1

1

MISURE DI SPOSTAMENTO

Senza contatto

2

TRASDUTTORI TRASDUTTORI INDUTTIVIINDUTTIVI

A CORRENTI A CORRENTI PARASSITEPARASSITE

2

3

bobina alimentata bobina alimentata con corrente con corrente alternata (alternata (≈≈1 MHz)1 MHz)

la bobina genera la bobina genera un campo un campo elettromagneticoelettromagnetico oscilloscill..

bobinabobina

linee di flussolinee di flusso

correnti parassitecorrenti parassite

superficie metallicasuperficie metallica

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE

4

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE

3

5

oscilloscill..

bobinabobina

linee di flussolinee di flusso

correnti parassitecorrenti parassite

superficie metallicasuperficie metallicasul conduttore sul conduttore nascono le correnti nascono le correnti parassiteparassite

ll’’intensitintensitàà delle delle correnti parassite correnti parassite èèfunzione della funzione della distanza del distanza del trasduttore dal trasduttore dal conduttoreconduttore

le correnti le correnti parassite modificano parassite modificano ll’’induttanza della induttanza della bobinabobina

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE

6

Le correnti parassite Le correnti parassite nel conduttore creano a nel conduttore creano a loro volta un campo loro volta un campo elettromagnetico che elettromagnetico che modifica lmodifica l’’induttanza induttanza della bobinadella bobina

Si può dunque Si può dunque eseguire una misura di eseguire una misura di variazione di induttanzavariazione di induttanza

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE

4

7

oscillatoreoscillatore

demodulatoredemodulatore

amplificatoreamplificatore

bobinabobina

conduttoreconduttore

correnti parassitecorrenti parassite

linee di flussolinee di flusso

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASDUTTOREDEL TRASDUTTORE

8si misura una variazione di induttanzasi misura una variazione di induttanza

demoddemod..e F.P.B.e F.P.B.

bobinabobinaattivaattiva

bobina dibobina dibilanciamentobilanciamento

CIRCUITO DI MISURACIRCUITO DI MISURA

5

9

CIRCUITO DI MISURACIRCUITO DI MISURA

10

EDDY CURRENT PROBE

6

11

Portata:2 mm (a partire da 0,25 mm)Portata:2 mm (a partire da 0,25 mm)

4 mm ( a partire da 1 mm)4 mm ( a partire da 1 mm)

Diametro sonda:Diametro sonda: 5 5 ÷÷ 14 mm14 mm

SensibilitSensibilitàà:: 8 8 ÷÷ 4 V/mm4 V/mm

LinearitLinearitàà:: < 0,05 < 0,05 ÷÷ 0.2 mm0.2 mm

VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:

12

EDDY CURRENT PROBE

7

13

SENSIBILITSENSIBILITÀÀ ALLA TEMPERATURAALLA TEMPERATURA

0

10.5

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20us

cita

[ V

]

distanza relativa [mm]

22°C100°C177°C

Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale

[mm

]

0

10.5

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20us

cita

[ V

]

distanza relativa [mm]

22°C100°C177°C

Scostamento della distanza relativa rispetto alla sensibilità nominale

[mm

]

14

SENSIBILITSENSIBILITÀÀ AL MATERIALEAL MATERIALE

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [V

]

distanza relativa [mm]

AISI E4140AISI 304AlCu

0 1 2 3 4 50

5

10

15

20

usci

ta [V

]

distanza relativa [mm]

AISI E4140AISI 304AlCu

8

15

EDDY CURRENT PROBE

16

EDDY CURRENT PROBE

9

17

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

Trasduttori di prossimitTrasduttori di prossimitàà onon--offoff

Trasduttori di spostamentoTrasduttori di spostamento

18

10

19

RIFERIMENTO DI FASERIFERIMENTO DI FASE

ω Cond.

[s]

[ V ]

ωCond.

[s]

[ V ]

20

SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO

11

21

SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO

Probe 1 & 2Probe 1 & 2

(x & y)(x & y)

AccelAccel 1 & 21 & 2

(x & y)(x & y)

22

SOVRAPPOSIZIONE VIBRAZIONI-DIFETTI DI FORMA

12

23

SPOSTAMENTO RELATIVO PERNOSPOSTAMENTO RELATIVO PERNO--CUSCINETTOCUSCINETTO

24

ESEMPI

13

25

ESEMPI

Correnti parassite

Capacitivi

Laser a triangolazione

Encoder

26

TRASDUTTORI TRASDUTTORI CAPACITIVICAPACITIVI

14

27

C = capacità [pF]

ε0 = costante dielettrica dell’aria [pF/m]

εr = costante dielettrica del materiale

tra le armature [pF/m]

A = area delle armature

d = distanza tra le armature

C =C = AAdd00εε εr

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

28

C =C = AAddεεrrεε00

Si può variare C variando : legame lineareεεrr

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

15

29

C =C = εε AAddrrεε00

Si può variare C variando A: legame lineare

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

30

Si può variare C variando d: legame non lineare

C =C = εε AAddrrεε00

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

16

31

APPLICAZIONI: Misura di Spostamento APPLICAZIONI: Misura di Spostamento RelativoRelativo

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

32

MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

dd

MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

MASSA MASSA DELL’ALIMENTATOREDELL’ALIMENTATORE

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

dd

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

17

33

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA

CHASSISCHASSIS

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA

ALIMENTAZIONEALIMENTAZIONEIN CORRENTE IN CORRENTE

(AC)(AC)

SENSORESENSORE

ddANELLO DI ANELLO DI GUARDIAGUARDIA

CHASSISCHASSIS

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

34

VVee

SS

CIRCUITI DI MISURA: PONTE DI CIRCUITI DI MISURA: PONTE DI WHEASTONE IN C.A.WHEASTONE IN C.A.

si misura la variazione di impedenza Z

ZZ j C= 1

ω

circuito di circuito di condizionamentocondizionamento

18

35

Portata:Portata: 0,05 0,05 ÷÷ 10 mm10 mm

SensibilitSensibilitàà::1 1 ÷÷ 200 V/mm200 V/mm

Risoluzione:Risoluzione: 0,02 % f.s.0,02 % f.s.

LinearitLinearitàà:: > > ±± 0,2 % f.s.0,2 % f.s.

Figura Figura μεμε

VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:

36

Svantaggi:Svantaggi:sensibili alle variazioni di capacitsensibili alle variazioni di capacitàà del cavodel cavo

sensibili alle variazioni delle caratteristiche sensibili alle variazioni delle caratteristiche

del dielettrico (acqua, olio, umiditdel dielettrico (acqua, olio, umiditàà))

elevata impedenzaelevata impedenza

Vantaggi:Vantaggi:elevata sensibilitelevata sensibilitàà e stabilite stabilitàà

poco sensibili alle variazioni di temperaturapoco sensibili alle variazioni di temperatura

target non conduttoretarget non conduttore

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

19

37

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

38

TRASDUTTORI CAPACITIVITRASDUTTORI CAPACITIVI

20

39

APPLICAZIONI: Misura di LivelloAPPLICAZIONI: Misura di Livello

40

APPLICAZIONI: Misura di LivelloAPPLICAZIONI: Misura di Livello

21

41

LASER A LASER A TRIANGOLAZIONETRIANGOLAZIONE

42

FotorilevatoreFotorilevatore

diododiodolaserlaser

campo dicampo dimisuramisura

LASER A TRIANGOLAZIONE

22

43

Sensore analogico

Sensore digitale

LASER A TRIANGOLAZIONE

44

y = 0y = 0 -- yy+ y+ y

i = 0i = 0

-- ii

+ i+ i

foto rilevatorefoto rilevatore

lentilenti

diododiodolaserlaser

θ θ = 30= 30°° -- 5050°°

iA

iCxx

LASER A TRIANGOLAZIONE

23

45

iiAA

iiCC

converconver..corr./corr./tenstens..

converconver..corr./corr./tenstens..

eeAA

eeCC

eeAA-- eeCC

eeAA++ eeCC

eediffdiff

eesomsom

eeddeess

eexx

GG xx

fasciofasciodi lucedi luce

LASER A TRIANGOLAZIONE

46

LASER A TRIANGOLAZIONE

24

47

±±10%10%

--55 00 +5+5distanza [mm]distanza [mm]

--55

00

+5+5

outp

ut [

V]ou

tput

[V]

+10%+10% --10%10%

distanzadistanzadi misuradi misura

trasduttoretrasduttore

50 mm50 mm

45 mm45 mm

55 mm55 mm

--5 V5 V

0 V0 V

+5 V+5 V

regolazioneregolazioneguadagnoguadagno portataportata

LASER A TRIANGOLAZIONE

48

5050 5555mmmm

outp

ut [

V]ou

tput

[V]

4545

00

+5+5

--55

campo di misuracampo di misura

CURVA CARATTERISTICACURVA CARATTERISTICA

sensibilitsensibilitàà1 V/mm1 V/mm

25

49

raggio laser visibile (raggio laser visibile (λλ = 675 = 675 nmnm))

spot di piccole dimensioni (spot di piccole dimensioni (φφ = 0,1 = 0,1 ÷÷ 1 mm)1 mm)

poco sensibili alla rugositpoco sensibili alla rugositàà superficiale e superficiale e

alle variazioni di colore del targetalle variazioni di colore del target

possibilitpossibilitàà di misurare spessori di oggetti di misurare spessori di oggetti

trasparentitrasparenti

CARATTERISTICHE:CARATTERISTICHE:

50

VALORI TIPICI:VALORI TIPICI:

Portata: Portata: ±± 0,25 0,25 ÷÷ 100 mm100 mm

Distanza di misura: 5 Distanza di misura: 5 ÷÷ 340 mm340 mm

LinearitLinearitàà: 2 : 2 ÷÷ 600 600 μμmm

Risoluzione: 0,1 Risoluzione: 0,1 ÷÷ 60 60 μμmm

Tempo di integrazione: 0,1 Tempo di integrazione: 0,1 ÷÷ 30 ms30 ms

26

51

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

posizionamentoposizionamentobraccio robotbraccio robot

misura dimisura divibrazionivibrazioni

52

misura dimisura dilivellolivello

misura dimisura dispessorespessore

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

27

53

controllo di processi produttivicontrollo di processi produttivi

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI

54

28

55

56

29

57

--0.300.30

--0.200.20

--0.100.10

0.000.00

0.100.10

0.200.20

0.300.30

0.400.40

00 200200 400400 600600 800800

AM

PIEZ

ZA [m

m]

AM

PIEZ

ZA [m

m]

DISTANZA [mm]DISTANZA [mm]

MAREZZATURAMAREZZATURA

58

TRASDUTTORI TRASDUTTORI DIGITALIDIGITALI

30

59

ENCODERENCODER

60

alberoalbero

ENCODERENCODER

31

61

ENCODERENCODER

62

ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI

Il segnale di uscita Il segnale di uscita èè costituito da una costituito da una successione di N impulsi per girosuccessione di N impulsi per giro

(N (N ≡≡ numero di incisioni)numero di incisioni)

Il riferimento angolare viene perduto se si Il riferimento angolare viene perduto se si interrompe linterrompe l’’alimentazionealimentazione

tempotempo

uscitauscita[V][V]

32

63

Monodirezionale:Monodirezionale:uscita A: N impulsi per girouscita A: N impulsi per giro

uscita Z: 1 impulso per girouscita Z: 1 impulso per giro

uscita Auscita A

uscita Zuscita Z

((non permette di ricavare il verso di rotazione non permette di ricavare il verso di rotazione delldell’’albero)albero)

ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI

64

Bidirezionale:Bidirezionale:

uscita Auscita A

uscita Buscita B

uscita Zuscita Z uscita Zuscita Z

uscita Auscita Auscita Buscita B

A in anticipo su BA in anticipo su B

rotazione orariarotazione oraria

uscita Auscita A

uscita Buscita BB in anticipo su AB in anticipo su A

rotazione antiorariarotazione antioraria

uscita Zuscita Z

ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI

33

65

Il numero massimo di incisioni N che si Il numero massimo di incisioni N che si

possono realizzare dipende dal diametro possono realizzare dipende dal diametro

del discodel disco

Da N dipende la Risoluzione Angolare Da N dipende la Risoluzione Angolare ΔθΔθ ::

N360Δϑ =

°

N: 1 N: 1 ÷÷ 9000

ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI

66

Possono essere utilizzati per misurare la velocitPossono essere utilizzati per misurare la velocitààangolare di rotazione di un albero:angolare di rotazione di un albero:

La rotazione dellLa rotazione dell’’albero può essere ricavata albero può essere ricavata contando gli impulsi k dal riferimento Z:contando gli impulsi k dal riferimento Z:

tempotempo

uscitauscita[V][V]

ΔΔtt

ttωω ==

ΔϑΔϑΔΔ

θθ = k = k ΔθΔθ

ENCODERS INCREMENTALIENCODERS INCREMENTALI

34

67

ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI

Disco codificato con Disco codificato con n piste (bit) che n piste (bit) che vengono lette simultaneamente fornendo vengono lette simultaneamente fornendo unun’’uscita in codice (binario, uscita in codice (binario, GrayGray))

Per ogni settore angolare si ha un codice Per ogni settore angolare si ha un codice differentedifferente

Con un solo disco il numeroCon un solo disco il numerodi settori angolari N di settori angolari N èè pari a:pari a:

N = 2N = 2nn

68

Le n piste vengono lette da n Le n piste vengono lette da n fotorilevatorifotorilevatori differentidifferenti

ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI

35

69

Dal diametro del disco dipende il Dal diametro del disco dipende il

numero di piste n (n numero di piste n (n ≡≡ numero di bit)numero di bit)

Da n dipende la Risoluzione Angolare Da n dipende la Risoluzione Angolare

ΔθΔθ ::

n = 2 n = 2 ÷÷ 1616

360Δϑ =°

2 n

ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI

70

In corrispondenza della zona limite In corrispondenza della zona limite non si conosce il valore assoluto non si conosce il valore assoluto della posizionedella posizione

ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI

36

71

CODICE GRAY:CODICE GRAY:

cambia solo un bit alla voltacambia solo un bit alla volta

ENCODERS ASSOLUTIENCODERS ASSOLUTI

72

FREQUENZA MASSIMA DI USCITAFREQUENZA MASSIMA DI USCITA

La capacitLa capacitàà del cavo limita la frequenza di del cavo limita la frequenza di uscita arrotondando il fronte duscita arrotondando il fronte d’’onda delle onda delle onde quadreonde quadre

ININ OUTOUT

ININ

OUTOUT

37

73

MASSIMA VELOCITA’ ANGOLARE

0 2000 4000 6000 8000 10000100

10 k

rpm

N (n

umer

o di

div

isio

ni)

Frequenzemassime tipiche

10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz

[ ]ω max max= FN rpm60

0 2000 4000 6000 8000 10000100

10 k

rpm

N (n

umer

o di

div

isio

ni)

Frequenzemassime tipiche

10 MHz500 kHz300 kHz160 kHz100 kHz50 kHz30 kHz10 kHz

[ ]ω max max= FN rpm60

74

ENCODER: IMMAGINI E RIFERIMENTI ANGOLARI

38

75

ENCODER: TARATURA

76

ENCODER: IL PROBLEMA DEL GIUNTO

39

77

ENCODER: IL PROBLEMA DEL GIUNTO

78

40

79

80

41

81

FUNZIONAMENTO ENCODER

82

Binario tradizionale

Binario GREY Utilizzo di un numero di

settori minore

LE LOGICHE DIGITALI

42

83

UTILIZZI TIPICI DELL’ENCODER