Российский государственный технологический университет им. Циолковского МАТИ Кафедра Механика машин и механизмов Дипломная работа Измерение угловых размеров. - презентация

1 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

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 Измерение угловых размеров Призмы (рабочие эталоны) Универсальные цифровые угломеры

7 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:

8 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

9 Инкрементальные энкодеры

10 Абсолютные энкодеры

11 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

12 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

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

14 Устройство абсолютного датчика углового положения

15 Таблица кодов для определения положения энкодера

16 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.

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

18 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).

19 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.

20 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.

21 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!