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应用注释

新万博英超h运动控制与精密非接触位移传感器

介绍

非接触式位移传感器用于表面或工艺不允许接触和要求高精度的测量应用。电容式、共焦式、涡流式和激光三角测量传感器已经在结合运动系统的应用中证明了自己。非接触式传感器有许多不同的版本。然而,随着所需精度的提高,传感器范围显著减小。

尽管有范围的限制,市场上仍然有许多产品可以选择合适的传感器用于特定的应用。以下内容简要介绍了各种位移传感器技术,以帮助简化您的选择。

请注意,不仅传感器本身负责实现的精度,而是电子设备,信号处理和环境条件的组合。

涡流测量原理

严格地说,涡流原理应该归类为感应测量原理。通过涡流测量是基于从振荡电路中提取能量。这种能量是在导电材料中感应涡流所必需的。在这里,一个线圈由交流电提供,线圈周围形成磁场。

根据法拉第感应定律,如果一个导电物体存在于这个磁场中,就会在其中产生涡流。根据楞次定律,这些涡流的磁场与线圈的磁场相反,从而引起线圈阻抗的变化。这种阻抗的变化可以作为绝对距离输出。

图1.涡流位置传感原理(Commic Sepsilon UK)。

涡流传感器适用于所有具有铁磁性和非铁磁性特征的导电物体,并可用于“看穿”非导电物体。它们的传感器尺寸通常很小。涡流传感器通常用于严酷的环境条件和“中等”精度要求的应用。抗污物、压力和极端温度是关键的性能特点,使其非常适合应用,如运动系统使用传感器在激光加工环境中调整聚焦高度。输出信号和线性度取决于目标材料的电、磁特性,因此传感器需要对被测材料进行校准。传感器直径和有效测量光斑直径随测量范围增大而增大。然而,这可以用来平均出一个更大的光斑大小的表面。

电容测量原理

电容式测量原理基于理想的板式电容器如何运行。如果恒定频率的交流流过传感器电容器,则传感器上的交流电压的幅度与到目标(接地电极)的距离成比例。在实践中,由于传感器的设计作为保护环电容器,实现了几乎理想的线性特性。电容传感器还可以测量绝缘材料。

图2。电容式位置传感原理(由Micro Epsilon UK提供)。

电容式传感器的优点包括对所有导电物体具有恒定的灵敏度和线性。它们还具有高温和信号稳定性。电容式传感器具有亚纳米分辨率和良好的线性度。电容式传感器非常适合在相对干净的环境中使用大的、平坦的表面,因此应避免在测量区域产生羽流的激光应用。

激光三角测量原理

激光三角测量发射一束瞄准目标的激光束。从目标反射的光点通过CCD/CMOS阵列或PSD元件上的透镜成像。反射光束的强度取决于材料的表面。物体到传感器的距离是从接收元件上的光点位置计算出来的。数据在内部控制器中进行评估,并通过各种接口输出。

激光三角测量装置的优点是测量光斑直径小,测量对象与传感器之间的偏移距离大,测量范围大,且几乎与材料类型无关。然而,测量精度受到光泽和哑光表面的影响,并且光束路径必须是一个没有任何障碍物的干净环境。此外,与共焦、电容和涡流传感器相比,激光三角测量具有较大的传感器尺寸,并且对于反射表面需要特殊的传感器对准。高度复杂的表面可能会干扰光束返回传感器,导致数据中断。

考虑到这些限制,激光三角测量可以提供低成本、快速的表面扫描。但同样,在碎片能够进入光束路径的地方,激光三角测量并不合适。

图3。激光三角位置传感原理(由Micro Epsilon UK提供)。

共焦色度传感器测量原理

多色光(白光)从控制器中的光源出发,通过光纤传输到传感器。所述透镜的排列使光轴的纵向方向的光通过可控制的色差分解为单色波长。透镜将光聚焦到目标表面上。根据距离的不同,焦点中有特定的光谱颜色(波长)。在传感器系统中,精确聚焦于目标的光的波长用于测量。通过光学排列将从这一点反射的光成像到光敏传感器元件上,在该元件中检测并评估相关的光谱颜色。一个定义的距离点通过工厂校准分配给每个波长。

该原理在实际上可以测量所有表面,包括透明或半透明。共聚焦传感器的优点是纳米范围的极高分辨率;无关的测量;一个小,恒定的测量点;和一个紧凑的光束路径。限制将是传感器和测量对象之间的距离相对有限,光束路径和成本中所需的清洁环境通常比此处讨论的其他技术更昂贵。

图4。共焦色位置传感原理(由Micro Epsilon UK提供)。

共焦测量倾向于提供最新的电子产品,包括高速触发和记录输入,多个编码器输入和各种以太网连接,如EtherCAT。

使用具有高级运动控制器功能的位移传感器新万博英超h

自动对焦-垂直高度控制

新万博英超h比如Aerotech的运动控制器独奏者系综,自动化3200 (A3200)有能力使一个外部跟踪回路,与伺服或步进电机一起工作。位移传感器可以用作反馈装置。这通常用于控制系统内的垂直高度。传感器的模拟输出电压用作反馈,并直接馈入运动控制器模拟输入。新万博英超h自动对焦反馈回路使用了一个简化的PID回路,可以连续地保持与一个表面的高度——例如,聚焦相机或激光,或达到一个目标位置。还可以应用死带,使轴不会连续地搜寻。

通过设置我们的加速度限制特征,可以限制轴中的突然加速度,因此可以减少或消除由启用自动聚焦引起的位置命令的突然变化。以相同的方式可以通过速度钳位值指定最大跟踪速度。可以设定跟踪范围的上限和下限,使得可以考虑孔和边缘区域以使轴从高度的大波动停止。

位置同步输出(PSO)

Aerotech控制器有能力占用三个编码器输入,并将其组合以创建一个至三维路径跟踪能力。在该路径中,控制器可以输出高精度同步脉冲生成功能,称为位置同步输出。这通常用于调制激光功率、触发外部硬件设备或同步传感器输入上的数据捕获。PSO具有低抖动和低延迟规格,因为它是在硬件而不是软件中执行的。

PSO由两个主要功能块:距离计数器和脉冲发生器组成。距离计数器在旅行指定距离后生成“射击事件”。该事件可以直接进入传感器电子设备,以便可以记录位移数据。距离可以固定或包含在驱动阵列中。因此,这可以用于建立表面的连续数据或专注于被测部分的特定特征。

由于PSO数据可以是一维的,因此可以通过大多数Aerotech的运动控制器硬件等扫描等简单线路扫描。新万博英超h可以通过具有双PSO能力的设备执行二维XY零件数据捕获,并且可以通过三重PSO功能获得更复杂的3D空间或螺旋路径。

DATAACQ (A3200)和POSCAP(合奏/独奏)数据采集

集合/独奏者的A3200或POSCAP上的DataACQ命令可以与PSO功能结合使用,以记录运动控制器上的数据,而不是直接在传感器电子设备上存储数据。新万博英超h这通常是可以在发生PSO发射事件时捕获的模拟值。在共聚焦传感器的情况下,模拟数据可以是强度而不是距离,其可用于确定传感器下方的部分的其他特征。

以反向方式,所生成的外部源或其他事件可以使用其高速输入在运动控制器上开始数据记录事件。新万博英超h同样,可以记录位移或强度,或者来自各种编码器输入的位置。

使用传感器输出的位置反馈

传感器电子的模拟输出的另一种用途可以是非传统形式的位置反馈。与保留正常反馈装置的自动对焦方法不同,运动控制器可以指定传感器电子的模拟输出作为一个绝对的主要反馈,或者与另一个装置(速度环)一起,或者作为唯一的反馈新万博英超h。当模拟传感器在相对较短的距离内用作高分辨率反馈设备,使用传统电机编码器不合适或传感器不能位于测量区域的传感器类型时,这可能是有用的。

编码器反馈进入传感器电子设备

可以将最多三个单独的增量编码器的数据直接捕获到传感器电子设备中。这允许编码器数据与位移同步,并且在适用的强度数据中同步。控制器可以直接回显连接的数据,也可以将(具有适当的硬件)非增量编码器类型转换为增量格式。

EtherCAT /以太网捕获

像PSO这样的触发事件可以用来启动传感器电子通过标准TCP/IP捕获和释放的数据。以太网的不确定性/实时性可以通过使用触发器方法来克服。新万博英超h运动控制器可以通过标准TCP/IP连接访问数据。如果需要实时以太网数据,那么可以研究EtherCAT的使用。触发事件可以通过EtherCAT或传感器电子上的数据可以通过EtherCAT网络访问。A3200控制器可以选择作为EtherCAT Master,并使用XML文件中的数据与传感器关联。

虚拟仪器®/。NET/MATLAB®

Aerotech运新万博英超h动控制器有库和LabVIEW VIs(虚拟仪器),结合传感器制造商的等效产品,可以创建强大的前端和分析软件。


Aerotech希望认可Micro Epsilon UK在创建上述信息(包括图像)方面提供的专业知识和帮助。Micro Epsilon是世界领先的非接触式位移传感器制造商。

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