лазерния интерферометъра.

1 - Laser 2 - полупрозрачен огледало 3 - фиксирани отразяващи огледало 4 - рефлектор монтиран на движещите се части, 5 - 6 - фотодетекторни електронното устройство за обработка на данни.

Ray от ниска мощност хелий-неонов лазер се разцепва от полупрозрачен огледало на две греди - позоваването и измерване. Позоваването лъч оптичен път се простира от огледалото 2 и 3 отразяват и в фотодетектора 5. Измервателният сноп към отражателя се монтира на подвижните части и след това се връща и навлиза фотодетектора. В резултат на двете греди се срещат и се намесват в фотодетектора. Фотодетектор записва интензитета на светлината зависи от разликата между оптичен път на двете греди.

Да приемем, че в някакъв момент от времето, както с лъча и референтния измерването, се срещнахме в една и съща фаза. Така че, в този момент фотодетектор регистрира светлина с максимален интензитет. Но ако елементът с рефлектора 4, започва да се движи, дължината на пътя измерване L и също започва да се променя. щом # 916; л променен на половината от дължината на вълната на светлина, генерирана от лазерните лъчи в допълнение фотодетектор ще бъде в antiphase и фотодетектора регистрира минимална радиация - "тъмнина." Повече за промените volovinu дължина на вълната от пътя за измерване светлина и светлина фотодетектор отново, следващия половин дължина на вълната - отново тъмно. И т.н. - светло-тъмно, светло-тъмно.

По този начин, когато се променя # 916; л на # 955/2, интензитетът на светлината на промените фотодетектора от висока към ниска или обратно. Ако промяната е N пъти, докато се движи рефлектора, това означава, че част (шублер) е преместен на разстояние # 955; N / 2. Това брои броя N на електронното устройство 6. По този начин, движещите се части са измерени в дължини на вълните.

Използването на лазерни интерферометри измерват изместване на ICMC стотни до няколко десетки метра.

На практика, лазерен интерферометър обикновено работи заедно със софтуер, контролер машина. Ето защо, едновременно с движението на контрола се извършва автоматично ги отстраним.

1 - работна глава (тръба); 2, 3 - шейна; 4 - огледало; 6 - измерване глави; 7 - сепаратор; 8 - лазер; 9 - призма.

Фигура 5 - схема на координатната маса с лазерен интерферометър.

Фигура 5 показва диаграма на координатна маса лазерен интерферометър. В тази таблица две взаимноперпендикулярни огледало е подвижно рамо на интерферометъра монтиран върху горната част на превоза. На тръбата работа глава има две огледала фиксирани или интерферометри.

По този начин, взаимното изместване интерферометри преброени биаксиално горната превоз по отношение на фиксираната координатна система. Огледала могат да бъдат направени с достатъчно висока гладкост, натрупването на десети от микрона. По време на операцията, те не се износва, така че точността, присъщи на тях се съхраняват в продължение на дълго време. За да се осигури взаимно перпендикулярни огледала с точност до специални оптични техники, използвани акции Ъглови секунди. Точността на масата за координиране до голяма степен зависи от точността на интерферометъра. Точността на рамката на изместване се влияе от два фактора - честотата нестабилност на лазерното лъчение и промяна на дължината на вълната на температурни колебания на околната среда, налягане, влажност. Проблемът за стабилизиране на лазерна честота сега почти решен освен това е възможно да се коригират грешките поради информация от сензорите за температура, налягане и влажност от компютър.