CAPITOLUL I

1. ABORDAREA, CUNOAŞTEREA ŞI DEZVOLTAREA INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI

INFORMAŢIONALE

1.1. ABORDAREA INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

Ingineria instrumentaţiei inteligente şi informaţionale (IIII) reprezintă o fuziune de concepte de integrare, a tehnicilor de digitalizare şi informatizare, pe deoparte şi a tehnicilor de mecatronizare pe de altă parte, materializate în instrumente, aparate şi echipamente inteligente de măsurare, verificare şi control integrat cu utilizarea acestora în tehnica măsurarii inteligente.

Pe plan european şi mondial, tehnica măsurării inteligente se dezvoltă într-un ritm accelerat, datorită necesităţii implicării şi integrării acesteia, în procesele integratoare de măsurare, verificare şi control calitate a producţiei industriale.

Gradul înalt de automatizare şi informatizare a producţiei determină implicit utilizarea tehnicii măsurării inteligente, dar mai mult dezvoltarea tehnicii măsurării inteligente, la nivelul cerinţelor corespunzătoare producţiei inteligente şi automatizate şi la nivelul superior de calitate al produselor fabricate.

Pentru realizarea Ingineriei Instrumentaţiei Inteligente şi Informaţionale, la cerinţele determinate de producţia integrată de produse / tehnologii şi servicii high-tech, este necesar să se dezvolte integronizarea soluţiilor constructive mecanice / micromecanice şi mecatronice cu soluţiile de digitizare, automatizare şi informatizare printr-un “mix economo-socio-psihologic şi de mediu”.

Realizarea acestor concepte şi mix-uri tehnice, în vederea abordării şi dezvoltării ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, presupune, pe de o parte dezvoltarea sistemelor / micro-nanosistemelor mecanice / micromecanice, mecatronice / micro-nanomecatronice, iar pe de altă parte, dezvoltarea sistemelor / micro-nanosistemelor informatice / microinformatice, informaţionale / microinformaţionale, alături de elemente / microelemente şi chip-uri / microchip-uri electronice şi de microtehnologia informaţiei, asamblate în

17

cunoştinţe noi multivectoriale şi multidisciplinare.Modul de construire al acestora, presupune, la rândul său, crearea şi

dezvoltarea de noi principii / noi tehnici şi noi modalităţi de mixare a cunoştinţelor tehnico-ştiinţifice, socio-economice, psihologice, ecologice, etc., într-o “cultură globală”, ce poate să determine maturizarea şi dezvoltarea noului domeniu al instrumentaţiei inteligente şi informaţionale.

În prezent, pe plan mondial şi pe plan european, există multe firme specializate în acest domeniu care realizează instrumente, aparate şi echipamente mecatronice inteligente şi informaţionale, integrate cu tehnici hardware şi programe software ce aparţin noilor generaţii.

Proiectarea şi realizarea ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, în România a început la nivelul anului 1980, dar realizarea fizică, cu parametrii metrologici corespunzători standardelor europene, cu fiabilitate şi mentenabilitate, ridicate şi cu trasabilitate recunoscută în procesele de fabricaţie, s-a poziţionat la nivelul anului 1995, când au fost deja implementate şi integrate, în industria constructoare de automobile (cu precădere la SC Automobile Renault – Dacia – Piteşti), instrumente, aparate şi echipamente inteligente şi informaţionale (ex: maşini inteligente de măsurat în 3D şi 3D+1φ, roboţi inteligenţi de control în 3D+2φ, echipamente inteligente de verificat repere de motor şi cutie de viteze, etc.),.

Abordarea şi dezvoltarea ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, s-a lansat după anul 2000, când, concepţia acesteia, a cuprins integrarea componentelor de tip senzor / traductor, celulă de forţă, subsistem actuator / microactuator, subsiteme controller / microcontroller, subsisteme afişaj digital, etc; realizate de cele mai renumite firme de pe plan mondial şi european.

Concepţia de sistem / micro-nanosistem sau de echipament / microechipament, inteligent şi informaţional, s-a maturizat, odată cu cerinţele unor industrii, care au trecut la o fabricaţie / producţie integrată, cu parametrii tehnico-funcţionali de înaltă calitate şi securitate.

Această concepţie, s-a dezvoltat în etape, cuprinzând, astfel:(a) informatizarea grupului de instrumente de tip

senzori / traductoare / palpatoare de măsurare şi poziţionare, şi alte aparate de control dimensional, care a cuprins următoarele problematici:

(a1) concepţia compactă de combinare, a ingineriei instrumentaţiei, într-o schemă de structură informatică şi informaţională comună grupei nominalizate;(a2) concepţia compactă de conectare şi conexiune a fiecărui instrument şi / sau a grupei nominalizate;(a3) concepţia compactă de transfer, prelucrare, transmisie, procesare, reprezentare şi protocolare a informaţiilor şi datelor din instrumentaţie şi din procesul de măsurare propriu zis;(a4) structura informatică, utilizată şi integrată instrumentaţiei şi grupei de instrumentaţie, care a cuprins:

18

unitate interfaţă; unitate de afişare; unitate de comandă; unitate de selecţie / preselecţie; unitate de vizualizare / reprezentare; unitate procesare şi transfer; unitate de coordonare şi conducere proces de măsurare.

(a5) structura parametrică, high-tech, care a cuprins: semnale de ieşire ale senzoricii, compatibile cu mărimea de

intrare a sistemului / microsistemului informatic/informaţional; numărul de intrări semnale, a cuprins de la o intrare la mai

multe intrări, în compatibilitate maximă cu unităţile electronice; valorile rezoluţiilor, au cuprins, de la o valoare de 5,2 sau

1µm, fiind compatibile cu soluţiile impuse de aplicaţiile industriale şi de laborator;

valorile acurateţei, au cuprins, de la o valoare de ±10; ±5; ±2µm la ±2; ±1; ±0,5; ±2; ±0.1µm, fiind în conformitate cu normele şi standardele europene.

(b) Informatizarea grupului de instrumente / aparate de tip şublere, micrometre, comparatoare, aparate de măsurat alezaje şi arbori şi alte aparate de control dimensional, care a cuprins următoarele problematici:

(b1) concepţia compactă de combinare, a ingineriei instrumentaţiei într-o schemă de structură informatică şi informaţională comună grupei nominalizate;

(b2) concepţia compactă de conectare şi conexiune a fiecărui instrument / aparat şi / sau a grupei nominalizate;

(b3) concepţia compactă de transfer, prelucrare, transmisie, procesare, reprezentare şi protocolare a informaţiilor şi datelor din ingineria instrumentaţiei şi din procesul de măsurare propriu zis;(b4) structura informatică, utilizată şi integrată ingineriei instrumentaţiei a cuprins, aceiaşi nominalizare, ca la prima grupă, cu deosebirea că această structură informatică, a fost dezvoltată pe nivele informatice, pe structuri aparţinând noilor generaţii şi pe structuri informatice combinate şi mixate “magistralelor de informaţii”, cerute de nivelul informaţional impus;(b5) structura parametrică, high-tech, a cuprins:

semnale de ieşire ale senzoricii / microsenzoricii, compatibile structural, funsţional şi aplicativ cu intrările sistemelor / microsistemelor informatice / informaţionale;

numărul de intrări semnale, a cuprins o extindere şi o multiplicare majoră, în funcţie de numărul parametrilor de controlat, de la minim 15 – 20 intrări, la 150 – 200 sau chiar 300 intrări, în compatibilitate cu unităţile electronice şi informatice

19

impuse; valorile rezoluţiilor, au fost la nvelul rezoluţiilor primei grupe,

baleind de la o valoare de 10 sau 5µm la 0,1 şi chiar 0,01µm, valori impuse de cerinţele aplicaţiilor industriale şi de laborator;

valorile acurateţei, au fost la nvelul acurateţei primei grupe, înscriindu-se de la o valoare cea mai mare de ±10µm la o valoare cea mai mică de ±0,1µm şi chiar ±0,01µm , fiind în compatibilitate cu normele şi standardele europene.

(c) Informatizarea grupului de aparate / echipamente de măsurare şi evaluare complexă a proceselor tehnologice industriale, care au cuprins următoarele problematici:

(c1) concepţia compactă de combinare evolutivă, geberativă şi pe mai multe nivele a ingineriei instrumentaţiei complexe, într-o schemă generală de structură informatică şi informaţională comună grupei nominalizate;(c2) concepţia compactă integrată şi infrastructurată de conectare, conexare şi mixare a fiecărui aparat/echipament sau/şi a grupei nominalizate;(c3) concepţia compactă, modularizată integronic şi localizată informaţional, de transfer, prelucarre, transmisie, procesare, reprezentare şi protocolare a informaţiilor şi datelor din ingineria instrumentaţiei / ingineria echipamentelor de măsurare şi evaluare complexă a proceselor tehnologice industriale şi din procesele propriu-zise de măsurare;(c4) structura informatică, utilizată şi integrată ingineriei instrumentaţiei / ingineriei echipamentelor de măsurare şi evaluare complexă a cuprins o structură nouă bazată pe noi generaţii, pe nivele ierarhice superioare şi aflate într-o combinaţie informaţională mixtă şi pe transferuri informaţionale logicizate şi monitorizate prin tehnicile fuzzy, cu utilizarea de “noi magistrale de informaţii” cu funcţii combinate cu mix-uri de “canale informaţionale” în structuri matriciale dezvoltate, cerute şi impuse de nivelul procesului de fabricaţie integrată.(c5) structura parametrică, high-tech, a cuprins:

semnale de ieşire ale senzoricii / microsenzoricii şi nanosenzoricii compatibile şi competitive structurale combinat, funcţional-integrat şi aplicativ-transferat- implementat, împreună cu intrările unităţilor / microunităţilor şi nanounităţilor sistemelor / microsistemelor şi nanosistemelor informatice / micoinformatice şi informaţionale/ microinformaţio-nale şi nano informaţionale;

numărul de intrări semnale, a cuprins o extindere/multiplicare şi combinaţie majoră, în funcţie de mulţimea parametrilor de controlat, de la minim 150 – 200 intrări, la 900 – 1500 sau chiar

20

2000 de intrări, în compatibilitate multiplă cu unităţile / microunităţile şi/sau nanounităţile electronice şi informatice / micoinformatice/nanoinformatice impuse;

valorile rezoluţiilor, sunt la nivelul rezoluţiilor grupei a doau şi mai mult, baleind de la o valoare a rezoluţiei de 10 sau 5µm la 0,01 şi chiar 0,01/0,001µm, valori impuse uneori, de cerinţele aplicaţiilor industriale şi respectiv de laborator pentru etalonare;

valorile acurateţei, sunt la nvelul acurateţei grupei a doua, şi mai mult, înscriindu-se de la o valoare cea mai mare de ±10µm la o valoare, cea mai mică de ±0,1µm şi chiar ±0,01µm şi de ±0,001µm, fiind în compatibilitate cu normele şi standardele europene.

În această grupă, dacă se evaluează subansamblele unităţilor / microunităţilor / nanounităţilor electronice / microelectronice / nanoelectronice pentru afişarea digitală, se pot identifica performanţele, astfel:

existenţa unei ergonomii superioare şi de înaltă claritate, la citirea liberă a valorilor afişate;

prezenţa, în structură, a posibilităţilor de integrare / microintegrare a valorilor măsurate şi de transfer în paşi / micropaşi, acestora, la microprocesare înaltă;

emitere de semnale, pe diferite trepte şi nivele, la unităţile / microunităţile electronice / microelectronice, cu care se conectează şi se racordează;

prezenţa posibilităţilor de ajustare la zero, a senzitivităţii, pe un câmp foarte larg şi chiar impus;

existenţa unor ieşiri în BCD, pentru transferul / transmiterea datelor (şi memorate) la computere / procesoare;

existenţa unor software-uri de evaluare şi monitorizare a aspectelor / microaspectelor, astfel:- componenta / microcomponenta economică;- componenta socială;- componenta psihologică;- componenta de mediu (ecologică)

ce filtrează datele tehnice tehnologice indicate şi transmise de unitatea digitală şi ce se integrează întregului instrument integronic, prin calculator / procesor; existenţa posibilităţii de clasificare a reperelor măsurate, în

clase / subclase de precizie.Procedurile software conexe ingineriei instrumentaţiei integronice de

măsurare / evaluare, complexe, a proceselor tehnologice industriale şi de laborator, fiind utilizate la prelucrarea şi transferul de date rezultate din procesele de măsurare / încercare şi din baza de date aferentă domeniului din care face parte instrumentul integronic, procesul de măsurare şi datele tehnice / economice / sociale / psihologice şi de mediu.

21

Aceste proceduri software-uri, conexe instrumentelor integronice, cuprind:

procedura software-ului de măsurare / încercare; procedura software-ului de etalonare / comparare / compensare; procedura software-ului de protocol / măsurare / încercare; procedura software-ului de analiză / evaluare tehnică /

tehnologică; procedura software-ului de evaluare / monitorizare aspecte

economico-socio-psihologice; procedura software-ului de evaluare / monitorizare aspecte de

mediu (ecologic).Prin toate aceste proceduri, software-urile conexe instrumentaţiei

integronice sunt practic realizate, prin intermediul microprocesoarelor şi altor unităţi electronice periferice şi toate activităţile menţionate şi afişate prin intermediul diagramelor / histogramelor / tablourilor cu valori digitale şi graficelor, arătate astfel:

(a) planul de creare a inspecţiei şi a parametrilor de proces, este realizat printr-un software-dialog şi care include software-urile de evaluare statistică a procesului, de măsurare pentru achiziţionarea valorilor măsurate şi evaluate;

(b) evaluarea parametrilor măsuraţi şi prelucraţi sub formă de histograme, este realizată printr-un software MQ-MD pentru Windows, care cuprinde:

planul de inspecţie; procesarea de inspecţie şi pe module cu procesarea datelor

măsurate, module cu baza tehnologică (c) microevaluarea hărţii controlului de calitate sub forma “X bar şi

R chart”, realizată printr-un software special pentru reprezentarea unuia sau altuia, etc.

(d) etc.

1.2. CUNOAŞTEREA INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

Cunoaşterea ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, presupune în primul rând cunoaşterea structurală şi funcţională a componentelor de ansamblu, a conexelor şi interfeţelor între părţi, a mărimilor de intrare în ansamblul ei şi în fiecare parte componentă, a mărimilor de ieşire din ansamblu şi din fiecare parte componentă, a mărimilor perturbatoare din mediul extern ansamblului şi a mărimilor de reacţie, atât de la fiecare mărime de ieşire a fiecăreipărţi de ansamblu şi a ansamblului, comparate cu mărimile de impuse, pentru construirea buclei / buclelor de reacţie, la fiecare mărime de intrare, în fiecare parte şi la mărimea

22

de intrare în ansamblu şi pentru reglarea optimă a procesului de ansamblu, aferent ansamblului.

Această cunoaştere a ansamblului de ingineria instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, se presupune a fi “cunoscută relativ”, ca o “desfăşurare prietenoasă procesuală”, cu caracteristici proprii de exactitate şi de poziţionări, în domeniul aplicaţiilor cât mai apropiate de necesităţile reale ale acestora.

În vederea cunoaşterii tehnice / tehnologice funcţionale / aplicative şi ergonomice a ansamblului ingineria instrumentaţiei în ansamblul său, este nevoie de elaborarea şi integrarea procedurii de ansamblu sistemic şi de proceduri de implementare a ansamblului sistemic.

Pentru exprimarea acestor proceduri globale se utilizează tezaur descriptor matricial, după cum urmează:(tdm1) identificarea parametrică / structurală / funcţională a proiectului de ansamblu al ingineriei instrumentaţiei, dependent cert de cerinţele aplicabilităţii;(tdm2) elaborarea conceptuală a schemei modulare bloc a ansamblului – dependenţă de cunoaşterea îndeaproape a ingineriei instrumentaţiei;(tdm3) identificarea părţilor ansamblului, cu înmatricizarea parametrilor de funcţionare şi de performanţă, ale acestuia;(tdm4) identificarea proceselor ce au loc în fiecare parte şi în ansamblul ingineriei instrumentaţiei;(tdm5) interrelaţionarea proceselor ce au loc în fiecare parte şi în ansamblul lor, iniţiindu-se “tezaurul descriptor matricial” ale proceselor individuale şi în ansamblu;(tdm6) interrelaţionarea proceselor ce au loc în părţi, în vederea obţinerii continuităţii proceselor şi procesului;(tdm7) experimentarea mărimilor de intrare pe ansamblu şi pe fiecare parte componentă, în vederea optimizării proceselor ce vor avea loc în ansamblul său;(tdm8) experimentarea, prin simulare activă şi interactivă a părţilor şi a ansamblului, în vederea eliminării de relaţii eronate / deformate, din anumite obiective subiective sau chiar din calcule eronate;(tdm9) experimentarea, pe modele fizice, a funcţionalităţii ansamblului, în vederea obiectivizării capabilităţii ansamblului;(tdm10) identificarea relaţională şi de stabilitate între mărimea de intrare în ansamblu şi între mărime ade ieşire din ansamblul său, în vederea caracterizării ansamblului funcţional / structural şi simulativ;(tdm11) identificarea şi stabilirea de “limbaje de conversaţie”, prin care ansamblul reacţionează, prin părţile sale şi prin obiectivele de îndeplinit;(tdm12) realizarea modelului fizic sau matematic, în relaţia directă cu mediul extern şi în relaţia directă cu mediul intern, faţă de comportamentul propriu şi prin părţile ansamblului;(tdm13) realizarea analizei şi studiului de caz, pentru atestarea / certificarea

23

ansamblului;(tdm14) realizarea protocolului de măsurare şi atestare, a ansamblului.

1.3. PARAMETRII INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

În ingineria instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, sunt utilizaţi ca parametrii, astfel:

a) mărimile de intrare = Xi (si, αi, ni, etc.);b) mărimile de ieşire = Xe (i, u, etc.);c) mărimile de perturbaţii = ŪP;d) mărimile de reacţie = ŪR;e) cadrul analogic: semnale continue cu funcţii de generare /

amplificare / modulare / demodulare;f) cadrul digital/numeric: semnale discontinue cu funcţii de tip logic,

de calcul, de memorare si / sau combinaţii între acestea;g) cadrul de interfaţă analogic-digital (numeric): semnale atât

analogice cât şi digitale, cu funcţii de conversie A-D şi D-A;h) algoritmul caracterizat: generalitate/finitudine/globalitate;i) limbajul: natural/artificial;j) programul: conceptul / instrucţiuni / limbaj / algoritmul / bază de

cunoştinţe;k) modelarea: nivel de abtractizare / gradul de complexitate / gradul

de generalitate;l) mărimea de calitate: răspunsul ansamblului la mărimea de intrare

{z(t)=z[x(t)]};m) dimensiunile spaţiilor de intrare şi ieşire: sisteme diport /

multiport / sisteme de control în buclă deschisă / în buclă închisă;n) modelarea prin diagrame bloc: intrare de comandă / senzor /

traductor / intrare de referinţă / element de comparare / sensul de eroare / unitate dinamică / variabila controlată / elementul de feedback;

o) sistem idealizat: comanda (u) / intrarea de referinţă (r) / variabila controlată (c) / semnalul de feedback (b) / semnalul de eroare (e) / variabila manipulată (m) / variabila indirect controlată (q) / valoarea ideală (i) / eroarea de sisteme (ye) / perturbaţie (v) / traductorul (Gn) / elemente de control (G1) / sistem controlat (G2);

p) sistem cibernetic: , cu vectori comenzi /

unităţi de decizie şi cu funcţie vectorială aleatoare; q) sistem în timp real:

r) sistem simplu: stare sistem / perturbaţii /

24

mărime de ieşire / mărime de intrare / stare sistems) sistem omogen: sistem mecanic / sistem electronic / sistem

software;t) sistem cvasiomogen: realizarea de funcţii globale cu rezultantă a

funcţiilor componente;u) sistem eterogen: realizarea de funcţii globale cu lărgirea funcţiilor

auxiliare / ajutătoare pentru o funcţionare performantă;v) sistem mecatronic: sistem format structural din sistem mecanic /

sistem electronic / sistem hardware / sistem software, toate conectate funcţional şi informaţional.

1.4. CARACTERIZAREA INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

Caracterizarea ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, se face, prin următoarele aspecte:

(a) dimensionare;(b) model de acţionare;(c) model structural mecanic;(d) model geometric;(e) model cinematic;(f) model dinamic;(g) model comportamental;(h) model hardware;(i) model software;(j) model comandă;(k) model control;(l) model senzorial;(m) model decizional;(n) model de simulare;(o) etc.Abordarea caracterizării ingineriei instrumentaţiei inteligente şi

informaţionale, se face, astfel:(a) dimensionare senzorială;(b) nivelul de execuţie sarcină;(c) nivel de planificare - decizie;(d) nivel de predeterminare;(e) nivel ierarhic superior;(f) nivel dinamic / static.

25

1.5. CARACTERIZAREA HARDWARE ŞI SOFTWARE A INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

Caracterizarea hardware a ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, cuprinde:

(a) hardware de produs / microprodus;(b) hardware de proces / microproces;(c) hardware de sistem / microsistem;(d) hardware de procesare / microprocesare;(e) hardware de mix-produse / mix-microproduse;(f) hardware de mix-procese / mix-microprocese;(g) hardware de mix-sisteme / mix-microsisteme;(h) hardware de mix-procesare / mix-microprocesare.

Hardware-urile utilizate de Ingineria Instrumentaţiei Inteligente şi Informaţionale, cuprind structuri informatice de generaţii evolutive, cu legături de conexare / conectare la nivele ierarhice conduse şi conducătoare.

Generaţia nouă a hardware-urilor apelează la cunoştinţele noi, de ultimă oră (“ultimă secundă”), constituind nivelul infrastructural de ordin superior, ce poate fi utilizat de Ingineria Instrumentaţiei Inteligente şi Informaţionale.

(b) Caracterizarea software a ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale cuprinde:

(b1) logica de măsurare 3D:(b1.1) utilizarea standardului de măsurare “QUINDOS”, standard ce permite explorarea tuturor punctelor de măsurare indiferent de procesul de măsurare cerut, acest standard permite dialogări / evaluări şi sinteze decizionale corespunzătoare următoarelor programe specifice:

(b1.1.1) programul QUINDOS GRABAS – pentru logica graficii;(b1.1.2) programul QUINDOS FEATRE – pentru caracteristicile

măsurătorilor orientate;(b1.1.3) programul QUINDOS STEBAS – pentru evaluarea

statisticii; (b1.1.4) programul QUINDOS STCQCC – pentru diagramele controlului calităţii;

26

(b1.1.5) programul QUINDOS STCMCS – pentru testarea capabilităţii;

(b1.1.6) programul QUINDOS STCHYP – pentru ipotezele statistice;

(b1.1.7) programul QUINDOS STCTRD – pentru tratarea analizelor tendinţelor;

(b1.1.8) programul QUINDOS DGSURF – pentru tratarea statistică şi / sau dinamică;

(b1.1.9) programul QUINDOS SURF 3D – tratează aparatele de măsurare / verificare;

(b1.1.10) programul S METAL – tratează toleranţele;(b1.1.11) programul QUINDOS GEARHS – tratează măsurarea

angrenajelor;(b1.1.12) programul QUINDOS GEARSB – tratează măsurarea

angrenajelor conice;(b1.1.13) programul QUINDOS BVGIFC – tratează interfaţa

angrenajelor;(b1.1.14) programul QUINDOS WORMGL – tratează măsurarea

globală;(b1.1.15) programul QUINDOS QDSHOB – tratează măsurarea

sculelor;(b1.1.16) programul QUINDOS THREAD – tratează măsurarea

filetelor;(b1.1.17) programul QUINDOS SCRCMP – tratează măsurarea

reperelor specifice industriei compresoarelor;(b1.1.18) programul QUINDOS QDCATIS – tratează măsurarea

camelor şi arborilor;(b1.1.19) programul QUINDOS COMCAM – tratează grafica

măsurării camelor şi arborilor cu came;(b1.1.20) programul QUINDOS STEPGR – tratează măsurarea

mecanismelor pas cu pas, a curbelor cilindrice şi globoidale;(b1.1.21) programul QUINDOS EQUALE – tratează măsurarea

ovalităţii pistoanelor;(b1.1.22) programul QUINDOS OPER 2D – tratează măsurarea

curbelor spaţiale şi plane;(b1.1.23) programul QUINDOS BLADES – tratează măsurarea

detaliată a paletelor de turbină;(b1.1.24) programul QUINDOS B FIT 3D – tratează ajustarea

medie a punctelor spaţiale;(b1.1.25) programul QUINDOS GAUG 2D – tratează

funcţionarea etalonului;(b1.1.26) programul QUINDOS LANEXT – tratează extensia de

programe şi limbaje de programare;(b1.1.27) programul QUINDOS PALLET – tratează măsurarea

27

reperelor paletizate;(b1.1.28) programul QUINDOS PATGEN – tratează generarea

de puncte;(b1.1.29) programul QUINDOS VMSIFC – tratează interfeţe

VMS;(b1.1.30) programul QUINDOS IX VIFC – tratează interfeţele

EIS;(b1.1.31) programul QUINDOS RMCTRL – tratează comanda

de la distanţă;(b1.1.32) programul QUINDOS VDAIFC I – tratează interfeţele

VDAFS;(b1.1.33) programul QUINDOS DMIS I – tratează interfeţele

DMIS;(b1.1.34) programul QUINDOS VDAIFC II – tratează interfeţele

VDAFS combinate;(b1.1.35) programul QUINDOS DMIS II – tratează interfeţele

DMIS combinate;

(b1.2) utilizarea standardului de măsurare “INCAS”, standard ce cuprinde “logica multitratament”:

(b1.2.1) programul 3D Micromăsurare;(b1.2.2) programul Micro – MS şi Xcel;

(b1.3) utilizarea standardului de măsurare “TUTOR”;(b1.4) utilizarea standardului de măsurare “MASTER PLUS”;(b1.5) utilizarea standardului de măsurare “FORM”;(b1.6) utilizarea programului SURFPAK - SV;(b1.7) utilizarea programului FORMPAK - SV;(b1.8) utilizarea programului CAEMMEMS;(b1.9) utilizarea programului SIMODE;(b1.10) utilizarea programului SOLID;(b1.11) utilizarea programului LIMES;(b1.12) utilizarea programului LIDES;(b1.13) utilizarea programului COSMOS-2D/3D;(b1.14) utilizarea programului SPICE;(b1.15) utilizarea programului FEM;(b1.16) utilizarea programului ANSYS;(b1.17) utilizarea programului NASTRAN;(b1.18) utilizarea programului ABAQUS;(b1.19) utilizarea programului METROLOG.

1.6. STRUCTURAREA INGINERIEI INSTRUMENTAŢIEI INTELIGENTE ŞI INFORMAŢIONALE

28

Structurarea ingineriei instrumentaţiei inteligente şi informaţionale se realizează în funcţie de condiţiile impuse fabricaţiei integrate şi / sau flexibile, în funcţie de generaţiile noi ale microsenzoricii şi microactuatorilor, în funcţie de nivelul funcţiilor de măsurare / verificare şi control, în funcţie de gradul de automatizare şi informatizare precum şi în funcţie de gradul acurateţii şi rezoluţiei utilizate în exprimarea tehnico-metrologică.

Structurarea ingineriei instrumentaţiei se realizează şi în funcţie de gradul de complexitate, de complementaritate şi de integrabilitate, conceptual, industrial şi calitativ.

Structura Ingineriei Instrumentaţiei, este evolutivă / generativă / senzorială / cuprinzătoare a realităţii, ce caracterizează viziuni / perspective şi decizii.

Ingineria Instrumentaţiei Digitale şi informaţionale este regăsită în procese, în producţie, în control, în comunicare cu mediul, în învăţare şi în acumulare de experienţă la nivel uman şi are performanţă prin eficacitate, prin efectivitate, prin variabilitate şi adaptabilitate, prin fiabilitate / dependabilitate şi trasabilitate şi prin strategia deciziilor.

Structurarea rolului ingineriei instrumentaţiei în funcţie de realitate, mediu şi decizie, face ca ingineria instrumentaţiei să fie construită, fie în soluţii mecatronice / micromecatronice / nanomecatronice, în soluţii, fie în soluţii integronice / microintegronice / nanointegronice, fie în soluţii mixmecatronice / mixintegronice şi / sau mixnanomecatronice / mixnanointegronice.

Din punct de vedere hardware, ingineria instrumentaţiei se distinge prin modelare şi construcţie, prin continuitate şi discontinuitate în abordare, prin concepte de timp şi prin concepte de mărime (ca valoare) şi prin funcţionalitate sincronă şi / sau asincronă.

Din punct de vedere software, ingineria instrumentaţiei se reprezintă prin ansambluri de concepte, de metode, de tehnici şi de metodologii, care formează “nucleul unui comportament raţional sau inteligent” şi tinde să reprezinte “imaginea modului uman de a răspunde la diverse situaţii prin raţionament şi gândire”.

De aceea, ingineria instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, constă să se realizeze tehnic “corespondentului procesului uman de rezolvare a problemelor de diverse tipuri – comandă, control, vizualizare, supervizare, etc.” fapt pentru care “formalizarea logică şi matematică” capătă un rol central şi determinant, în constituirea “gradului de înţelegere şi transfer a proceselor de gândire”, privite “ca mijloace de realizare a bazei de decizie, a proiectării acţiunilor”, conform scopurilor şi obiectivelor avute.

Ingineria Instrumentaţiei Inteligente şi Informaţionale, lucrează în fapt, prin datele ce integrează suma tuturor informaţiilor, prin cerinţele “de transformare şi de transfer”, pe bază “de raţionament şi de calcule”, a unei situaţii sau a unui ansamblu de situaţii iniţiale într-o situaţie sau configuraţie finală, prin algoritmul succesiunii operaţiilor precise şi

29

gruparea problemelor pentru creşterea gradului de generalitate al aplicabilităţii (algoritmilor), caracterizat la rândul său prin generalitate, finitudine şi globalitate, prin limbajul asociat transmiterii de informaţie, fie el limbaj natural, fie el limbaj artificial, prin programul ansamblului de instrucţiuni, descriptor de probleme pentru rezolvarea lor, prin intermediul unei maşini reale sau virtuale şi integrator al cerinţelor impuse, prin capacitatea de expresie, prin accesibilitatea informaţiilor la nivelul tehnic şi prin capacitatea de înţelegere umană.

De multe ori, ingineria instrumentaţiei inteligente şi informaţionale, are ca mediu de lucru, o parte a lumii reale şi o parte a lumii virtuale, ţinând cont de construcţia imaginii, de simularea imaginilor, de imaginaţia creării unor părţi de lume, de imersia capacităţii şi interactivităţii, etc.

1.7. CONSIDERAŢII GENERALE CU PRIVIRE LA FENOMENUL DE DIFRACŢIE A LUMINII

La trecerea luminii pe lângă un obstacol (fir, muchie, fantă, orificiu) are loc o deviaţie a undelor de la direcţia iniţială, adică apare fenomenul de difracţie. Când fanta sau orificiul se îngustează, muchiile nu mai pot fi observate clar pe un ecran situat după elementul obstacol; în locul umbrelor apar tablouri de interferenţă care iau naştere prin interferenţa undelor de aceeaşi fază ce izvorăsc din sursele secundare, adică din muchiile fantei care, conform principiului lui Huygens – Fresnel, devin surse secundare de emisie şi pot interfera. După cum fasciculul incident pe elementul obstacol menţionat este divergent sau paralel, se deosebesc difracţia Fresnel şi respectiv difracţia Fraunhofer.

Difracţia Fraunhofer (fig. 1) la o fantă este:

Fig. 1

30

Maximul de ordinul 2 (k=2)

Maximul de ordinul 1 (k=1)

Maximul de ordinul 0 (k=0)

La difracţia Fraunhofer se obţin distribuţiile amplitudinii şi intensităţii în dependenţă de unghiul de difracţie α.

; (1)

Intensităţile au valori maxime pentru k = 0, 1, 2, ... din:

; (2)

Distanţa dintre două minime consecutive este , iar lăţimea maximului central este .

Dacă există două fante situate la distanţa s (constanta reţelei), apar minime la distanţa . În maximul central cu lăţimea se află un număr de minime.

Prin mărirea numărului de fante maximul principal devine deosebit de intens şi foarte îngust.

La fascicule incidente paralele şi înclinate cu unghiul pe o reţea plană, care funcţionează prin transmisie şi are constanta s, iau naştere maxime de interferenţă în planul focal imagine al unui sistem optic convergent S atunci când diferenţa drumurilor optice şi este un multiplu de , adică când cele două vibraţii sunt în fază.

; (3)

Dacă se notează cu numărul de paşi pe unitatea de lungime, se poate scrie:

sau ; (4)

unde:α0 = i = unghiul de incidenţă;α = i’ = unghiul de dufracţie;Maximele corespunzătoare acestor direcţii sunt maxime principale.

Pentru k = 0 se obţine banda de ordin zero în şi ; .La incidenţă normală i’ = i = 0 rezultă maximul central corespunzător

imaginii geometrice sursei (fig. 2).Privind formarea spectrelor de difracţie Fraunhofer la reţele şi dacă

fasciculul incident pe reţea este policromatic, atunci în planul focal imagine al sistemului S, ia naştere o serie de imagini ale fantei corespunzător diferitelor unghiuri de difracţie,

31

(5)

Fig. 2

Pentru k = 0, acestea se suprapun şi se formează o imagine centrală albă în F’0; de-o parte şi de alta se juxtapun imaginile de difracţie ale fantelor formate de diferite radiaţii pentru k = 1, k = 2 etc. Un astfel de spectru este un spectru pur.

1.8. REŢELE INCREMENTALE

Reţelele incrementale se folosesc în construcţia mijloacelor fotoelectrice de măsurare a deplasărilor liniare şi unghiulare precum şi a altor mărimi fizice legate matematic de aceste deplasări. Ele se execută avantajos prin procedee fotolitografice şi cu instalaţii interferenţiale (halografice).

Reţelele incrementale au frecvenţa spaţială R între 40 şi 250 linii/mm şi pot fi iluminate DIA sau EPI, adică pot fi de transmisie ori de reflexie şi pot influenţa fie amplitudinea, fie faza undei incidente.

După formă, reţelele pot fi: liniare, radiale, circulare, zone Fresnel ori de alte forme. Reţelele care modifică amplitudinea se mai numesc şi „reţele Ronchi”. Reţelele liniare executate prin copiere se mai numesc şi Merton. O reţea incrementală conţine acelaşi număr de spaţii egale, transparente şi opace ori reflectante şi absorbante. Două spaţii consecutive formează „pasul (constanta) reţelei” în mm, iar inversul pasului constituie

32

Material transparentPlanul focal imagine

Opac

L = HM’ = s sin iL’ = H’M’ = s sin i’Δ = L’ – L = s(sin i’ – sin i)

Apar. max. de intensitate pentru sin i’ = sin i ± kN

„frecvenţa spaţială” în număr de linii/mm. Frecvenţa spaţială la reţele unghiulare se determină luând în considerare diametrul mediu al coroanei divizate.

În construcţia mijloacelor de măsurare se folosesc însă şi reţele de difracţie (reţele cu frecvenţă mare) unde fenomenul nu poate fi neglijat.

În următoarea figură (fig. 3), este reprezentat un sistem fotoelectric pentru măsurare cu reţeaua Rm, iluminată DIA de lampa L şi condensorul K, este interpolată de un vernier Rv prevăzut cu patru grupe de reţele, fiecare fiind defazată faţă de precedenta cu , respectiv cu un sfert de pas. În afară de aceasta, rigla R este prevăzută cu o reţea de referinţă R0 situată la distanţe neegale, iar Rv conţine o fereastră de palpare inferioară.

După reţeaua Rv se află situat sistemul de captare a intensităţii luminoase alcătuit din 5 fotoelemente cu Si şi electronica de prelucrare a semnalelor.

33

Fig. 3. Reţeaua incrementală liniară:a – modul de citire cu fotoelemente din Si; b – schema bloc şi diagrama semnalelor

Cele 4 fotoelemente E11, E12 şi E21, E22 dau tensiunile U11, U12 şi U21, U22

astfel:

(6)

Aşadar, U12 este în contrafază cu U11 şi U22 în contrafază cu U21. Prin conectare antiparalelă semnalele perechilor de elemente se suprapun astfel încât semnalele rezultate sunt Ue1 = U11 – U12 şi respectiv Ue2 = U21 – U22.

Făcând diferenţele, constanta Ke se reduce şi, deoarece, , rezultă şi . Aceste

semnale Ue1 şi Ue2 sunt transformate în semnale dreptunghiulare Ua1 şi Ua2. În capul de palpare, iau naştere şi semnalele inverse şi . Când Ua1 trece

din starea «0» în starea «1», trece semnalul din starea «1» în starea «0».

Când Ua1 trece din starea «1» în starea «0», trece din starea «0» în

starea «1». Acest proces are loc şi pentru Ua2, . Deoarece între şi Ua1

există un defazaj de 180°, se vorbeşte de semnale de ieşire inverse.Interpolarea se face prin producerea unui impuls la fiecare muchie a

dreptunghiului.

1.9. TRADUCTOARE INCREMENTALE

La proiectarea unui traductor fotoelectric incremental trebuie rezolvate următoarele probleme esenţiale:

cuantizarea mărimii de măsurat, încorporată într-o măsură; realizarea unor semnale electrice corespunzătoare poziţiei

măsurii; numărarea şi discriminarea sensului de deplasare a franjelor.

1.9.1. Cuantizarea mărimii de măsurat

Cel mai simplu element constructiv, cu ajutorul căruia se poate realiza o cuantificare a mărimii de măsurat este o măsură realizată în formă de raster liniar sau circular, respectiv reţea metrologică sau de difracţie, liniară sau circulară.

Dacă spre exemplu se urmăreşte măsurarea lungimii s pe o riglă raster, atunci trebuie ca la deplasarea liniei de palpare din punctul A în

34

punctul B să se numere elementele de drum străbătute şi se obţine lungimea s ca multiplu de elemente de drum (vezi figura 4).

Fig. 4

Reprezentarea riglelor raster este determinată prin metoda palpării, adică prin producerea semnalelor electrice.

1.9.2. Realizarea semnalelor electrice corespunzătoare cuantelor

Semnalele electrice se obţin fie prin contact electric, fie prin captarea capacitivă, inductivă sau optică. Palparea prin contact se face, de exemplu, cu perii.

Aceasta se caracterizează prin simplitate, dar prezintă neajunsul murdăririi căilor de contact şi atingerii a două căi vecine, fapt care are ca urmare măsurarea mai multor elemente decât sunt efectiv parcurse. Acest procedeu se recomandă pentru diviziuni mari şi viteze de palpare mici.

Captările inductivă şi capacitivă au avantajul lipsei contactului şi deci lipsei uzurii. Utilizarea directă a principiului inducţiei, spre exemplu prin palparea unui ancăr magnetic cu mai mulţi poli la măsurarea rotatorică este imposibilă, datorită dependenţei amplitudinii semnalului de ieşire de viteză. Prin utilizarea frecvenţei purtătoare se poate ocoli acest obstacol. Aici cuplajul dintre capul de palpare şi riglă se modifică în aşa fel încât rezultă o modulare a frecvenţei purtătoare corespunzătoare scării rasterului. Această frecvenţă, trebuie să fie mult superioară celei mai înalte frecvenţe modulate care apare pentru ca să poată fi filtrată şi rezultatul numărării să nu fie influenţat.

Deosebit de avantajoase pentru palparea rasterelor sunt generatoarele Wall, deoarece ele dau o tensiune proporţională fluxului magnetic.

Tuturor procedeelor cu palpare electrostatică sau electromagnetică le este comun neajunsul că amplitudinea semnalului scade cu micşorarea constantei (pasului) rasterului. La diviziuni mai mici de 0,1 mm semnalele de

35

Măsurarea unei lungimi prin metoda incrementală

abia mai pot fi evaluate. Pentru diviziuni mai fine se folosesc rastere optice pe suport de sticlă. Problema constă aici în realizarea câmpurilor opace şi transparente nete şi curate. Raportul dintre lăţimile acestor elemente trebuie să fie pe cât posibil 1:1.

Un raster cu diviziunea de 10 m poate fi realizat fotomecanic prin copierea (multiplicarea) unui original.

Prin această metodă se obţin fante cu lăţimi de 0,1 ... 1 m, de cele mai multe ori ca strat metalic foarte rezistent la uzură. Copiile sunt foarte precise şi arată excepţionalele rectilinităţi ale muchiilor.

1.9.3. Poziţionarea optică a rasterelor

Mijlocul de poziţionare a unui raster are sarcina de a produce un semnal electric de ieşire care să ia numai două stări discrete: „0” şi „1”.

Schema următoare (fig. 5) este a unui traductor fotoelectric. Aceasta constă dintr-o sursă S, un condensor K pentru producerea unui fascicul paralel, a fantă F şi un convertor fotoelectric, care este un fotoreceptor (fotodiodă).

Principiul palpării fotoelectrice a unei rigle raster

Fig. 5

Dacă, pentru palpare, se foloseşte numai o fantă, şi se face ipoteza că

36

diviziunea este mult mai mare decât lungimea de undă a luminii, rezultă aliura fluxului luminos funcţie de deplasarea x a riglei raster palpată optic, (vezi fig. 6).

Fig. 6

Curba (a) arată aliura ideală a fluxului luminos funcţie de deplasarea x a rasterului. Dacă iluminarea fantei are valoarea E0, atunci la o lăţime şi la o lungime l a fantei, rezultă fluxul luminos , până la o valoare de vârf,

.

Panta semnalului este dată de ecuaţia . Amplitudinea

37

maximă se obţine la o lăţime a fantei . Aliura curbei este triunghiulară, conform curbei (b).

Prin micşorarea lăţimii fantei se obţine mai întâi numai scăderea semnalului.

La o iluminare dată se păstrează panta a aliurii semnalului: se obţine aliura trapezoidală după curba (c). Dacă se doreşte obţinerea amplitudinii semnalului, atunci la micşorarea lăţimii fantei, trebuie mărită iluminarea în acelaşi raport [curba (d)].

O altă posibilitate de ridicare, respectiv de obţinere a amplitudinii semnalului, constă în utilizarea unui raster de palpare alcătuit din mai multe fante situate la distanţa T. La n fante se obţine fluxul luminos total, .

Pentru palpare, uneori, stă la dispoziţie doar o suprafaţă limitată, dată prin sistemul de iluminare sau prin suprafaţa fotosensibilă a convertorului electric. Dacă numărul de fante de palpare care se cuprind în suprafaţa de palpare este mare, atunci fluxul luminos este .

La palparea unei rigle raster (reţea măsură) Rm cu diviziuni mici, cu ajutorul unui raster (reţele) de palpare, la o iluminare şi suprafaţă de palpare dată, fluxul luminos depinde numai de raportul . Curbele reprezentate devin rotunjite la diviziuni mici, din cauza difuziei precum şi prin efectul de interferenţă şi difracţie.

La evaluarea semnalelor luminoase se folosesc în prezent fotodiode cu mare sensibilitate la dimensiuni mici. Curentul emis de fotodiode este amplificat într-un amplificator de curent continuu.

Prin mărirea randamentului poate fi mărită sensibilitatea, dar aceasta este limitată de curentul de întuneric al fotodiodei. Deoarece acest curent depinde de temperatură, este necesar ca raportul dintre curenţii de întuneric şi luminozitate să nu se aleagă prea mic. Cu rastere nu se poate realiza o aliură ideală a fluxului luminos.

Deoarece trecerea de la semnalul „0” la semnalul „1” este continuă, este necesar ca înainte de prelucrarea digitală a semnalului să se introducă o treaptă de basculare care să dea numai semnale „0” sau „1” şi la aliura continuă a semnalului de intrare. Aşadar, numai prin elementul basculant semnalul devine „binar”.

Prin indicarea abaterilor dintre aliura efectivă şi cea ideală a fluxului luminos, caracteristica amplificatorului de tensiune continuă şi precizia de comutare a circuitului poartă, rezultă o abatere de poziţie a saltului semnalului electric de trecere în raport cu linia de palpare a unui element raster la următorul. Linia de palpare este situată simetric peste suprafaţa de palpare.

Deoarece abaterea de poziţie a saltului semnalului la trecerea sa de la semnalul „0” la semnalul „1”, datorită histerezisului circuitului, poate fi mai mare sau mai mică decât la saltul semnalului de la „1” la „0”, abaterea de poziţie maximă posibilă se defineşte ca eroare de palpare (vezi fig. 7). Pentru a se menţine mică influenţa elementelor electrice de comutare asupra

38

preciziei de palpare este de dorit o pantă cât se poate de mare a flancului aliurii fluxului luminos.

Eroarea de palpare maximă admisibilă la rasterele palpate simplu este .

Fig. 7

1.9.4. Numărarea şi discriminarea sensului de deplasare a franjelor

(a) Numărarea franjelor

În cazul în care se folosesc reţele cu frecvenţă spaţială mare se poate utiliza iluminarea paralelă pentru care apare difracţia de tip Fraunhofer (fig. 8a).

Se recomandă iluminarea cu fascicule paralele oblice, pentru ca fotoreceptorul situat reflex-simetric faţă de reţea să capteze (să numere) franjele de ordinul de difracţie zero. În acest mod rezultatul măsurătorii nu depinde de variaţia distanţei mm dintre reţele.

La difracţia Fresnel (fig. 8b) iau naştere imagini succesive ale reţelei Rm paralele cu reţeaua. Se recomandă ca reţeaua Rv să fie situată paralel cu reţeaua Rm în planul primei imagini R’m, situată la distanţa . În cazul

reţelelor de fază, , unde n este număr întreg mic, iar în cazul

reţelelor de amplitudine, . Cum însă planele imaginilor Fresnel sunt

aproape de reţea, se recomandă . Distanţa t optimă se ajustează urmărind contrastul maxim.

39

Fig. 8

(b) Discriminarea sensului deplasării franjelor

Discriminarea sensului se poate efectua cu 2 sau cu 4 fotoreceptoare astfel situate încât semnalele captate să fie defazate în quadratură (fig. 9).

Fig. 9

Fiecare fotoreceptor produce un semnal defazat în avans cu faţă de cel precedent. Conectarea acestora (fig. 9b) permite obţinerea a doi curenţi alternativi defazaţi cu , adică sin/cos. În figura 10.a se observă cum fluxul luminos îşi modifică faza la deplasarea reţelelor, căzând succesiv pe cele 4 fotoreceptoare. Se înţelege că reţeaua vernier Rv trebuie să fie realizată numai în zona fotoreceptoare.

40

În cazul măsurării incrementale (fig. 10.b) când reţelele au frecvenţele egale şi sunt paralele reţeaua vernier Rv conţine patru zone identice, dar deplasate cu d/4 una faţă de cealaltă.

Fig. 10

În cazul în care interfranja d este prea mică şi fotoreceptoarele nu pot fi introduse în acest interval se pot utiliza soluţiile din fig. 11, care conţin fibre din sticlă şi prisme dispuse convenabil.

Fig. 11

1.10.PRELUCRAREA SEMNALULUI LA METODA INCREMENTALĂ

41

Frecvenţa impulsurilor date de fotoreceptor rezultă din viteza relativă dintre rasterul palpator Rp şi rasterul măsură Rm. La mişcarea translatorică trebuie să se ia în considerare viteze până la 10 m/min. La o deplasare de 10 m se obţine o frecvenţă a impulsurilor de 16,6 KHz. La măsurarea unghiulară cu pasul de un minut se obţine la o rotaţie pe secundă o frecvenţă de 21,6 KHz. Un minut corespunde, la o rază de circa 70 mm, unui increment de 10 m. Numărătorul impulsurilor trebuie să fie adaptat acestei frecvenţe.

La determinarea poziţiei relative trebuie (să fie adaptat acestei frecvenţe) stabilit sensul mişcării. Acesta poate avea loc cu două fante de palpare deplasate una faţă de cealaltă cu 1/4 din pasul reţelei, pentru a se obţine două tensiuni dreptunghiulare defazate electric cu 90°. Dacă se conectează la ieşirile V şi R câte un numărător înainte şi înapoi se obţine poziţia riglei măsură (fig. 12).

Fig. 12

1.10.1. Prelucrarea semnalelor date de fotoreceptoare

(1) metoda figurilor lui Lissajours. Cele două semnale sin şi cos sunt introduse la bornele x şi y ale unui osciloscop; când amplitudinile şi frecvenţele sunt egale, figura Lissajours este un cerc; sensul de rotaţie a spotului corespunde cu sensul de deplasare a reţelei mobile; când spotul se roteşte cu 2rad, reţeaua se deplasează cu un pas, această deplasare poate fi interpolată;

(2) metoda undei auxiliare. Fie cele două semnale sin şi cos

furnizate de sistemul de fotoreceptoare, unde , x este deplasarea

reţelei mobile, iar a pasul reţelelor. Aceste două unde se amplifică cu sin şi cos , unde este unghiul de fază. Semnalele rezultate se scad şi se obţine

. Când acest semnal trece prin zero rezultă . Cunoscând unghiul , se obţine .

42

Fie sistemul de reţele din figura 13 cu fotoreceptoarele 1÷6.

Fig. 13

Fotoreceptoarele 1÷4 din poziţia superioară sunt defazate cu , adică

deplasate cu d/4, iar fotoreceptoarele 5 şi 6 de pe pista inferioară sunt iluminate prin ferestrele transparente ale reţelei vernier Rv.

Fotoreceptoarele 1, 3 şi 5 sunt astfel conectate încât orice semnal eroare rezidual este anulat de semnalul emis de receptorul 5. La fel sunt conectate şi fotoreceptoarele 2, 4 şi 6.

R7 şi R8 sunt ramurile sin şi cos ale unui potenţiometru; mufele centrale ale acestora sunt conectate una cu alta şi contactele lor sunt conectate la galvanometrul G de 50 şuntat la 450. Dublul amplitudinii semnalului de ieşire al fiecărei ramuri este 0,25% din semnalul de intrare (vezi figura 14).

Fig. 14

Pentru interpolare se impun următoarele condiţii: semnalele aplicate potenţiometrului să varieze sinusoidal cu

deplasarea reţelei divizoare cu o perioadă corespunzătoare deplasării cu un pas;

43

semnalele să fie egale în amplitudine şi defazate cu /2; semnalele sin şi cos să fie proporţionale cu sin şi cos, fiind

poziţia unghiulară a rotorului potenţiometrului.Pentru satisfacerea acestor condiţii, sistemul trebuie ajustat astfel: - se

ajustează dispozitivul de iluminare astfel ca fasciculul luminos să fie normal pe reţele; - axa filamentului să fie paralelă cu liniile reţelelor (la franje longitudinale); - se ajustează distanţa t.

Quadratura de fază se obţine astfel:

se realizează defazajul ;

se iluminează fotoreceptoarele 1÷4 şi se deplasează reţeaua comparând deviaţia galvanometrului cu valoarea observată când S8 şi S9 sunt inversate;

eventualele diferenţe de fază pot fi eliminate prin deplasarea axială a lămpii deoarece convergenţa sau divergenţa fasciculului care cade pe reţea schimbă imaginea reţelei vernier şi se schimbă fazele fotoreceptoarelor.

(3) Metoda trecerii prin zero. Când semnalul sin/cos atinge valoarea zero se comandă un circuit basculant bistabil care îşi schimbă poziţia. În acest mod se obţin semnale digitale U1 şi U2, a căror prelucrare logică permite divizări cu 2, 4 şi 8 precum şi determinarea sensului (vezi fig. 15).

Fig. 15

În următoarea figură 16a se prezintă modul de divizare cu 2 şi şi discriminarea sensului de mişcare a reţelei mobile Rm, folosind cele două semnale de intrare sinusoidale. În fig. 16.b se arată schimbarea sensului funcţiei sinus în dependenţă de sensul de mişcare şi invarianţa semnului funcţiei cos.

O divizare superioară este posibilă prin utilizarea punctelor de intersecţie ale curbelor sin şi cos (fig. 16.c).

44

Fig. 16

O altă schemă care materializează metoda trecerii prin zero este redată în următoarea figură (17). Semnalele de intrare sunt sin/cos, furnizate de fotoreceptoare.

Circuitele 3 şi 4 determină valoarea medie a fiecărui semnal de intrare. Valorile medii împreună cu cele instantanee intră în amplificatoarele diferenţiale 1 şi 2 care produc semnale de măsurare cu componentele continue nule. Pentru stabilirea valorii medii a semnalului sin, se utilizează semnalul cos în circuitul 3, după ce trece prin circuitul 2, pentru ca trecerea sa prin zero să fie bine definită; apoi semnalul trece prin circuitul 6 de limitare a amplitudinii şi respectiv prin circuitul 8 de tip flip-flop. Circuitul 8 intră în funcţiune la trecerea semnalului cos prin zero şi produce un impuls ce declanşează circuitul 3 care stabileşte valoarea medie a semnalului sin, utilizând valoarea sa extremă (pentru cos = 0 sin = max sau min).

45

Circuitele 5 şi 7 sunt similare cu circuitele 6 şi 8. Dacă semnalele emise de 5 şi 6 se transmit numărătorului 10, care le adună şi numără, trecerea prin zero a amplitudinilor cu trecerea prin zero a fiecărui semnal în parte, se obţine o divizare cu 2. Încă o divizare cu 2 se obţine dacă se iau în considerare şi punctele de intersecţie ale undelor sin şi cos.

O rezoluţie superioară se obţine dacă semnalele de la circuitele anterioare se introduc în interpolatorul 9. Înmagazinarea are loc în 10 şi afişarea în 11.

Se observă că perioada 2 este divizată cu 8.

Fig. 17

1.11. EXEMPLE DE TRADUCTOARE FOTOELECTRICE

1.11.1. Traductorul fotoelectric incremental de tip J. Heidenhain

Traductorul este constituit din sursa luminoasă S, condensorul K, reţeaua măsură de transmisie sau de reflexie Rm, reţeaua palpatoare Rp, sistemul optic O şi fotoreceptoarele FR. Acest traductor împreună cu unitatea electronică UE de prelucrare şi afişare digitală a poziţiei măsurii Rm formează sistemul fotoelectric incremental liniar (LID 2/92.22) fabricat de firma Heidenhain.

Reţeaua măsură Rm pentru iluminarea DIA este realizată pe o lamă din sticlă (fig. 18.a), iar cea pentru iluminarea EPI este materializată pe o bandă din (fig. 18.b). De regulă, elementele reflectante sunt din aur.

Rigla palpatoare Rp este o lamă plan-paralelă din sticlă optică prevăzută cu patru reţele de transmisie, al căror pas d este egal cu cel al

46

reţelei măsură Rm. Fiecare reţea este deplasată faţă de precedenta cu 1/4 din pasul d, adică reţelele sunt defazate cu 90° una faţă de cealaltă (fig. 18.c). Fiecărei reţele îi corespunde un fotoreceptor care transformă semnalele luminoase în semnale electrice.

Fig. 18

Cele patru fotoreceptoare sunt conectate în defazaj astfel: FR21 este defazat cu 90° faţă de FR 11 , FR 12 şi FR 22 sunt defazate respectiv cu 180° faţă de primele două.

47

Cele patru fotoelemente dau tensiunile:

Semnalele defazate cu 180° se numesc semnale opuse: U12 cu U11 şi U22 cu U21. Prin legarea „antiparalel” a elementelor FR11 şi FR12, respectiv FR21 şi FR22, se suprapun semnalele diferenţă Ue1 = U11 – U12 şi respectiv Ue2

= U21 – U22. Prin formarea diferenţelor, se reduc constantele Ke şi, deoarece, , se obţine şi .

Aceste semnale sunt transformate în semnale dreptunghiulare Ua1 şi Ua2 de un transformator de impulsuri montat în capul de palpare unde declanşarea prin impuls are loc la trecerea prin zero.

Reţeaua măsură Rm nu este palpată printr-o singură fantă, ci printr-un număr foarte mare. În acest fel se măreşte fluxul luminos ce cade pe fotoelement şi prin formarea mediei fantelor creşte precizia de măsurare.

La semnalele dreptunghiulare Ua1 şi Ua2 defazate cu 90°, se formează semnalele inverse şi . Când semnalul Ua1 trece din starea „0” în

starea „1”, trece semnalul din starea „1” în starea „0”; dacă Ua1 trece din

starea „1” în starea „0”, trece din starea „0” în starea „1”. Acelaşi lucru se

întâmplă cu Ua2 şi . Deoarece Ua1 este defazat cu 180° faţă de şi cu 180° faţă de Ua2, se vorbeşte de „semnale de ieşire inverse”.

Semnalele inverse şi servesc şi pentru anihilarea impulsurilor perturbatoare, deoarece între capul de palpare şi numărător nu pot fi transmise decât semnale care au inversele lor.

La fiecare muchie a semnalului dreptunghiular se obţine un impuls şi deci se realizează o multiplicare cu 4. Toleranţa pentru defazajul de 90° pentru ambele semnale dreptunghiulare este de ±20°. Frecvenţa maximă de palpare este 120 kHz. Această frecvenţă corespunde la o viteză de palpare de 120 m/min dacă pasul reţelei este d = 0,04 mm.

Acest traductor incremental are rigla măsură Rm prevăzută cu o pistă suplimentară Ro, numită pistă absolută sau de zero care palpată de o reţea suplimentară pe lama palpatoare Rp, care serveşte la reproducerea poziţiei de referinţă după întreruperea lucrului.

Rigla palpatoare Rp se află situată la o distanţă de 0,15±0,1 mm faţă de reţeaua Rm.

1.11.2. Traductorul fotoelectric Phocosin

Traductorul Phocosin (fig. 19), fabricat de firma Carl Zeiss – Oberkochen este constituit din sursa S, (lumina se transmite printr-un conductor din fibre optice), condensorul K, rigla măsură Rm, rigla palpatoare

48

Rp, colectorul C şi fotoreceptorul FR.

Fig. 19

Cele două rigle Rm şi Rp conţin reţele cu aceeaşi constantă. Rigla palpatoare este prevăzută cu două reţele A şi B, de aceeaşi constantă d, dar deplasate cu d/4 pentru ca semnalele defazate cu 90° să permită discriminarea sensului mişcării riglei Rm faţă de rigla Rp. Fotoreceptorul de referinţă FR0 reglează fluxul luminos la aceeaşi valoare atunci când lampa îmbătrâneşte sau se schimbă.

La deplasarea relativă a celor două reţele Rm şi Rp fluxul luminos ce străbate reţelele este modulat. Aceste variaţii periodice de flux sunt transformate de fotoreceptoarele FR în semnale electrice ce urmează să fie prelucrate şi numărate.

Pentru a se obţine paşi digitali mici, adică pentru realizarea interpolării, există două căi: (a) micşorarea constantei reţelei şi (b) divizarea electronică a semnalului de ieşire. Prima soluţie este neeconomică, iar a doua implică o serie de dificultăţi. În cele ce urmează se arată pe scurt cum au fost înlăturate dificultăţile de traductorul Phocosin.

Curentul electric, care este o funcţie periodică de deplasare v a reţelei Rm, poate fi exprimat în forma unei serii Fourier:

49

şi

în care k = 2/w şi w este lungimea perioadei reţelei, n = 0,1,2,...Cele două semnale defazate cu 90° reprezintă un câmp de rotaţie, la

care unghiul de rotire . Funcţia f(v) depinde de undele superioare ale semnalului. Acest câmp de rotire este definit prin funcţiile sin şi cos numai atunci când toţi coeficienţii din serie sunt nuli în afară de a11 şi a12, care trebuie să aibă şi valori mari. În acest caz se obţine o dependenţă lineară între şi v şi la unghiuri de rotire egale ale câmpului se obţin impulsuri echidistante pentru lungime. Dacă semnalul are unde superioare nu există dependenţă liniară între şi v şi este necesară o liniarizare electronică. Dar şi în acest caz semnalul este influenţat de numeroşi factori (erorile de pas ale reţelelor, erorile de ghidare, înclinările şi rotirile celor două rigle). La dependenţa liniară aceste erori sunt excluse.

Eliminarea undelor superioare are loc parţial prin filtrarea optică a frecvenţelor în următoarele moduri: (1) prin rotirea cu un unghi mic a riglei Rm faţă de rigla Rp, modulaţia luminii care există normal în formă de frecvenţe spaţiale (de loc) prin apariţia tabloului de franje moiré şi (2) prin montarea unei diafragme cu limitare sinusoidală la locul în care apar frecvenţe spaţiale; la reprezentarea unor astfel de reţele sinusoidale nu apar semnale cu unde superioare.

Franjele moiré se folosesc aici numai pentru transformarea frecvenţelor de deplasare în frecvenţe spaţiale, ci nu pentru producerea fasciculelor defazate.

Pentru anularea coeficienţilor a10 şi a20 nu pot fi utilizate mijloace optice. De aceea, se produc două semnale defazate cu 180°. Cu cele două semnale pentru discriminarea sensului, există acum patru semnale, cu defazajele 0°, 90°, 180° şi 270°.

În scopul evitării variaţiei amplitudinii semnalului prin murdărirea diferită a riglelor, se produc: toate semnalele în acelaşi câmp de palpare în următoarele moduri: (1) se lasă o anumită distanţă între riglele Rm şi Rp; (2) iluminarea sistemului de rigle se face cu o anumită înclinare pentru fiecare semnal. Acest lucru este posibil, deoarece lumina este difractată pe fiecare riglă adică de două ori şi razele de acelaşi ordin de difracţie, fiind paralele, pot interfera. Aşadar, aliura luminozităţii semnalului ia naştere prin interferenţa luminii difractate de două ori. Dacă acum se iluminează oblic sistemul de reţele, se schimbă lungimea drumului fiecărui ordin de difracţie dintre cele două reţele şi odată cu aceasta faza luminii care interferează, adică are loc modificarea fazei semnalului.

Aşadar, traductorul Phocosin nu are semnale superioare care să provină din câmpul de palpare şi deci cele două semnale defazate cu 90° nu sunt influenţate de murdăria celor două reţele, fapt ce permite realizarea unei interpolări precise şi înalte. Se cunosc mai multe metode de interpolare.

Traductorul se foloseşte în construcţia mai multor mijloace de

50

măsurare a lungimilor şi unghiurilor.

1.11.3. Traductorul pentru măsurarea deplasărilor foarte mici

Traductorul (fig. 20), este constituit din reţeaua mobilă Rm, situată sub Rp, dispozitivul de iluminare S-K şi fotoreceptoarele FR1 şi FR2 (fig. 20).

Fig. 20

În timpul deplasării reţelei Rp în raport cu reţeaua Rm are loc modularea fluxului luminos ce trece prin Rp şi apar franje moiré. Semnalele captate (EPI) de fotoreceptoare nu variază cu timpul.

Deoarece semnalul optic este continuu, semnalul electric dat de fotoreceptor este tot continuu, cu amplitudinea variabilă ciclic, dar cele două traductoare sunt montate astfel încât semnalele electrice continue să fie defazate cu 90°, adică sin x şi cos x şi apoi sunt convertite în semnale alternative prin multiplicarea cu o undă purtătoare sinusoidală F(t) = sin t, adică cu un semnal de referinţă sinusoidal de înaltă frecvenţă (f = 3KHz), emis de generatorul de impulsuri şi furnizată de contorul de referinţă la două

51

modulatoare, în care au loc atât multiplicările cât şi convertirile în semnale alternative.

Semnalul cos x dat de FR2 şi amplificat cu F(t) în modulator este defazat cu 90° (cos x cos t) de defazor înainte de reunire cu semnalul dat de FR1 în amplificatorul A(cos (x-t)). După filtrare, un detector de nul detectează punctele zero şi îi dă forma dreptunghiulară. Semnalul de măsurare dreptunghiular este comparat în comparatorul de fază cu semnalul de referinţă F(t), a cărui fază se modific ă măsurabil până ce este egală cu cea a semnalului de măsurare furnizat de mişcarea relativă a reţelelor.

1.11.4. Traductorul fotoelectric incremental IAL-10 (C. Zeiss)

Traductorul incremental IAL-10 (fig. 21) se compune dintr-o riglă metalică gradată Rm şi dintr-un cap de măsurare Cm care este un sistem optic ce produce impulsuri electronice.

Rigla metalică este o reţea de reflexie cu constanta d = 80m şi lungimea de 200, 300 sau 500 mm.

Capul de măsurare optic este o unitate de baleiere optică, compusă dintr-un dispozitiv de iluminare (S, K, Og1, Og2, Ob1, Og3), un sistem optic de reprezentare telecentrică şi simetric, prisme de deviaţie şi din sistemul de baleiaj fotoelectric.

Rigla gradată este iluminată EPI de dispozitivul de iluminare menţionat.Obiectivul Ob1 formează imaginea reţelei la infinit. Aceasta reprezintă

obiect pentru obiectivul Ob2 care formează imaginea pe reţeaua Rm cu mărirea transversală ’ = -1. prin superpoziţia celor două imagini ale riglei cu o precizie de reproducere desemnată se formează un tablou de franje moiré. Obiectivele Ob2 şi Ob3 formează imaginea reală a acestei figuri moiré; perioada corespunde unei deplasări de 40 m. Imaginea moiré este baleiată prin două perechi de fotoreceptoare decalate cu 90° şi dispuse în sensuri opuse.

Pentru asigurarea transmiterii semnalului fără perturbaţii se produce, în plus, negaţia corespondentă semnalului dreptunghiular. Formatorul de impulsuri generează patru trenuri de semnale de tip TTL (z1, , z2, , decalate cu 90°).

Evaluarea celor patru semnale şi estimarea defazajului permit captarea de incremente de 10 m în funcţie de direcţie şi, în consecinţă, reprezentarea comodă numerică în funcţie de numărul de impulsuri proporţional cu mărimea lineară sau în funcţie de frecvenţa de repartiţie a impulsurilor proporţionale cu viteza.

52

Fig. 21

1.12.PRINCIPIUL SCANĂRII FOTOELECTICE UTILIZAT LA TRADUCTOARE

1.12.1. Generalităţi

Cele mai multe traductoare liniare (ex: de tip Haidenhain) operează după principiul scanării fotoelectrice. Scanarea fotoelectrică a unui etalon gradat se face fără contact şi în consecinţă nu produce uzură. Această metodă detectează chiar şi liniile cele mai fine, de câţiva microni şi generează semnale de ieşire ce au perioade foarte mici.

Cu cât este mai fină distanţa dintre gradaţii cu atât este mai mare efectul difracţiei în scanarea fotoelectrică.

Tehnica Heidenhain foloseşte două principii de scanare pentru

53

traductoare fotoelectrice de unghi: principiul scanării imaginii pentru distanţa între gradaţii de la 10

la 40 ; principiul scanării interferenţiale, pentru gradaţii foarte fine, cu

distanţa între gradaţii mai mică de 4 .Principiul scanării imaginii (fig.1) presupune: funcţionarea cu ajutorul unui semnal lumină proiectat: două

scale gradate cu distanţa între gradaţii egală sunt deplasate una către alta – scala şi reticulul de scanare. Materialul reticulului de scanare este transparent, pe când gradaţia etalonului gradat poate fi aplicată pe o suprafaţă transparentă sau cu reflecţie;

când lumina paralelă trece peste gradaţii, sunt proiectate suprafeţe luminoase sau întunecate la anumite intervale;

grilă index cu aceeaşi distanţă între gradaţii se găseşte în faţa scalei;

când două gradaţii se deplasează relativ una faţă de cealaltă, lumina incidentă este modulată: daca „golurile” sunt aliniate, lumina trece, dacă linia unei gradaţii coincide cu golul celeilalte, lumina nu va putea trece;

fotocelulele transformă aceste variaţii ale intensităţii luminoase în semnale electrice;

structura special gradată a reticulului de scanare filtrează lumina pentru a genera semnale de ieşire sinusoidale.

Fig. 1

Cu cât este mai mică distanţa dintre gradaţii cu atât trebuie să fie mai strâns tolerat „golul” dintre reticulul de scanare şi scală. Practic, toleranţele de montare pentru traductoarele care funcţionează pe principiul scanării imaginii, sunt atinse când distanţa dintre gradaţii este de 10 sau mai mare.

54

Spre exemplu traductoarele liniare de tip LIDA, funcţionează conform cu principiul scanării imaginii.

Senzorul generează patru semnale sinusoidale apropiate (I0o, I90

o, I180o

şi I270o), defazate electric cu 90o unul faţă de celălalt (fig.2).

Fig.2

Aceste semnale, la început nu sunt aşezate simetric faţă de linia zero. Din acest motiv celulele fotovoltaice sunt conectate într-un circuit „împinge-trage”, producând două semnale de ieşire defazate electric cu 90o I1 şi I2

simetrice cu linia de zero.Într-o reprezentare xy pe un osciloscop semnalele formează o figură

Lssajous, (fig.3), unde semnalele de ieşire ideale apar ca un inel interior concentric. Deviaţiile de la forma circulară şi de la poziţie sunt cauzate de eroarea de poziţionare din cadrul perioadei unui semnal şi, în consecinţă, se văd în rezultatele măsurătorii. Mărimea cercului, care corespunde amplitudinii semnalului de ieşire , poate varia între anumite limite fără a influenţa precizia măsurătorii.

55

Fig.3

Principiul scanării interferenţiale (fig.4), presupune: principiul scanării interferenţiale exploatează difracţia şi

interferenţa unei lumini pe o gradaţie fină pentru a produce semnale utilizate pentru măsurarea deplasării;

un pas al gradaţiei este folosit ca etalon: linii reflectante de 0,2 înălţime sunt aplicate pe o suprafaţă plată reflectantă; în

faţa acesteia se află reticulul de gradare; când o undă de lumină trece prin reticulul de scanare, este

defractată în 3 unde parţiale de ordinul –1, 0 şi 1, având intensitate luminoasă aproximativ egală;

undele sunt defractate de scală astfel încât cea mai luminoasă intensitate se va găsi în reflecţia defractată ordinul –1 sau 1;

aceste unde parţiale se întâlnesc din nou pe gradaţia reticulului de scanare unde sunt defractate şi interferează iarăşi. Aceasta produce 3 unde esenţiale care părăsesc reticulul de scanare la diferite unghiuri;

fotocelulele transformă această intensitate luminoasă alternativă în semnale electrice;

o deplasare relativă a reticulului de scanare faţă de scală face ca fronturile de unde difractate să se defazeze: când gradaţia se deplasează o perioadă, frontul de undă a primului ordin este deplasat cu o lungime de undă în sens pozitiv, şi lungimea de undă a ordinului de difracţie –1 este deplasat cu o lungime de undă în sens negativ. Deoarece cele două unde interferează una cu alta când există gradaţie, undele sunt defazate una faţă de cealaltă cu două lungimi de undă.

56

Fig. 4

Traductoarele interferenţiale funcţionează cu distanţe reticulare de 8, 4 sau mai mici. Semnalele lor de scanare sunt, în mare măsură, fără

armonici şi pot fi interpolate cu succes. Aceste traductoare sunt, în consecinţă, special potrivite pentru rezoluţii şi precizii ridicate. Chiar şi aşa, toleranţele largi de montare permit instalarea într-o gamă largă de aplicaţii.

Spre exemplu traductoarele liniare din familia de produse LIP, LIF şi PP funcţionează pe principiul măsurării interfernţiale.

1.12.2. Acurateţea măsurării la traductoarele fotoelectrice liniare

Acurateţea măsurătorilor la traductoarele fotoelectrice liniare este determinată, în mare parte de:

calitatea gradaţiilor; calitatea scanării; calitatea semnalelor procesate electronic; eroarea dată de scala căii de ghidare faţă de unitatea de

scanare.Există o diferenţă între eroarea de poziţie dată de unitatea de

57

parcurgerea unei căi lungi – de exemplu întregul interval de măsurare – şi aceea dintr-o perioadă a semnalului.

Privind eroarea de poziţie dată de lungimea de măsurare (fig.8), acurateţea traductoarelor liniare este specificată ca grad de precizie şi definită astfel:” valorile extreme ale erorii totale de poziţie F se întind – referindu-ne la valoarea medie – pe oricare un metru de secţiune din lungimea de măsurare în cadrul gradului de precizie „ a”. Definiţia de mai sus a gradului de precizie se aplică doar pentru scală şi este numită precizia scalei.

Fig. 8

Privind eroarea de poziţie dintr-o perioadă a semnalului (fig.9), această eroare este determinată de calitatea scanării şi de perioada semnalului traductorului. În orice poziţie de pe lungimea de măsurare a traductorului liniar, eroarea nu depăşeşte aprox. 1%din perioada semnalului.

Cu cât perioada semnalului este mai mică cu atât eroarea de poziţie dintr-o perioadă este mai mică. Este foarte importantă atât pentru precizia de poziţionare cât şi pentru controlul vitezei.

Toate traductoarele liniare (ex: Heidenhain) sunt inspectate înaintea livrării, din punct de vedere al preciziei şi bunei funcţionări. Sunt calibrate din punct de vedere al preciziei în timpul parcurgerii în ambele direcţii.

Numărul poziţiilor de măsurare este selecţionat pentru a determina foarte exact nu doar eroarea domeniului larg ci şi eroarea de poziţie dintr-o perioadă a semnalului.

58

Fig. 9

Privind certificatul de inspecţie al traductorului fotoelectric liniar (fig.10), acesta atestă sistemul de precizie specificat pentru fiecare calibru de lungime. Standardele de calibrare asigură concordanţa – cerută de ISO 9001 – standardelor naţionale şi internaţionale.

Spre exemplu, pentru traductoarele liniare din seria LIP, PP şi LIDA 1x1, un grafic de calibrare atestă eroarea de poziţie pe întreaga gamă de măsurare şi, de asemenea, atestă pasul de măsurare şi incertitudinea măsurării faţă de calibrare.

59

(Graficul de calibrare)

Fig. 10

60

Privind domeniul temperaturilor, pentru traductoarele liniare, se presupune:

traductoarele de lungime sunt calibrate la temperatura de referinţă la 20oC; sistemul de precizie dat este valabil pentru această temperatură;

domeniul temperaturii de operare indică limitele temperaturii ambiente între care traductoarele de lungime funcţionează corect;

domeniul temperaturilor de depozitare este de la –20oC la 40oC.Privind montajul defectuos al traductoarelor fotoelectrice liniare,

acesta poate agrava efectul căii de ghidare asupra preciziei de măsurare. Pentru a menţine eroarea Abbe rezultantă cât mai mică posibil, scala ar trebui montată pe masa înaltă a saniei tehnologice. Este important să se asigure ca montarea suprafeţei să se facă paralel cu calea de ghidare a echipamentului tehnologic.

1.12.3. Siguranţa traductoarelor liniare fotoelectrice

Traductoarele fotoelectrice liniare sunt optime pentru utilizarea pe maşini rapide şi precise. În ciuda design-ului mecanic arătat, acestea sunt extrem de tolerante la contaminare, asigură stabilitate pe termen lung şi sunt uşor de montat.

Privind sensibilitatea scăzută la contaminare (fig11), atât calitatea gradaţiei cât şi metoda de scanare sunt responsabile pentru precizia şi siguranţa în utilizare a traductoarelor liniare.

Fig. 11Traductoarele fotoelectrice liniare (ex: Heidenhain) prezentate,

61

lucrează cu un câmp unic de scanare. Un singur câmp de scanare este folosit pentru generarea semnalelor de scanare. Faţă de scanare cu patru câmpuri, cu scanarea cu câmp unic, contaminarea locală a etalonului gradat (amprente, acumularea de ulei) influenţează intensitatea luminoasă a componentelor semnalelor, în măsură egală. Semnalele de ieşire îşi schimbă amplitudinea, dar nu în offset sau fază. Ele pot fi în continuare interpolate, iar eroarea de poziţie dintr-o perioadă a semnalului rămâne mică.

Câmpul larg de scanare adiţional reduce sensibilitatea la contaminare (fig.12), în multe cazuri acesta poate preveni un eşec al traductorului. Toate acestea sunt clare, în particular pentru LIDA 400şi LIF 400, care în concordanţă cu distanţa reticulară au o suprafaţă de scanare largă de 14,5 mm2. Chiar şi contaminate cu cerneală, praf PBC, apă sau ulei cu diametrul de 3 mm, traductoarele continuă să asigure semnale de înaltă calitate. Eroarea de poziţie rămâne sub limită.

Fig. 12

Privind durabilitatea etalonului gradat, sunt remarcate următoarele:

prin natura design-ului, etalonul gradat al traductoarelor liniare prezentate este supus unui mediu mult mai sever; de aceea (Heidenhain) se folosesc gradaţii dure realizate în condiţii speciale;

în procesul DIADUR, structuri dure de crom sunt aplicate pe

62

scala din sticlă sau oţel; în procesul AURODUR se aplică aur pe o scală de oţel pentru a

se realiza o scală cu gradaţii dure de aur. În procesul SUPRADUR (fig.13) se aplică un strat transparent

mai întâi peste stratul primar reflectorizant; un strat de crom dur şi foarte subţire se aplică apoi pentru a se realiza gradaţii 3D optic; scalele cu gradaţii SUPRADUR s-au dovedit a fi insensibile la contaminare datorită înălţimii reduse a structurii care nu lasă loc acumulărilor de praf, murdărie sau apă.

Fig. 13

Privind toleranţele de montare la traductoarele fotoelectrice liniare, perioadele de semnal foarte mici duc la toleranţe stricte de montare pentru golurile dintre capul de scanare şi banda cu gradaţii. Acesta este rezultatul difracţiei cauzate de structurile gradate. Pot duce la atenuarea semnalului cu 50% la un decalaj de doar 0,1 mm. Mulţumită principiului scanării interferenţiale şi inovativei gradaţii index, în traductoarele cu principiul măsurării imaginii a devenit posibilă montarea cu toleranţe largi în ciuda perioadelor mici ale semnalului.

Toleranţele de montare au o mică influenţă asupra semnalelor de ieşire. În particular, toleranţa la decalaj dintre scală şi capul de citire cauzează schimbări neglijabile ale amplitudinii semnalului. Acest comportament este substanţial responsabil pentru încrederea în utilizare a traductoarelor fotoelectrice liniare prezentate.

63

Fig. 14

Cele două diagrame ilustrează corelaţia dintre decalajul scanării şi amplitudinea semnalului pentru traductoarele liniare (LIDA 400 şi LIF 400).

1.12.4. Tipuri de design mecanic şi montaj la traductoarele liniare

Privind scalele liniare, traductoarele liniare sunt compuse din două părţi: capul de scanare şi scala. Acestea sunt poziţionate una faţă de cealaltă numai de calea de ghidare a echipamentului tehnologic. Din acest motiv echipamentul trebuie proiectat încă de la început astfel încât să respecte următoarele cerinţe esenţiale:

calea de ghidare a echipamentului trebuie proiectate astfel încât să se încadreze în toleranţele de montare prescrise;

64

aspectul suprafeţei scalei trebuie să îndeplinească cerinţa de uniformitate;

pentru a facilita reglarea capului de scanare la scală, acesta ar trebui fixat cu o consolă.

Privind tipurile de scală, tehnica Heidenhain asigură versiunea cea mai apropiată de scală pentru aplicaţii şi cereri de precizie la îndemână. Iată câteva exemple:

a) scala LIP 300: înalta precizie a acestei scale este o caracteristică dată de substratul de zerodur a gradaţiei, ce este cementat în zona termică a scalei de oţel. Aceasta este fixată cu şuruburi în suprafaţa de legătură. Elementele flexibile de fixare asigură reproductibilitatea comportamentului termic.

b) Scala LIP 400 şi scala LIP 50: gradaţia scalei de Zerodur sau sticlă ar trebui fixată pe suprafaţa de legătură cu cleme şi adeziv de silicon.

c) Scala LIF 400: gradaţiile de sticlă sunt fixate cu PRECIMENT – film adeziv elastic, iar presiunea este distribuită uniform cu o rolă.

În figurile 5, 6, 7 şi 8 sunt arătate tipurile de design mecanic şi montaj pentru diferite scale liniare.

Fig.5

Fig.6

65

Fig.7

Fig.8

d) Scala LIDA 1x1 (fig.9): scala din oţel cu gradaţii aplicată pe o sanie de oţel. Aceasta este fixată cu toată suprafaţa pe o suprafaţă de legătură. Comportamentul termic al LIDA 100 este acelaşi ca a celei din oţel.

Fig.9

e) scala LIDA 4x5 (fig.10): traductoarele liniare LIDA 405 sunt special proiectare pentru măsurători de lungimi mari. Sunt montate prin înşurubare sau cu film de adeziv PRECIMENT. Apoi scala dintr-o bucată, obţinută este aşezată în suport, tensionată şi fixată la capete.

66

Fig.10

f) scala LIDA 4x7 (fig.11): şi aceste traductoare sunt proiectate pentru măsurători de lungimi mari. Fixarea se realizează ca la LIDA 4x5 doar că scala dintr-o bucată este fixată în punctul de mijloc al patului maşinii. Această metodă permite scalei de a se dilata liber la capete şi rezultând un comportament termic definit.

Fig.11

Privind capetele se scanare, deoarece traductoarele sunt asamblate pe echipamentul tehnologic, acestea trebuie să fie reglate precis după montare. Acest reglaj decide asupra preciziei finale a traductorului. De aceea este recomandat să se proiecteze echipamentul astfel încât să se realizeze reglaje cât mai simplu şi mai practice şi de asemenea să se asigure o

67

construcţie cât mai stabilă.Pentru alinierea exactă a capului de citire faţă de scală trebuie să se

facă reglarea pe 5 axe. Deoarece etapele reglării sunt foarte mici, este suficient să se realizeze găuri ovale în consolă.

(a) la montarea traductorului de tip LIP, LIF, LIDA 100, (fig12)Capul de scanare dispune de un guler de centrare care îi permite să fie rotit în consolă şi să fie aliniat paralel cu scala.

Fig.12

(b) la montarea traductorului de tip LIDA 400 (fig.13):Capul de scanare se montează cel mai bine prin spatele consolei. El poate fi reglat foarte precis printr-o gaură din consolă cu ajutorul unei unelte.

Fig.13

Privind reglajul traductorului la montaj (fig.14), pentru simplificarea reglajului sunt recomandate următoarele:

1) ajustaţi decalajul de scanare dintre scală şi capul de scanare folosind o foiţă despărţitoare;

2) ajustaţi semnalele incrementale prin rotirea capului de scanare;

3) ajustaţi semnalele de referinţă prin rotaţii mici suplimentare ale capului de citire.

68

Fig.14

1.12.5. Informaţii mecanice generale

(a) privind montajul pentru a simplifica desfăşurarea cablului, capul de scanare este, de obicei, înfăşurat pe o parte staţionară a echipamentului, iar scala pe partea mobilă a echipamentului. Locul în care se face montarea traductorului trebuie să asigure atât precizia optimă cât şi cea mai lungă durată de funcţionare: traductorul ar trebui montat cât mai aproape posibil de

planul de lucru pentru a se menţine eroarea Abbe la valori cât mai mici;

pentru a funcţiona corect, traductorul nu trebuie supus vibraţiilor; cele mai solide părţi ale maşinii tehnologice asigură cele mai bune suprafeţe de montare, din acest punct de vedere;

traductorul liniar ar trebui montat departe de sursele de încălzire pentru a evita influenţele asupra temperaturii.

(b) privind gama temperaturilor, gama temperaturilor de funcţionare reprezintă limitele temperaturii ambiente între care sunt menţinute valorile specificate. Gama temperaturilor de depozitare de –20o la

69

70oC este valabilă când traductorul este împachetat.(c) privind comportamentul termic, comportamentul termic al

traductorului liniar este un criteriu esenţial pentru precizia de lucru a echipamentului. Ca lege generală, comportamentul termic al traductorului ar trebui să coincidă cu cel al piesei de lucru sau al obiectului de măsurat.În timpul variaţiei temperaturii, traductorul liniar ar trebui să se dilateze într-o manieră definită, reproductibilă.

(d) privind gradul de protecţie, capetele de scanare ale traductoarelor liniare dispun de un grad de protecţie IP50. Scalele nu au protecţie specială. Măsuri de protecţie trebuie luate dacă există posibilităţi de contaminare.

(e) privind acceleraţia, traductorul liniar este supus la diferite tipuri de acceleraţii în timpul operării sau montării:

valorile maxime indicate pentru vibraţii se aplică pentru frecvenţe de la 55 la 2000Hz; orice depăşire a valorii permise, de exemplu datorită rezonanţei, poate cauza traductorului. Sunt necesare teste cuprinzătoare asupra sistemului;

valorile maxime permise pentru acceleraţii pentru şoc şi impact sunt valide pentru 11ms; sub nici o formă nu trebuie folosit un ciocan sau o unealtă similară pentru a regla sau poziţiona traductorul.

1.12.6. Prezentarea traductoarelor liniare LIP 471 /LIP 481

Traductoarele liniare LIP 471 /LIP481 sunt traductoare fotoelectrice liniare incrementale cu precizie ridicată, speciale pentru spaţii de instalare limitate; cu paşi de măsurare de la 1 la 0,005 , prezentate după cum urmează în tabel:

Specificaţii LIP471LIP481

Etalon gradat Distanţa reticulară Coeficientul de expansiune termic

Gradaţie DIAUR pe sticlă Zerodur , ceramică sau sticlă4

()

(sticlă)

Gradul de precizie 10.5

Lungimea de măsurare ML în mm 70, 120, 170, 220, 170, 320,370, 420

Semn de referinţă LIP4x1R Unul în mijlocul lungimii de

70

LIP4x1A măsurareNici unul

Viteza de parcurgere max. LIP471 LIP481 30m/minVibraţii (55 la 2000Hz)Şoc (11ms)

200m/s2

500m/s2

Temperatura de lucru De la 0 la 400CGreutate Capul de scanare

Scala Cablu

25g LIP4x1A50g LIP4x1R, fără cablu5.6g +0.2g/mm30g/m

Tensiunea de alimentare LIP471 LIP481

5V 5% <200mA5V 5% <190mA

Semnale de ieşire/ Perioada semnalului LIP471

LIP481

TTL 5-fold: 0,4TTL 10-fold: 0,2 1Vpp/2

Conectarea electricăLungimea cablului la unitatea electronică LIP471 LIP481

100m150m

1.12.7. Interfeţe pentru traductoare fotoelectrice liniare

(a) privind semnalele incrementale 1Vpp (fig.15).Semnalele incrementale sinusoidale A şi B sunt defazate electric cu

90o şi au un nivel al semnalului de aprox. 1Vpp. Componenta uzabilă a semnalului de referinţă R este de aprox. 0,5V. Specificaţiile asupra amplitudinii semnalului se aplică pentru Up=4V 5% la intrarea traductorului şi sunt date cu referire la o măsurătoare diferenţială la 120 .

Amplitudinea semnalului scade cu creşterea frecvenţei de scanare.

71

Fig.15(b) privind semnalele de referinţă

Ca şi semnalul de referinţă, aceste semnale prezintă componenta uzabilă G, nivelul inert poate fi coborât cu aprox. 105V. Unitatea electronică trebuie proiectată astfel încât să nu suprasolicite etapa de început.(c) privind caracteristicile semnalelor, acestea sunt redate în tabelul

următor:

LIP, LIF, LIDA, PPSemnale de ieşireSemnale incrementale

Tensiunea semnalelor sinusoidale 1Vpp

Două semnale sinusoidale A şi BNivelele semnalului M: 0,6 la 1,2

VppDezechilibrul I P-NI/2M: 0,065

Raţia amplitudinii MA/MB: 0,8 la 1,25

Unghiul de fază I 1+ 2I/2: 90o 10o

Semnalul de referinţă

Unul sau mai multe semnale ating vârful RComponenta uzabilă G: 0,2 la

0,85VValoarea pasivă H: Max. 1,7VPragul de schimbare E, F Min. 40mVReducţii zero K, L: 180o 90o

Cablul de conectare

Cablu Heidenhain cu învelişPUR [4(2*0,14mm2)+(4*0,5mm2)]

Lungimea cablului Max. 150m Timpul de propagare

6ns/m

(d) privind semnalele de scanare (fig.16):(d1) amplitudinea semnalului:

Pentru traductoarele liniare cu semnale de ieşire sinusoidale, amplitudinea semnalului depinde de tensiunea de alimentare şi în consecinţă se căderea de tensiune şi de frecvenţa se oprire.(d2) frecvenţa de oprire:

Pentru traductorul liniar cu semnale de ieşire sinusoidale frecvenţa de oprire de –3dB indică frecvenţa la care este menţinută 70% din amplitudinea semnalului de bază.

72

(d3) pasul de măsurare recomandat:Acest pas recomandat în specificaţii rezultă din:

perioada şi calitatea semnalelor de scanare gradul de precizie factorul de interpolare al interpolării externe sau integrate şi

electronicilor digitalizate

Fig. 16

(e) privind semnalele incrementale TTL, (fig.17),traductoarele liniare cu semnale de ieşire tip undă pătratică TTL încorporează electronică care interpolează şi digitalizează semnale sinusoidale de scanare. Ele produc două pulsuri undă pătratică U1 şi U2

defazate electric cu 90o, care sunt în pas cu semnalele incrementale.

Un semnal de detecţie al defecţiunilor indică condiţiile defectării, cum ar fi căderea liniei de tensiune sau întreruperea sursei de lumină. Poate fi folosit pentru decuplarea aparatului în timpul producţiei automatizate. Electronicile integrate generează, de asemenea şi semnale inversate ale tuturor trenurilor de pulsuri pătratice.

Pasul de măsurare rezultă din distanţa dintre două muchii succesive

73

ale semnalelor Ua1 şi Ua2 prin evaluarea 1-fold, 2-fold sau 4-fold.

Fig. 17

Caracteristicile semnalelor incrementale, sunt redate în tabelul următor:

LIP, LIF, LIDA, PPSemnale de ieşireSemnale incrementale

Semnale tip undă pătratică TTLDouă semnale undă pătratică Ua1 şi Ua2 şi inversele lor ,

Semnalul de referinţă

Lăţimea pulsului

Unul sau mai multe pulsuri undă pătratică Ua0

şi inversele lor 90o sau 270o

Semnalul de detectare al defecţiunilor

Un puls undă pătratică Funcţionare necorespunzătoare: LOWFuncţionare corespunzătoare: HIGH

Nivelul semnalului UH 2.5V la –IH=20mA

UL 0.5V la –IL=20mASarcina permisă R 100

IL 20mA

CLoaad 1000pF Ieşirile protejate împotriva scurt circuitelor la 0V

Timpii de comutare (10% la 90%)

t+ 30ns cu cablu de 1 m lungime

t- 30ns circuit de intrare recomandatCablul de conectare

Cablu Heidenhain cu învelişPUR [4(2*0,14mm2)+(4*0,5mm2)]

74

Lungimea cablului Timpul de propagare

Max. 100m6ns/m

(f) privind limita de separaţie (vezi tabelul următor):Limita de separaţie, a, listată în tabel se referă la măsurătoarea la

ieşirea liniei diferenţiale receptoare. Este garantată pe întreaga gamă de temperaturi de funcţionare.

Diferenţele timp-propagare reduce adiţional limita de separaţie până la 0,2ns/metru de cablu.

Pentru o bună operare, unitatea electronică trebuie să detecteze fiecare latură a pulsului undă pătratică. Trebuie astfel proiectat încât să fie capabil să proceseze cel puţin 90%din limita de separaţie rezultantă. Pentru a evita acumularea erorilor, viteza de propagare maximă permisă pentru frecvenţa de scanare selectată nu trebuie depăşită.

Pasul de măsurare

Interpolare

Frecvenţa de scanare

Viteza de parcurgere

Limita de separaţie

LIP372 0.001 /32-fold

98kHz49kHz24.5kHz

0.75m/min

0.38m/min

0.19m/min

0.0550.130.28

LIP471 0.1 /5-fold

200kHz100kHz50kHz

24m/min

12m/min

6 m/min

0.230.480.98

0.05 /10-fold

100kHz50kHz25khz

12m/min

6m/min

3m/min

0.230.480.98

LIF471 0.2 /5-fold

500kHz250kHz125kHz

120m/min

60m/min

30m/min

0.080.180.38

0.1 /10-fold

250kHz125kHz62.5kHz

60m/min

30m/min

15m/min

0.080.180.38

0.05 /20-fold

125kHz62.5kHz

30m/min

15m/min

0.080.18

0.02 /50-fold

50kHz25khz

12m/min

6m/min

0.080.18

0.01 /100-fold

25kHz12.5kHz

6m/min

3m/min

0.080.18

75

Pasul de măsurare

Interpolare

Frecvenţa de scanare

Viteza de parcurgere

Limita de separaţie

LIP571PP271

0.2 /5-fold

200 kHz100 kHz50 kHz

48m/min

24m/min

12m/min

0.230.480.98

0.1 /10-fold

100 kHz50 kHz25 kHz

24m/min

12m/min

6m/min

0.230.480.98

LIDA17x 2 /5-fold

200 kHz100 kHz50 kHz

480m/min

240m/min

120m/min

0.230.480.98

1 /10-fold

100 kHz50 kHz25 kHz

240m/min

120m/min

60m/min

0.230.480.98

LIDA47x 1 /5-fold

200 kHz100 kHz50 kHz

240m/min

120m/min

60m/min

0.230.480.98

0.5 /10-fold

100 kHz50 kHz25 kHz

120m/min

60m/min

30m/min

0.230.480.98

0.1 /50-fold

50 kHz25 kHz12.5 kHz

60m/min

30m/min

15m/min

0.080.180.38

0.05 /100-fold

25 kHz12.5 kHz 6.25kHz

30m/min

15m/min

7.5m/min

0.080.180.38

(g) privind lungimea cabluluiSemnalele TTL undă pătratică pot fi transmise către unitatea

electronică prin cablu, cu lungimi de până la 100m.Puterea de alimentare de 5V 5% trebuie menţinută la intrarea în

traductor. Liniile de senzori dau posibilitatea unităţii electronice să măsoare tensiunea se la traductor şi, dacă e necesar să o conecteze printr-o linie compensatoare. Lungimea maximă a cablului pentru un transfer corect a semnalului de detecţie a defecţiunilor este de 50m.

(h) privind limitatoareleTraductoarele liniare(LIDA 400) sunt echipate cu limitatoare pentru

76

determinarea poziţiei limită a căilor de întoarcere. Limitatoarele sunt activate de nişte magnaţi adezivi pentru distingerea limitei din dreapta sau stânga. Magneţii pot fi configuraţi pe serii astfel încât să formeze căi speciale, de aceea sunt tot timpul disponibile. Totuşi cablul este foarte subţire de doar 3.7mm pentru a ţine forţele elementelor mobile ale aparatului la valori minime.

Caracteristicile limitatoarelor sunt prezentate, astfel în tabelul următor:

LIDA 47x LIDA 48xSemnale de ieşire Un puls TTL undă

pătraticăde la fiecare limitator L1

sau L2

de la fiecare

Nivelul semnalului TTL de la etapa „împinge-trage”

TTL de la circuitul comun colector

Sarcina permisă IaL 4mA

IaH 4mATimpii de comutare t+ 30ns

t- 30ns

t+ 30ns

t- 30ns Lungimea cablului permisă

Max. 20m

1.12.8. Detecţia poziţiei la traductoarele liniare

Pe lângă gradaţia incrementală, (LIF 4x1) dispune şi de o cale de ghidare şi de limitatoare pentru detecţia poziţiei. Semnalele sunt transmise la nivele TTL prin liniile H şi L disponibile doar pentru aceste semnale. Cablul are un diametru de doar 4,5mm pentru a ţine forţele elementelor mobile la valori minime.

Caracteristicile privind detecţia poziţiei, sunt redate astfel în tabelul următor:

LIF 4x1Semnale de ieşire Un puls TTL pentru calea de întoarcere H şi

limitatoarele LNivelul semnalului TTL de la circuitul comun colector

UH 3.8V la –IH=8mA

UL 0.45V la IL=8mASarcina permisă R 680

I IL I 8mA

Lungimea permisă a cablului

Max.20m

77

1.12.9. Specificaţii electrice generale privind traductoarele liniare

(a) privind tensiunea de alimentareTraductoarele necesită o tensiune de alimentare stabilizată Up ca

tensiune de alimentare. În specificaţia traductorului sunt înscrise tensiunea de alimentare şi consumul necesar.

(a1) Upp<250mV cu dU/dt>5V/ ;(a2) Upp<100mV;

(b) privind răspunsul curentului de alimentare (fig.18)În valorile măsurate nu s-a ţinut cont de influenţa cablului. Tensiunea

poate fi monitorizată şi reglată prin linia de senzori a echipamentului. Dacă tensiunea de alimentare nu poate fi controlată, căderea de tensiune poate fi înjumătăţită prin comutarea pe o linie de senzori paralelă.

Fig.18

Căderea de tensiune pentru cablurile (Heidenhain) electrice este calculată cu formula:

unde Lc: lungimea cablului I: consumul de curent Ap: secţiunea racord a liniei de putere

(c) privind viteza de parcurgere (fig.19)Viteza de parcurgere permisă este determinată de viteza de

parcurgere permisă electrică:

78

pentru traductoarele liniare această viteză electrică este limitată de frecvenţa de oprire –3dB şi de frecvenţa de intrare fmax.

pentru traductoarele liniare cu semnale undă pătratică, viteza electrică este limitată de: frecvenţa maximă de ieşire fmax; limita de separare minimă, „a”

Vmax[m/min]=fmax[kHz]*SP[ ]*10-3*60Unde vmax: viteza maximă de parcurgere fmax: frecvenţa maximă de ieşire a traductorului liniar sau frecvenţa de intrare a unităţii electronice SP: perioada semnalului traductorului liniar

Fig.19

(d)privind cablul(d1) durabilitatea cablului

Toate traductoarele folosesc cabluri poliuretanice rezistente la acţiunea uleiului, hidrolizei sau microbilor, în concordanţă cu VDE 0472. Nu conţin PVC sau silicon şi respectă normele de siguranţă UL.

(d2) unghiul de încovoiere al cablului Depinde de diametrul cablului

(e) privind siguranţa în transmiterea semnalelor prin cablu(e1) compatibilitatea electromagnetică:

Când sunt instalate corespunzător, traductoarele Heidenhain,

79

îndeplinesc cerinţele cu privire la compatibilitatea electromagnetică. În acord cu regulile EMC, se bazează pe următoarele standarde:

IEC 61000-6-2:Compatibilitate electromagnetică – imunitate în mediile industriale

- ESD: IEC 61000-4-2- Câmpuri electromagnetice: IEC 61000-4-3- Explozie: IEC 61000-4-4- Frecvenţa puterii a câmpurilor magnetice:IEC61000-4-8- Câmpuri magnetice tip puls: IEC61000-4-9

IEC 61000-6-4: Compatibilitate electromagnetică – emisii generice standard

- Pentru echipamente industriale, experimentale şi medicale IEC 55011

- Pentru echipamente de tehnologie informaţională IEC 55022

(e2) transmiterea semnalelor măsurate – zgomote electriceZgomotul provine ,în mare parte din transferul capacitiv sau

inductiv. Zgomotele de natură electrică sunt introduse în sistem prin liniile de semnal sau prin terminalele de intrare sau ieşire.

Surse posibile de zgomot:- Câmpurile magnetice mari ale transformatoarelor sau

motoarelor electrice;- Relee, contacte sau valve cu selenoide;- Echipamente cu frecvenţă mare, dispozitive cu pulsuri,

câmpurile magnetice periodice ale transformatoarelor;- Linii de tensiune şi de alimentare

(e3) izolaţia traductoarelor liniare:Învelişul traductorului este izolat de unitatea electronică.Puterea dielectrică – 500V/50Hz pentru max. 1 minut;Puritatea aerului şi distanţa de dispersie - >1mm;Rezistenţa - >50

(e4) protecţia împotriva zgomotului de tip electric (fig.20) folosiţi doar cablurile recomandate pentru liniile de semnal; pentru conectarea liniilor de semnal folosiţi doar elemente de

conectare (Heidenhain); învelişul trebuie să fie conform EN 50178; nu întindeţi cabluri în apropierea surselor de interferenţe; e cerută o distanţă minimă de 200mm faţă de inductoare; conectaţi dispozitivele la surse de tensiune EN 50178; configuraţi liniile de semnal pe lungimi minime şi evitaţi

utilizarea terminalelor intermediare; când liniile de semnal sunt laolaltă, izolarea de alte cabluri se

80

face prin intermediul unei partiţii la nivelul pământului;Atât învelişul cablurilor cît şi carcasa metalică a traductoarelor şi a

unităţii electronice au funcţii de izolare. Carcasa trebuie să aibă acelaşi potenţial şi să fie conectată la pământ sau să aibă o linie de potenţial compensativă.

1.12.10. Echipamente de măsurare şi testare pentru traductoare liniare

Ca echipamente de măsurare şi testare pentru traductoarele liniare, sunt utilizate:

Echipamentul „PWM 8”este un echipament universal de măsurare utilizat pentru verificarea şi ajustarea traductoarelor incrementale. Există diferite module disponibile pentru verificarea diferitelor semnale. Valorile pot fi citite pe un mic monitor LCD.

E uşor de utilizat.Echipamentul „PWT” este un asistent simplu al traductoarelor

incrementale. Pe un monitor LCD pot fi observate semnalele sub formă grafică.

Contorul adaptor „SA 27” serveşte la ramificarea semnalelor sinusoidale de scanare. Datorită pinilor permite conectarea la osciloscoape.

La traductoarele liniare, capul de scanare se deplasează peste gradaţi, fără contact mecanic. Pentru a asigura calitatea semnalelor de ieşire, capul de scanare trebuie aliniat foarte precis în timpul montării. Tehnica Heidenhain oferă o varietate de echipamente de măsurare şi testare pentru verificarea calităţii semnalelor de ieşire.

1.12.11.Evaluarea electronicii utilizate la traductoarele liniare

Sistemul electronic „IK 220” sau placa contor universală este o placă compatibilă cu PC-ul utilizată pentru înregistrarea valorilor măsurate la traductoarele liniare /unghiulare absolute sau incrementale. Partea electronică împarte semnalele sinusoidale de intrare pentru a generarea până la 4096 paşi de măsurare pe fiecare perioadă a semnalului.

În pachet este inclus şi driver-ul.Caracteristicile electronice sunt redate în tabelul următor:

IK 220Semnale de intrare 1Vpp 11 App EnDat SSIIntrările traductorului 2D – subconctori (15

pini)Frecv. de intrare (max.) 500kHz 33kHz -Lungimea cablului (max.) 60m 10mSubdiviziunile semnalului(perioada semnalului: pasul de măsurare)

Până la 4096-fold

81

Registrul pentru valorile măsurate

48 biţi

Memoria internă 8192 valori ale poziţieiInterfaţa PCI busDriver-ul soft-ului şi programul demonstrativ

Pentru WINDOWS 95/98/NT/2000/XP

Dimensiuni Aprox.190mmx100mm

Placa contor cu interfaţă de 16biti este un contor şi interpolator PCB pentru traductoare incrementale cu intrare adiţională pentru semnalele de comutare.

Caracteristicile plăcii contor sunt redate în tabelul următor:

IK 410VSemnale de intrare Semnale incrementale: 1x1Vpp

Semnalele de comutaţie: 1xsin/cos(1Vpp)

Subdiviziunile semnalului(perioada semnalului: pasul de măsurare)

Până la 1024-fold

Frecv. de intrare Max. 350Contor 32biţiInterfaţa Interfaţă microcomputer 16-bitDriver-ul soft-ului Borland C şi C++, Turbo-PascalFormatul Motorola sau IntelDimensiuni 100mmx65mmLungimea permisă a cablului 60m

1.13. TRADUCTOARE ETALON FOTOELECTRICE DE LUNGIME

1.13.1. Principiul de funcţionare

Traductoarele etalon de lungime „Heidenhain” sunt caracterizate de domenii mari de măsurare şi acurateţe ridicată. Baza acestora este principiul de măsurare al scanării fotoelectrice şi scala incrementală.

Traductoarele liniare „Heidenhain” folosesc materiale standardizate pentru gradaţiile incrementale pe substrat de sticlă sau sticlă ceramică.

Standardele de măsurare permit domenii largi de măsurare, insensibile la vibraţii sau şocuri şi au definit comportamentul termic.

Schimbările presiunii relative sau umidităţii în atmosferă, nu influenţează precizia etalonului gradat – condiţie esenţială pentru

82

traductoarele etalon de lungime „Heidenhain” de lungă stabilitate.Stabilitatea termică ridicată din timpul procesului de fabricaţie, asigură

precizia ridicată a gradaţiilor. Gradaţia principală este aplicată pe suportul scală folosind procesul de copiere DIADUR (fig.1) dezvoltat de tehnica „Heidenhain”, obţinându-se gradaţii foarte subţiri, dar durabile, din crom.

Fig. 1

Gradaţia incrementală este scanată fotoelectric, fără contact mecanic, în consecinţă, fără uzură. Lumina trece prin structura de scanare a reticulului şi peste scală (fig.2) pe celulele fotovoltaice. Celulele fotovoltaice produc semnale de ieşire sinusoidale cu o perioadă mică. Interpolarea în unitatea electronică realizează paşi de măsurare foarte mici în domeniul nanometric.. Principiul de scanare, împreună cu liniile de gradare foarte fine şi foarte buna lor definire asigură calitatea semnalelor de ieşire cât şi o eroare de poziţie mică. Acestea se aplică în particular la traductoarele etalon „Heidenhain” care folosesc grila DIADUR ca etalon gradat. Metoda de scanare interferenţială produce semnale incrementale sinusoidale cu o perioadă de doar 2 .

83

Fig.21.13.2. Semnul de referinţă

Scanarea fotoelectrică a structurilor tip grid, rezultă într-o măsurătoare incrementală. Pentru anumite poziţii, este necesară o referinţă absolută. Semnul de referinţă dă posibilitatea repoziţionării în punctul cel mai recent definit, de exemplu după întreruperea alimentării. El este scanat fotoelectric şi în permanenţă asociat cu exact un pas de măsurare, fără a ţine cont de viteza de propagare.

1.13.3. Soluţia micromecanică

Traductoarele etalon de lungime „Heidenhain” funcţionează pe baza principiului lui Abbe, standardul de măsurare şi plunjerul fiind asociate exact.Toate componentele realizează bucla de măsurare, cum ar fi etalonul gradat, plunjerul, suportul şi capul de scanare, sunt proiectate în termeni de stabilitate mecanică şi termică pentru a asigura cea mai înaltă precizie traductorului etalon de lungime.

84

Fig.3

Traductoarele de lungime „Heidenhain” au predefinit comportamentul termic. Deoarece variaţia temperaturii în timpul măsurătorii poate avea ca rezultate schimbări în bucla de măsurare, tehnica Heidenhain foloseşte materiale speciale cu coeficient termic de expansiune al componentelor buclei de măsurare, mic. Scala este realizată din Zerodur, iar plunjerul şi suportul din Invar. Acestea fac posibilă garantarea unei precizii, în măsurare, ridicată într-o gamă largă de temperaturi.

Traductoarele etalon de lungime „Heidenhain” au ca trăsătură design-ul viguros. Nici chiar vibraţiile sau şocurile n-au influenţe negative asupra acurateţei.

85

Fig.4

Plunjerul ghidat tolerează forţe ridicate şi se deplasează cu frecare foarte mică.

1.13.4. Componente expansibile

Traductoarele etalon de lungime „Heidenhain” conţin componente sare pot prezenta uzură în funcţie de aplicaţie şi de manipulare. În particular, sunt incluse următoarele componente: sursa de lumină LED; calea de ghidare (testată pentru cel puţin 5 mil. curse); conexiunea cu cablu (testată pentru cel puţin 1 mil. curse).

1.13.5. Privind precizia /acurateţea măsurării

Precizia /acurateţea măsurării poziţiei cu traductorul etalon de lungime

86

este determinată, în general, de: calitatea gradaţiei; calitatea procesului de scanare; calitatea procesării electronice a semnalului şi eroarea dată de scală faţă de unitatea de scanare.

Există o distincţie clară între eroarea de poziţie şi calea relativ lungă a cursei – de exemplu, întregul domeniu de măsurare, şi aceasta pe parcursul unui singur semnal.

1.13.6. Privind eroarea de poziţie pe lungimea de măsurare

Precizia /acurateţea traductorului etalon de lungime este specificată ca acurateţe de sistem, care este definită astfel:

„Valorile extreme ale erorii totale F – cu referinţă la valorile medii – se întind pe întreaga lungime de măsurare înăuntrul acurateţei sistemului, a”.

Fig. 5

1.13.7. Privind eroarea de poziţie pe perioada unui semnal

Eroarea de poziţie „u” pe perioada unui semnal, este determinată de calitatea scanării şi de perioada semnalului traductorului. În orice poziţie de pe întreaga lungime de măsurare, aceasta nu depăşeşte 1% din perioada semnalului. Cu cât este mai mică perioada semnalului, cu atât este mai mică eroarea.

87

Fig.6

În graficul calibrărilor al HEIDENHAIN-CERTO, eroarea de poziţie înăuntrul unei perioade a semnalului este arătată ca o bandă de toleranţe (vezi tabelul următor):

Perioada semnalului Eroarea de poziţie uCT 2500/6000 2 Aprox. 0.02MT 1200/2500 2 Aporx. 0.02MT 60/101 10 Aprox. 0.1ST 1200/3000 20 Aprox. 0.2

Toate traductoarele de lungime „Heidenhain” sunt inspectate, înainte de transport în vederea bunei funcţionări şi asigurării acurateţei.Acesta sunt calibrate pentru acurateţe în timpul retragerii şi extensiei plunjerului. Numărul poziţiilor de măsurare este selectat pentru a preciza foarte exact, nu doar şirul erorilor, ci şi eroarea de poziţionare în cadrul unei perioade a semnalului.

Certificatul de inspecţie (verificare) a fabricantului confirmă sistemul de acurateţe specificat fiecărui traductor etalon.

Standardele de calibrare asigură trasabilitatea- cerinţă ISO 9001- de recunoaştere a standardelor naţionale sau internaţionale.

Pentru traductoarele de lungime de tip Heidenhain-Metro şi Heidenhain-Certo, un grafic de calibrare relevă eroarea de poziţionare în domeniul de măsurare, exprimând, de asemenea şi pasul măsurării şi nesiguranţa calibrării.

88

Fig.7

Fig.8

89

Privind domeniul de temperatură, traductoarele etalon de lungime sunt calibrate la temperatura de referinţă de 20oC.

Sistemul de acurateţe dat de graficul calibrărilor se aplică la această temperatură.

Temperatura de operare (funcţionare) indică limitele temperaturii ambiente în care traductoarele etalon de lungime vor funcţiona corespunzător.

Temperatura de stocare este de: (-20 60)oC.

1.13.8. Interfeţele electronice pentru traductoarele etalon

Privind semnalele incrementale 1Vpp traductoarele „Heidenhain” , cu interfaţă 1Vpp, furnizează semnale ce pot fi interpolate.

Semnalele sinusoidale incrementale A şi B sunt defazate electric cu 90oC şi au amplitudinea de 1Vpp.

Secvenţa ilustrată cu semnalele de ieşire se aplică pentru retragerea plunjerului (fig.9).

Fig.9

Semnalul de referinţă R are o componentă uzabilă G de aprox. 0,5V. Faţă de semnalul de referinţă, semnalul de ieşire poate fi redus cu până la 1,7V.Aceasta nu trebuie să cauzeze o suprafuncţionare a unităţii electronice. La cel mai jos nivel al semnalului, vârfurile semnalului pot , de asemenea , apărea cu amplitudinea G.

Datele asupra amplitudinii semnalului se aplică când tensiunea de alimentare dată în Specificaţii, este conectată la traductor. Acestea se referă

90

la o măsurare difernţială la 120 ohm.Amplitudinea semnalului descreşte odată cu creşterea frecvenţei.

Frecvenţa de oprire (cutoff), ( fig.10) indică frecvenţa de scanare la care un anumit procentaj din amplitudinea semnalului original, este menţinut:

3dB frecvenţa de oprire: 70%din amplitudinea semnalului; 2dB frecvenţa de oprire: 50% din amplitudinea semnalului;

Privind interpolarea /rezoluţia /pasul de măsurare, la traductoarele etalon semnalele de ieşire ale interfeţei 1Vpp sunt de obicei interpolate şi subdivizate electronic, cu scopul de a atinge rezoluţii înalte suficiente. Pentru controlul vitezei, factorii de interpolare sunt uzual peste 1000 pentru a primi informaţii asupra vitezei chiar şi când viteza este joasă.

Paşii măsurării pentru măsurarea poziţiei sunt recomandaţi în Specificaţii. Pentru aplicaţii speciale sunt posibile alte rezoluţii. Schema electronică a traductorului etalon este realizată în figura 11.

Fig.11

Privind circuitul de intrare al unităţii electronice, sunt utilizate ca dimensionare: amplificator operaţional MC 34074; z0=120

; R1=120k şi C1=100pF; R2=34,8k şi C2=10pF; UB= 15V şi

U1 U0;

ca frecvenţă de oprire (cutoff) 3dB: 450kHz; 50kHz cu C1=1000pF şi C2=82pF.

Această variantă de circuit reduce lărgimea de bandă a circuitului, făcându-se aceasta îmbunătăţeşte imunitatea la zgomote.

Semnalele de ieşire ale circuitului sunt: Ua=3,48Vpp

Privind monitorizarea semnalului, o sensibilitate de prag de 250mVpp

este furnizată pentru monitorizarea semnalelor incrementale 1Vpp.Privind semnalele incrementale TTL (fig.12), traductoarele etalon

„Heidenhain” cu interfaţă TTL încorporează electronică care digitalizează semnalele sinusoidale de scanare cu sau fără interpolare.

91

Semnalele incrementale sunt transmise ca un tren de pulsuri pătratice Ua1 şi Ua2, cu faza schimbată la 90o electric.

Semnalul de referinţă constă în unul sau mai multe pulsuri de referinţă Ua0, care sunt prevăzute cu semnale incrementale. În plus, electronicile integrate produc semnalele lor inverse pentru transmiterea izolării fonice.

Semnalul de detectare a defecţiunilor indică condiţiile de defectare, cum ar fi căderea liniei de curent sau a sursei de lumină. Poate fi utilizat pentru oprirea maşinilor tehnologice din producţia automată.

Fig. 12

Distanţa dintre două muchii succesive ale semnalului incremental Ua1

şi Ua2 prin evaluarea 1-fold, 2-fold sau 4-fold (1x, 2x sau 4x), reprezintă un pas de măsurare.

Unitatea electronică trebuie proiectată astfel încât să detecteze fiecare muchie a pulsului de unde pătratice. Latura minimă de separare, „a”, listată în Specificaţii, se aplică pentru circuitul de intrare ilustrat, având lungimea cablului de 1m, şi se referă la măsurătoarea făcută la ieşirea liniei diferenţiale receptoare. Diferenţele propagare-timp în cabluri, reduc adiţional latura de separare la 0.2ns/m . Pentru a împiedica acumularea erorilor se proiectează unitatea electronică astfel încât să proceseze mai puţin de 90% din latura de separare rezultantă. Viteza de schimbare sau viteza de propagare nu trebuie niciodată depăşită.

Lungimea cablului (fig. 13) permisă pentru transmiterea semnalelor undă pătratică TTL către unitatea electronică depinde de latura de separare, a. Se atinge 100m max. sau 50m pentru semnalele de detectare a defecţiunilor.

92

Fig. 13

Privind semnalele incrementale 11 App, traductoarele etalon „Heidenhain” cu interfaţă 11 App asigură semnale uzuale electronice pentru conectarea cu unităţi ND măsurate sau cu electronicile EXE de formă puls de tip Heidenhain.

Semnalele sinusoidale incrementale I1 şi I2 sunt defazate cu 90o

electric şi au nivelele de aprox. 11 App. Figura 14, cu semnalele de ieşire, este pentru cazul în care plunjerul este retras.

Semnalul de referinţă Io are o componentă uzabilă G de aprox. 5,5A. Datele asupra amplitudinii semnalului se aplică când traductorul este conectat la alimentare. Datele se referă la măsurători diferenţiale între ieşiri asociate. Amplitudinea semnalului descreşte odată cu creşterea frecvenţei. Frecvenţa de oprire (cutoff) indică frecvenţa de scanare la care, un procentaj din amplitudinea semnalului original, este menţinut.

Privind interpolarea / rezoluţia /pasul de măsurare ale traductorului etalon; semnalele de ieşire ale interfeţei 11 App sunt interpolate uzual în unitatea electronică cu scopul de a obţine rezoluţii ridicate.

Paşii de măsurare pentru măsurătoarea poziţiei sunt recomandaţi în Specificaţii. Pentru aplicaţii speciale, sunt posibile şi alte rezoluţii.

93

Fig. 14

1.13.9. Informaţiile electrice generale pentru traductoarele etalon de lungime

Privind puterea de alimentare traductoarele etalon au nevoie pentru alimentare de un curent stabilizat Up . specificaţiile corespunzătoare atestă puterea de alimentare necesară şi consumul de curent.

Fluctuaţia permisă a curentului este: interfaţa frecvenţă înaltă: Upp<250 cu dU/dt>5V/ s; buclă de frecvenţă joasă de bază: Upp<100mV;

Voltajul poate fi monitorizat şi ajustat prin linia de senzori a echipamentului. Dacă puterea de alimentare nu poate fi controlată, căderea de tensiune poate fi înjumătăţită prin comutarea liniei de senzori paralel cu o linie de putere corespunzătoare.

Calculul voltajului:

unde : căderea de tensiune, în volţi Lk: lungimea cablului, în mm

94

I: consumul de curent al traductorului, în mA Ap: secţiunea liniei de putere, în mm2

Privind viteza electrică permisibilă /viteza de propagare, maximul vitezei de schimbare permisă sau viteza de propagare a unui traductor, este deviat din:

viteza de schimbare permisibilă mecanică /viteza de propagare; viteza de schimbare permisibilă electrică /viteza de propagare;

Pentru traductoarele cu semnale cu semnale de ieşire sinusoidale, viteza de propagare este limitată la –3dB /-6dB din frecvenţa de oprire sau de frecvenţa de intrare permisă a unităţii electronice. Pentru traductoarele liniare cu semnale undă pătratică, viteza de propagare electrică este limitată de:

frecvenţa de ieşire /scanare permisibilă maximă fmax a traductorului;

latura de separare permisibilă maximă, „a”.Privind cablurile electrice, acestea sunt caracterizate astfel: Lungime: lungimea cablurilor este listată în Specificaţii şi se

aplică pentru cablurile „Heidenhain” şi intrărilor circuitului unităţii electronice;

Durabilitate: toate traductoarele prezintă cabluri din poliuretan (PUR). Cablurile PUR sunt rezistente la acţiunea uleiului, hidrolizei şi microbilor, în concordanţă cu normele VDE 0472. nu conţin PVC sau silicon şi se supun instrucţiunilor de siguranţă UL.

1.14. TEHNICA „HEIDENHAIN” DE FUNCŢIONARE ŞI REALIZARE A RIGLELOR ŞI DISCURILOR INCREMENTALE

1.14.1. Fundamente. Procese. Proceduri

Calitatea ridicată a traductoarelor Heidenhain se datorează facilităţilor de producţie speciale şi echipamentelor inteligente de măsurare. Masterii şi submasterii pentru confecţionarea scalei sunt produşi într-o „cameră curată”, cu măsuri speciale pentru stabilitatea temperaturii şi vibraţiilor izolaţiei. Maşinile de copiat (fig.1) şi cele necesare confecţionării şi măsurării gradaţiilor liniare (fig.2) sau unghiulare (fig.3) sunt în mare parte, dezvoltate şi construite prin Tehnica Heidenhain.

Competenţa Tehnicii Heidenhain în domeniul metrologiei liniare sau unghiulare, este reflectată de numărul mare de soluţii / construcţii personalizate pentru utilizatori. Acestea includ, în particular, echipamentele de măsurare şi cele de verificare, dezvoltate şi construite pentru laboratoare standard ca şi traductoarele unghiulare pentru proiecte de telescop (fig.4) şi antene de recepţie satelit.

95

Fig.1 Fig.2

Fig.3 Fig.4

1.14.2. Tehnica Heidenhain pentru precizia gradaţiilor – baza unei precizii ridicate

„Inima” traductoarelor realizate prin tehnica Heidenhain, o reprezintă etalonul său gradat, în general sub forma unei reţele cu grosimi ale gradaţiilor de la 0,25 , (fig.5), la 10 . Aceste gradaţii precise sunt rezultate într-un proces specific Tehnicii Heidenhain (ex. DIADUR sau AURODUR) şi sunt un factor decisiv în funcţionarea şi precizia traductoarelor fotoelectrice. Acestea constau din linii şi goluri situate la intervale definite, cu o abatere foarte mică, care formează structuri cu muchii foarte bine definite. Aceste gradaţii sunt rezistente la influenţe mecanice sau chimice, ca de altfel şi la vibraţii sau şocuri, dar cel mai bine sunt definite la comportamentul termic.

96

Fig.5

1.14.2.1. Tehnica DIADUR

Gradaţiile precise DIADUR sunt compuse dintr-un strat extrem de subţire de crom pe un substrat – uzual din sticlă sau sticlă ceramică. Acurateţea structurii gradate este în domeniul micronilor şi submicronilor.

1.14.2.2. Tehnica AURODUR

Gradaţiile AURODUR constau din linii de aur reflectiv şi din goluri gravate mat. Aceste gradaţii sunt, de obicei, dispuse pe oţel.

1.14.2.3. Reţelele gradate

Procesele speciale de fabricaţie fac posibilă realizarea unei structuri gradate 3D ce posedă caracteristici optice speciale. Lăţimea structurii este în domeniul a câtorva microni până la un sfert de micron.

1.14.2.4. Tehnica SUPRADUR

Gradaţiile realizate prin procesul SUPRADUR se comportă optic ca reţelele 3D, dar acestea au o structură plană şi în consecinţă sunt insensibile la contaminări.

97

1.14.2.5. Tehnica MAGNODUR

Straturile magnetice active subţiri, în domeniul micronilor, sunt structurate pentru gradaţii magnetice foarte subţiri.

1.14.3. Tehnica Heidenhain în măsurarea lungimilor

Traductoarele liniare etanşate sunt protejate de praf, aşchii sau stropi de fluide şi sunt ideale pentru operarea pe maşini unelte, îndeplinind următoarele cerinţe : gradul de precizie ; pasul de măsurare

;domeniul lungimilor de măsurare până la 30m; simplu şi uşor de montat; toleranţe largi de montare; protecţie împotriva contaminării; etc.

Traductoarele liniare etanşate (fig.6) sunt disponibile cu: carcasă pentru scală – întreagă, pentru gamă înaltă de vibraţii şi lungimi de măsurare până la 30m; carcasă pentru scală – îngustă, pentru spaţii de instalare limitate, lungimi de măsurare până la 1240mm, şi cu bară de montare până la 2040mm.

Carcasa de aluminiu a traductorului liniar etanşat de tip Heidenhain protejează scala, sania de montare şi calea de ghidare de aşchii, praf sau fluide.

Marginile elastice invers orientate închid carcasa. Sania de scanare parcurge pe un ghidaj, cu fricţiune mică, rigla gradată. Este legată de blocul de montare extern printr-un cuplaj care compensează nealiamentul dintre scală şi căile de ghidare ale maşinii.

Fig.6

Traductoarele liniare expuse (fig.7) operează fără contact mecanic

98

între capul de scanare şi scală. Echipamentele pe care pot fi incluse aceste traductoare sunt maşini de măsurare în 3D, comparatoare digitale şi alte dispozitive de precizie din metrologia liniară, ca şi din producţie sau alte echipamente de măsurare, ca de exemplu în industria de semiconductori, etc., îndeplinind următoarele cerinţe: gradul de precizie sau mai bun; pasul de măsurare 0,001 ; domeniul de măsurare până la 30m; nu există frecare între capul de scanare şi scală; viteză de deplasare mare, etc.

Fig.7

1.14.3.1. Traductoare de lungime (fig.8)

Traductoare de lungime au ca trăsătură căile de ghidare integrale pentru tija de palpare. Sunt utilizate pentru a monitoriza echipamente de măsură, în metrologia industrială, dar ca şi codificatoare de poziţie, cu următoarele caracteristici: gradul de precizie sau mai bun; pasul de măsurare 0,001 ; domeniul de măsurare până la 100mm; precizie mare de

99

Fig. 8

măsurare; disponibile cu tijă de palpare automată; simplu de montat; etc.Cu traductoarele liniare incrementale, poziţia curentă este

determinată plecând de la punctul de referinţă şi numărând paşii de măsurare sau prin subdivizarea şi numărarea perioadelor semnalului.

Traductoarele incrementale de tip Heidenhain prezintă mărci de referinţă, care trebuie scanate după pornire pentru a restabili punctul de referinţă (informaţia de măsurare). Acest proces este foarte simplu şi rapid cu mărcile de referinţă distanţă – codată. După deplasarea a nu mai mult de 20mm (ex. LS, LF) sau 80mm (ex. LB), valoarea indicată este în legătură cu ultima informaţie de măsurare definită.

Traductoarele liniare absolute de tip Heidenhain nu necesită o deplasare anterioară pentru a oferi valoarea poziţiei curente. Traductorul transmite valoarea absolută prin interfaţa „EnDat” sau prin altă interfaţă serială.

1.14.3.1.1. Paşii de măsurare la traductoarele liniare

Paşii de măsurare recomandaţi listaţi în tabelul de mai jos, se referă, în primul rând, la poziţia măsurătorii. Sunt posibili paşi mai mici, în particular pentru aplicaţii în controlul vitezei de rotaţie, de exemplu direct pe motoare. Semnalele de ieşire sinusoidale fac posibilă atingerea unor factori de interpolare de până la 4096.

100

(tabel 1)Traductoare liniare etanşate

Seria

Cu carcasă închisă

Pentru măsurarea poziţiei absolutePentru repetabilitate ridicatăPentru maşini cu comandă numericăPentru maşini manualePentru lungimi de măsurare mari

LC 100LF 100LS 100LS 600LB 300

Cu carcasă îngustă

Pentru măsurarea poziţiei absolutePentru repetabilitate ridicatăPentru maşini cu comandă numericăPentru maşini manuale

LC 400LF 400LS 400LS 300

Traductoare liniare expuse

Grad de precizie mai bun de Pentru două coordonateGrad de precizie de până la

LIPPPLIDA, LIF

Traductoare de lungime

Acurateţe Acurateţe Acurateţe Acurateţe

Heienhain-CertoHeienhain-MetroHeienhain-MetroHeienhain-Spectro

1.14.3.2. Traductoare liniare cu carcasă întreagă (LS,LF,LC,LB)

Traductoarele liniare cu carcasă întreagă sunt disponibile pentru măsurarea lungimilor de până la 30m. Sunt, în particular, caracterizate de o înaltă toleranţă la vibraţii.

Traductoarele incrementale (de tip LF) prezintă etaloane gradate cu distanţe reticulare relativ fine. Acestea îl fac atractiv pentru aplicaţii care cer repetabilitate ridicată.

Traductoarele liniare absolute (de tip LC şi LS) servesc ca traductoare standard pentru utilizări pe maşini unelte, dar sunt, de asemenea, proiectate şi pentru sarcini de măsurare şi inspecţie.

Traductoarele liniare absolute din familia de produse (LC) asigură valoarea absolută a poziţiei. De asemenea, oferă şi semnale incrementale. Datorită preciziei lor ridicate şi comportamentului termic definit, traductoarele absolute (LC, CO) şi seria (LS 100) sunt foarte potrivite cu aplicaţiile CNC. Seria (LS 600) de traductoare incrementale sunt folosite pentru sarcini simple de poziţionare, de exemplu pe maşini unelte manuale.

Tipul (LB) de traductoare liniare incrementale (fig.9) au fost concepute pentru lungimi de măsurare mari de până la 30m.

Etalonul lor gradat – o bandă de oţel cu gradaţii AURODUR – este

101

livrat individual, şi după ce se montează carcasa, este introdus în carcasă, adus la o tensiune definită şi fixat la ambele capete de maşină.

Fig. 9

Caracterizarea utilizării traductoarelor liniare este prezentată astfel:

(a) tip (LF 183): pentru repetabilitate ridicată; comportament termic similar cu oţelul sau fierul; apreciere ridicată a vibraţiilor; două tipuri de montaj;

(b) tip (LC 182): pentru măsurarea poziţiei absolute; semnale incrementale adiţionale 1Vpp; comportament termic definit; două căi de montare;

(c) tip (LS 100): pentru maşini cu comandă numerică; comportament termic definit; apreciere ridicată a vibraţiilor; două căi de montare;

(d) tip (LS 600): tipic pentru maşini manuale; uşor de montat;

(e) tip (LB 382): pentru lungimi mari – 30m; comportament termic definit;

102

apreciere ridicată a vibraţiilor; două căi de montare;

(tabel 2)Incremental Absolut LF183 LS 186

LS 176LS 623LS 603

LB 382 LC 182LC 192

Etalon gradat

DIADUR pe oţel

Scală de sticlă DIADUR

Scală de sticlă DIADUR

Scală de sticlă DIADUR

Scală de sticlă DIADUR

Semnale incrementale

1Vpp LS186: 1Vpp

LS176: TTL

LS623: TTLLS603: 11 App

1Vpp 1Vpp

Perioada semnalului

4 20 μmLS176: 4μm/2 μm

20 40 20

Interfaţa de date

- EnDat/Fanuc/Mitsubishi

Acurateţe ±3 μm, ±2μm ±5 μm, ±3μm 10 5 , m3Paşii de măsurare recomandaţi

1 până la 0.1

1 până la 0.5

10 μm până la 5 μm

10 μm până la 0.1 μm

10 până la 0.1

Lungimea de măsurare

140 până la 3040mm 170 până la 3040mm

440 până la 3040mm

140 până la 3040mm

Marca de referinţă

Una sau distanţă - codată

103