Российский государственный технологический университет им. Циолковского МАТИ Кафедра Механика машин и механизмов Дипломная работа Измерение угловых размеров с помощью энкодеров. Разработал: Блинов Д.В. Руководитель: Ухов П.А. Москва 2014

Актуальность Энкодеры (датчики угла поворота) используются практически во всех отраслях промышленного производства. Это упаковочная, пищевая, бумажно печатная, текстильная, деревообрабатывающая и металлообрабатывающая промышленности, системы автоматизации и телекоммуникации, станки, лифты и тд. Если вы пользовались современной стиральной машиной, микроволновой печью или аудио системой то, скорее всего вы уже имели дело с энкодером, сами того не подозревая. Например, в большинстве современных домашних и автомобильных стерео систем энкодеры используются для регулировки громкости звука.

Цель дипломной работы: Разработка лабораторной работы, тема которой Измерение угловых размеров с использованием энкодеров. Задачи: Изучить стандарты, связанные с энкодерами и электробезопасностью. Изучить процедуры сертификации энкодеров. Анализ источников погрешностей энкодеров. Разработка лабораторной установки. Разработать методику выполнения работы.

Процедура сертификации энкодеров: подача заявки в центр сертификации; принятие решения по заявке; продукция проходит отбор и идентификацию;- образцы продукции направляются на испытания; - проводится анализ результатов;- принимается решение о выдаче (или об отказе) сертификата; - в случае выявленных нарушений назначаются корректирующие мероприятия; Дополнительно могут понадобиться еще два этапа: оценка производства; инспекционный контроль продукции.

Нормальные углы Углы общего назначения имеют наибольшее распространение и их размеры определены ГОСТ Этот стандарт устанавливает три ряда нормальных углов, представленных как в радианной, так и в градусной системах. Первый ряд - это углы величиной 0°; 5°; 15°; 20°; 30°; 45°; 60°; 90° и 120°; второй ряд включает в себя углы первого ряда и в дополнение к ним углы 0°30'; 2°; 3°; 4°; 6°; 7°; 8°; 10°; 40° и 75°; третий ряд, включающий в себя углы первого и второго рядов с большим количеством дополнительных углов. При выборе значений углов первый ряд следует предпочитать второму ряду, а второй - третьему.

Измерение угловых размеров Призмы (рабочие эталоны) Универсальные цифровые угломеры

Типы энкодеров Энкодер – это цифровой датчик угла поворота. Энкодеры бывают абсолютные сразу выдающие двоичный код угла и инкрементальные, дающие лишь указание на направление и частоту вращения, а контроллер (или ЭВМ), посчитав импульсы и зная число импульсов определяет положение. Если с абсолютным энкодером все просто, то с инкрементальным бывают сложности. Как его обрабатывать? С Энкодера выходят два сигнала А и В, сдвинутых на 90 градусов по фазе, выглядит это так:

Типы энкодеров Параметр Инкрементальный энкодер Абсолютный энкодер Состав элементов Значение исходящего сигнала Значение приращения угловой позиции вращения Абсолютное значение Сохранение данных после выключения и включения Данные не сохраняются, необходима инициализация Данные абсолютной позиции сохраняются, инициализация не требуется Принцип работы Фиксирует световые импульсы (оптический) преобразуя их в значение приращения угловой позиции Каждой дорожкой формируется уникальный двоичный код для конкретной позиции вала

Инкрементальные энкодеры

Абсолютные энкодеры

Порт Антверпен В бельгийском Антверпене расположен один из самых оснащённых в Европе контейнерный порт. Установленные там краны серии STS имеют ряд отличительных особенностей - длина стрелы крана сопоставима с шириной 17 контейнеров; - кран может захватывать контейнер длинной 12 метров либо два контейнера по 6 метров; - максимальная подъёмная нагрузка – 85 тонн - все краны оборудованы асинхронными двигателями с параллельным соединением; - контроль всех технологических процессов с последую- щей передачей данных в единый центр происходит посредством оптических кабелей. Каждый кран оборудован несколькими инкрементальными энкодерами HUBNER серии HOG10: два энкодера установлены на барабане подъёмника для контроля операции вперёд- назад; один энкодер установлен на механизме приводной тележки крана; по одному энкодеру на дополнительных тележках, впереди и сзади основной части; также энкодеры установлены на всех асинхронных двигателях; один энкодер на механизме перегиба стрелы HOG 10 Технология Оборудование Краны Металлургия Прочее ПРИМЕНЕНИЯ

Компактные датчики угла поворота Технология Оборудование Стандартные датчики угла поворота диаметром корпуса 58 мм очень распространены и имеют большое количество применений. Основным преимуществом таких энкодеров является их относительно низкая стоимость, но не все они работают в условиях жёсткой эксплуатации и под воздействием агрессивных сред. Энкодеры HUBNER решают эту проблему. OGS71 – энкодер с синус выходом HOGS71 – энкодер с синус выходом с полой осью OG71 – инкрементальный энкодер HOG71 – инкрементальный энкодер с полой осью Данные изделия отличают следующие характеристики: Надёжный литой корпус Специальная крепёжная скоба для удобного соединения Встроенные клеммы для кабеля Высокий уровень защиты IP 66 На рисунке по часовой стрелке изображены двигатели с энкодерами 71 серии в различных применениях: 1. Производство битумного картона 2. Металлообработка 3. Гальваническое производство 4. Кабельный барабан крана Краны Металлургия Прочее ПРИМЕНЕНИЯ

Электрическая схема подключения абсолютного энкодера к USB6008 EAW0J-B24-AE0128L, энкодер абсолютный

Устройство абсолютного датчика углового положения

Таблица кодов для определения положения энкодера

Виртуальный прибор Алгоритм работы прибора: 1. Таблица кодов положения энкодера считывается из текстового файла. Содержимое файла передается на вход цикла (Do-While). 2. В цикле производится считывание таблицы и преобразование ее в массив, где каждому коду соответствует номер элемента массива. 3. Параллельно запускается цикл (Do-While) который осуществляет снятие информации с цифрового порта и преобразование его в десятичный код. 4. После поступления на вход блока сравнения вычисляется номер считанного десятичного кода. 5. С использованием формульного блока осуществляется перевод кода в угол поворота энкодера. 6. Полученный результат в виде кода и в виде угла поворота выводится на лицевую панель прибора.

Лицевая панель прибора, на которой отображается регулируемый угол поворота и ячейка, в которой появляется код для каждого заданного угла поворота

На блоке схемы виртуального прибора показано, как происходит считывание кода, затем сигнал поступает в блок сравнения и далее демонстрируется заданный угол(Gauge) и непосредственно сам код для заданного угла(element).

Источники погрешностей 1.«Дребезг» в контактах и его аналог в оптических датчиках при переключении между положениями энкодера (частота опроса датчика должна выбираться с учетом этого явления и соответствовать контролируемому процессу). 2. Невысокая точность измерения угловых размеров (погрешности изготовления энкодеров), как правило, не более 1 градуса (в работе 3 ± 1°). Необходимо подбирать энкодер соответствующего типа для каждого применения или проектировать передаточные механизмы. 3. Погрешности связанные с несоосностью и угловым смещением при установке энкодеров. 4. Учет условий эксплуатации – температурные погрешности и дополнительные эксплуатационные факторы, например, вибрации.

Заключение В ходе написания дипломной работы: Были изучены стандарты, связанные с энкодерами и электробезопасностью; Были изучены процедуры сертификации энкодеров; Произведён анализ источников погрешностей энкодеров; Разработана лабораторная установка; Разработана методика выполнения работы.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!