1
1
MISURE DI SPOSTAMENTO
Senza contatto
2
TRASDUTTORI TRASDUTTORI INDUTTIVIINDUTTIVI
A CORRENTI A CORRENTI PARASSITEPARASSITE
2
3
bobina alimentata bobina alimentata con corrente con corrente alternata (alternata (≈≈1 MHz)1 MHz)
la bobina genera la bobina genera un campo un campo elettromagneticoelettromagnetico oscilloscill..
bobinabobina
linee di flussolinee di flusso
correnti parassitecorrenti parassite
superficie metallicasuperficie metallica
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE
4
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE
3
5
oscilloscill..
bobinabobina
linee di flussolinee di flusso
correnti parassitecorrenti parassite
superficie metallicasuperficie metallicasul conduttore sul conduttore nascono le correnti nascono le correnti parassiteparassite
ll’’intensitintensitàà delle delle correnti parassite correnti parassite èèfunzione della funzione della distanza del distanza del trasduttore dal trasduttore dal conduttoreconduttore
le correnti le correnti parassite modificano parassite modificano ll’’induttanza della induttanza della bobinabobina
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE
6
Le correnti parassite Le correnti parassite nel conduttore creano a nel conduttore creano a loro volta un campo loro volta un campo elettromagnetico che elettromagnetico che modifica lmodifica l’’induttanza induttanza della bobinadella bobina
Si può dunque Si può dunque eseguire una misura di eseguire una misura di variazione di induttanzavariazione di induttanza
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE
4
7
oscillatoreoscillatore
demodulatoredemodulatore
amplificatoreamplificatore
bobinabobina
conduttoreconduttore
correnti parassitecorrenti parassite
linee di flussolinee di flusso
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE
8si misura una variazione di induttanzasi misura una variazione di induttanza
demoddemod..e F.P.B.e F.P.B.
bobinabobinaattivaattiva
bobina dibobina dibilanciamentobilanciamento
CIRCUITO DI MISURACIRCUITO DI MISURA
5
9
CIRCUITO DI MISURACIRCUITO DI MISURA
10
EDDY CURRENT PROBE
6
11
Portata:2 mm (a partire da 0,25 mm)Portata:2 mm (a partire da 0,25 mm)
4 mm ( a partire da 1 mm)4 mm ( a partire da 1 mm)
Diametro sonda:Diametro sonda: 5 5 ÷÷ 14 mm14 mm
SensibilitSensibilitàà:: 8 8 ÷÷ 4 V/mm4 V/mm
LinearitLinearitàà:: < 0,05 < 0,05 ÷÷ 0.2 mm0.2 mm
VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:
12
EDDY CURRENT PROBE
7
13
SENSIBILITSENSIBILITÀÀ ALLA TEMPERATURAALLA TEMPERATURA
0
10.5
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20us
cita
[ V
]
distanza relativa [mm]
22°C100°C177°C
Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale
[mm
]
0
10.5
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20us
cita
[ V
]
distanza relativa [mm]
22°C100°C177°C
Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale
[mm
]
14
SENSIBILITSENSIBILITÀÀ AL MATERIALEAL MATERIALE
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
usci
ta [V
]
distanza relativa [mm]
AISI E4140AISI 304AlCu
0 1 2 3 4 50
5
10
15
20
usci
ta [V
]
distanza relativa [mm]
AISI E4140AISI 304AlCu
8
15
EDDY CURRENT PROBE
16
EDDY CURRENT PROBE
9
17
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
Trasduttori di prossimitTrasduttori di prossimitàà onon--offoff
Trasduttori di spostamentoTrasduttori di spostamento
18
10
19
RIFERIMENTO DI FASERIFERIMENTO DI FASE
ω Cond.
[s]
[ V ]
ωCond.
[s]
[ V ]
20
SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO
11
21
SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO
Probe 1 & 2Probe 1 & 2
(x & y)(x & y)
AccelAccel 1 & 21 & 2
(x & y)(x & y)
22
SOVRAPPOSIZIONE VIBRAZIONI-DIFETTI DI FORMA
12
23
SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO
24
ESEMPI
13
25
ESEMPI
Correnti parassite
Capacitivi
Laser a triangolazione
Encoder
26
TRASDUTTORI TRASDUTTORI CAPACITIVICAPACITIVI
14
27
C = capacità [pF]
ε0 = costante dielettrica dell’aria [pF/m]
εr = costante dielettrica del materiale
tra le armature [pF/m]
A = area delle armature
d = distanza tra le armature
C =C = AAdd00εε εr
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
28
C =C = AAddεεrrεε00
Si può variare C variando : legame lineareεεrr
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
15
29
C =C = εε AAddrrεε00
Si può variare C variando A: legame lineare
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
30
Si può variare C variando d: legame non lineare
C =C = εε AAddrrεε00
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
16
31
APPLICAZIONI: Misura di Spostamento APPLICAZIONI: Misura di Spostamento RelativoRelativo
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
32
MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
dd
MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
dd
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
17
33
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
CHASSISCHASSIS
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE
(AC)(AC)
SENSORESENSORE
ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA
CHASSISCHASSIS
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
34
VVee
SS
CIRCUITI DI MISURA: PONTE DI CIRCUITI DI MISURA: PONTE DI WHEASTONE IN C.A.WHEASTONE IN C.A.
si misura la variazione di impedenza Z
ZZ j C= 1
ω
circuito di circuito di condizionamentocondizionamento
18
35
Portata:Portata: 0,05 0,05 ÷÷ 10 mm10 mm
SensibilitSensibilitàà::1 1 ÷÷ 200 V/mm200 V/mm
Risoluzione:Risoluzione: 0,02 % f.s.0,02 % f.s.
LinearitLinearitàà:: > > ±± 0,2 % f.s.0,2 % f.s.
Figura Figura μεμε
VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:
36
Svantaggi:Svantaggi:sensibili alle variazioni di capacitsensibili alle variazioni di capacitàà del cavodel cavo
sensibili alle variazioni delle caratteristiche sensibili alle variazioni delle caratteristiche
del dielettrico (acqua, olio, umiditdel dielettrico (acqua, olio, umiditàà))
elevata impedenzaelevata impedenza
Vantaggi:Vantaggi:elevata sensibilitelevata sensibilitàà e stabilite stabilitàà
poco sensibili alle variazioni di temperaturapoco sensibili alle variazioni di temperatura
target non conduttoretarget non conduttore
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
19
37
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
38
TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI
20
39
APPLICAZIONI: Misura di LivelloAPPLICAZIONI: Misura di Livello
40
APPLICAZIONI: Misura di LivelloAPPLICAZIONI: Misura di Livello
21
41
LASER A LASER A TRIANGOLAZIONETRIANGOLAZIONE
42
FotorilevatoreFotorilevatore
diododiodolaserlaser
campo dicampo dimisuramisura
LASER A TRIANGOLAZIONE
22
43
Sensore analogico
Sensore digitale
LASER A TRIANGOLAZIONE
44
y = 0y = 0 -- yy+ y+ y
i = 0i = 0
-- ii
+ i+ i
foto rilevatorefoto rilevatore
lentilenti
diododiodolaserlaser
θ θ = 30= 30°° -- 5050°°
iA
iCxx
LASER A TRIANGOLAZIONE
23
45
iiAA
iiCC
converconver..corr./corr./tenstens..
converconver..corr./corr./tenstens..
eeAA
eeCC
eeAA-- eeCC
eeAA++ eeCC
eediffdiff
eesomsom
eeddeess
eexx
GG xx
fasciofasciodi lucedi luce
LASER A TRIANGOLAZIONE
46
LASER A TRIANGOLAZIONE
24
47
±±10%10%
--55 00 +5+5distanza [mm]distanza [mm]
--55
00
+5+5
outp
ut [
V]ou
tput
[V]
+10%+10% --10%10%
distanzadistanzadi misuradi misura
trasduttoretrasduttore
50 mm50 mm
45 mm45 mm
55 mm55 mm
--5 V5 V
0 V0 V
+5 V+5 V
regolazioneregolazioneguadagnoguadagno portataportata
LASER A TRIANGOLAZIONE
48
5050 5555mmmm
outp
ut [
V]ou
tput
[V]
4545
00
+5+5
--55
campo di misuracampo di misura
CURVA CARATTERISTICACURVA CARATTERISTICA
sensibilitsensibilitàà1 V/mm1 V/mm
25
49
raggio laser visibile (raggio laser visibile (λλ = 675 = 675 nmnm))
spot di piccole dimensioni (spot di piccole dimensioni (φφ = 0,1 = 0,1 ÷÷ 1 mm)1 mm)
poco sensibili alla rugositpoco sensibili alla rugositàà superficiale e superficiale e
alle variazioni di colore del targetalle variazioni di colore del target
possibilitpossibilitàà di misurare spessori di oggetti di misurare spessori di oggetti
trasparentitrasparenti
CARATTERISTICHE:CARATTERISTICHE:
50
VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:
Portata: Portata: ±± 0,25 0,25 ÷÷ 100 mm100 mm
Distanza di misura: 5 Distanza di misura: 5 ÷÷ 340 mm340 mm
LinearitLinearitàà: 2 : 2 ÷÷ 600 600 μμmm
Risoluzione: 0,1 Risoluzione: 0,1 ÷÷ 60 60 μμmm
Tempo di integrazione: 0,1 Tempo di integrazione: 0,1 ÷÷ 30 ms30 ms
26
51
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
posizionamentoposizionamentobraccio robotbraccio robot
misura dimisura divibrazionivibrazioni
52
misura dimisura dilivellolivello
misura dimisura dispessorespessore
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
27
53
controllo di processi produttivicontrollo di processi produttivi
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
54
28
55
56
29
57
--0.300.30
--0.200.20
--0.100.10
0.000.00
0.100.10
0.200.20
0.300.30
0.400.40
00 200200 400400 600600 800800
AM
PIEZ
ZA [m
m]
AM
PIEZ
ZA [m
m]
DISTANZA [mm]DISTANZA [mm]
MAREZZATURAMAREZZATURA
58
TRASDUTTORI TRASDUTTORI DIGITALIDIGITALI
30
59
ENCODERENCODER
60
alberoalbero
ENCODERENCODER
31
61
ENCODERENCODER
62
ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI
Il segnale di uscita Il segnale di uscita èè costituito da una costituito da una successione di N impulsi per girosuccessione di N impulsi per giro
(N (N ≡≡ numero di incisioni)numero di incisioni)
Il riferimento angolare viene perduto se si Il riferimento angolare viene perduto se si interrompe linterrompe l’’alimentazionealimentazione
tempotempo
uscitauscita[V][V]
32
63
Monodirezionale:Monodirezionale:uscita A: N impulsi per girouscita A: N impulsi per giro
uscita Z: 1 impulso per girouscita Z: 1 impulso per giro
uscita Auscita A
uscita Zuscita Z
((non permette di ricavare il verso di rotazione non permette di ricavare il verso di rotazione delldell’’albero)albero)
ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI
64
Bidirezionale:Bidirezionale:
uscita Auscita A
uscita Buscita B
uscita Zuscita Z uscita Zuscita Z
uscita Auscita Auscita Buscita B
A in anticipo su BA in anticipo su B
rotazione orariarotazione oraria
uscita Auscita A
uscita Buscita BB in anticipo su AB in anticipo su A
rotazione antiorariarotazione antioraria
uscita Zuscita Z
ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI
33
65
Il numero massimo di incisioni N che si Il numero massimo di incisioni N che si
possono realizzare dipende dal diametro possono realizzare dipende dal diametro
del discodel disco
Da N dipende la Risoluzione Angolare Da N dipende la Risoluzione Angolare ΔθΔθ ::
N360Δϑ =
°
N: 1 N: 1 ÷÷ 9000
ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI
66
Possono essere utilizzati per misurare la velocitPossono essere utilizzati per misurare la velocitààangolare di rotazione di un albero:angolare di rotazione di un albero:
La rotazione dellLa rotazione dell’’albero può essere ricavata albero può essere ricavata contando gli impulsi k dal riferimento Z:contando gli impulsi k dal riferimento Z:
tempotempo
uscitauscita[V][V]
ΔΔtt
ttωω ==
ΔϑΔϑΔΔ
θθ = k = k ΔθΔθ
ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI
34
67
ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI
Disco codificato con Disco codificato con n piste (bit) che n piste (bit) che vengono lette simultaneamente fornendo vengono lette simultaneamente fornendo unun’’uscita in codice (binario, uscita in codice (binario, GrayGray))
Per ogni settore angolare si ha un codice Per ogni settore angolare si ha un codice differentedifferente
Con un solo disco il numeroCon un solo disco il numerodi settori angolari N di settori angolari N èè pari a:pari a:
N = 2N = 2nn
68
Le n piste vengono lette da n Le n piste vengono lette da n fotorilevatorifotorilevatori differentidifferenti
ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI
35
69
Dal diametro del disco dipende il Dal diametro del disco dipende il
numero di piste n (n numero di piste n (n ≡≡ numero di bit)numero di bit)
Da n dipende la Risoluzione Angolare Da n dipende la Risoluzione Angolare
ΔθΔθ ::
n = 2 n = 2 ÷÷ 1616
360Δϑ =°
2 n
ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI
70
In corrispondenza della zona limite In corrispondenza della zona limite non si conosce il valore assoluto non si conosce il valore assoluto della posizionedella posizione
ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI
36
71
CODICE GRAY:CODICE GRAY:
cambia solo un bit alla voltacambia solo un bit alla volta
ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI
72
FREQUENZA MASSIMA DI USCITAFREQUENZA MASSIMA DI USCITA
La capacitLa capacitàà del cavo limita la frequenza di del cavo limita la frequenza di uscita arrotondando il fronte duscita arrotondando il fronte d’’onda delle onda delle onde quadreonde quadre
ININ OUTOUT
ININ
OUTOUT
37
73
MASSIMA VELOCITA’ ANGOLARE
0 2000 4000 6000 8000 10000100
10 k
rpm
N (n
umer
o di
div
isio
ni)
Frequenzemassime tipiche
10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz
[ ]ω max max= FN rpm60
0 2000 4000 6000 8000 10000100
10 k
rpm
N (n
umer
o di
div
isio
ni)
Frequenzemassime tipiche
10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz
[ ]ω max max= FN rpm60
74
ENCODER: IMMAGINI E RIFERIMENTI ANGOLARI
38
75
ENCODER: TARATURA
76
ENCODER: IL PROBLEMA DEL GIUNTO
39
77
ENCODER: IL PROBLEMA DEL GIUNTO
78
40
79
80
41
81
FUNZIONAMENTO ENCODER
82
Binario tradizionale
Binario GREY Utilizzo di un numero di
settori minore
LE LOGICHE DIGITALI
42
83
UTILIZZI TIPICI DELL’ENCODER