Автоматизированная система изготовления колпачков для ликероводочной продукции

    Хороший отражатель возвращает в датчик примерно в 3000 раз больше света, чем лист белой  бумаги. Вот почему лазерные датчики этого типа срабатывают только тогда, когда предмет перекрывает луч, отраженный от отражателя. Однако, если объект имеет зеркальную либо блестящую поверхность, то он может пройти через луч датчика и не быть обнаруженным. Эту проблему можно решить относительно простыми средствами. Если блестящий объект имеет плоские стороны и проходит через луч лазерного датчика в определенном положении, то может произойти ситуация, когда блестящая поверхность объекта отразит падающий луч обратно в приемник лазерного датчика. Вероятность ложных срабатываний такого рода может быть существенной, если поверхность блестящего объекта круглая или объект попадает в поле луча в случайном положении. Благодаря развитию светодиодной технологии увеличивается использование в лазерных датчиках светодиодов видимого диапазона. Когда используется видимое излучение, лазерный датчик виден как вспышка в отражателе. Когда от рефлектора идет отраженный луч, это означает, что лазерный датчик настроен правильно. Этот принцип так же работает, когда источник видимого света используется в лазерных датчиках, работающих на просвет. Обратный отражатель ставится перед линзой приемника и излучатель поворачивается таким образом, чтобы был виден луч в обратном отражателе. Затем отражатель убирается и пара датчиков – приемник и излучатель остаются в положении точной настройки. Поляризационные фильтры также часто применяются в тех случаях, когда используется излучатель датчика видимого диапазона. Поляризационный фильтр, используемый с лазерным датчиком, срабатывающим на обратное отражение, может значительно сократить число ложных срабатываний.

    Прежде  всего необходимо расположить поляризационные  фильтры напротив излучателя и приемника, затем повернуть фильтры таким образом, чтобы плоскости поляризации фильтров были расположены на 90 градусов относительно друг друга. Свет от излучателя, проходя через поляризационный фильтр, обладают вертикальной поляризацией. Когда свет отражается от обратного отражателя, его плоскость поляризации поворачивается на 90 градусов. И только такой поляризованный свет может пройти через поляризационный фильтр, расположенный на приемнике. Когда поляризованный свет отражается от блестящей поверхности, его плоскость остается в том же положении, и он не может пройти через второй поляризационный фильтр. Эта схема эффективно снижает помехи, связанные с бликами, однако, так же как и светофильтр, снижает мощность излучения более чем на 50%. Это становится существенным, когда вокруг датчика большая запыленность или объект находится на большом расстоянии. Следует так же помнить, что лазерные датчики с поляризационным фильтром работают только в паре с обратным отражателем, отражающие плоскости которого образованы гранями куба. 

    Тип и параметры использованного  лазерного датчика следующие:

FT20RNSK4 (фирма SELS sp)

поляризация: PNP 
сфера работы Sn: 300 mm 
регулировка: potencjometr 
свет: R 
Питание: 10…30 VDC 
нагрузочная способность [mA]: 100 mA 
функция выхода: NO или NC 
частота: 1000 Hz 
оболочка: F20 
кабель: да

2.2.5 Применение абсолютного энкодера

    Абсолютный энкодер относится к типу энкодеров, который выполняет уникальный код для каждой позиции вала. В отличие от инкрементного энкодера, счетчик импульсов не нужен, т.к. угол поворота всегда известен. Абсолютный энкодер формирует сигнал как во время вращения, так и в режиме покоя. Диск абсолютного энкодера отличается от диска пошагового энкодера, так как имеет несколько концентрических дорожек. Каждой дорожкой формируется уникальный двоичный код для конкретной позиции вала.  Абсолютный энкодер не теряет своего значения при потере питания и не требует возвращения в начальную позицию. Сигнал абсолютного энкодера не подвержен помехам, и для него не требуется точная установка вала. Кроме того, даже если кодированный сигнал не может быть прочитан энкодером, если, например, вал вращается слишком быстро, правильный угол вращения будет зарегистрирован, когда скорость вращения уменьшится. Абсолютный энкодер устойчив к вибрациям.

Рисунок 2.5 – Кодовый диск абсолютного энкодера    

    Двоичный  код

    Двоичный  код – это широко распространенный код, который может обрабатываться непосредственно микропроцессором и является основным кодом для обработки цифровых сигналов. Двоичный код состоит только из 0 и 1.   Построение ДК осуществляется по следующему принципу:

    Таким образом, выглядит в данном случае число 10 в двоичном коде. Наибольшее число, которое может быть выражено двоичным кодом, зависит от количества используемых разрядов, т.е. от количества битов в комбинации, выражающей число. Например, для выражения числовых значений от 0 до 7 достаточно иметь 3-разрядный или 3-битовый код:

    Отсюда  видно, что для числа больше 7 при 3-разрядном коде уже нет кодовых  комбинаций из 0 и 1. Переходя от чисел к физическим величинам, необходимо сформулировать вышеприведенное утверждение в более общем виде: наибольшее количество значений m какой-либо величины (угла поворота, напряжения, тока и др.), которое может быть выражено двоичным кодом, зависит от числа используемых разрядов n как m =2 n . Если n =3, как в рассмотренном примере, то получим 8 значений, включая ведущий 0. Двоичный код является многошаговым кодом. Это означает, что при переходе с одного положения (значения) в другое могут изменяться несколько бит одновременно. Например, число 3 в двоичном коде = 011. Число же 4 в двоичном коде = 100. Соответственно, при переходе от 3 к 4 меняют свое состояние на противоположное все 3 бита одновременно. Считывание такого кода с кодового диска привело бы к тому, что из-за неизбежных отклонений (толеранцев) при производстве кодового диска изменение информации от каждой из дорожек в отдельности никогда не произойдет одновременно. Это, в свою очередь, привело бы к тому, что при переходе от одного числа к другому кратковременно будет выдана неверная информация. Так при вышеупомянутом переходе от числа 3 к числу 4 очень вероятна кратковременная выдача числа 7, когда, например, старший бит во время перехода поменял свое значение немного раньше, чем остальные. Таким образом, использование обычного двоичного кода может привести к большим погрешностям, так как две соседние кодовые комбинации могут отличаться друг от друга не в одном, а в нескольких разрядах. Чтобы избежать этого применяется так называемый одношаговый код, например, так называемый Грей-код.    

Код Грея   

    Код Грея предпочтительнее обычного двоичного  тем, что обладает свойством непрерывности  бинарной комбинации: изменение кодируемого  числа на единицу соответствует  изменению кодовой комбинации только в одном разряде. Он строится на базе двоичного по следующему правилу: старший разряд остается без изменения; каждый последующий разряд инвертируется, если предыдущий разряд исходного двоичного кода равен единице. Этот алгоритм построения может быть формально представлен как результат сложения по модулю два исходной комбинации двоичного кода с такой же комбинацией, но сдвинутой на один разряд вправо. При этом крайний правый разряд сдвинутой комбинации отбрасывается.   Таким образом, Грей-код является так называемым одношаговым кодом, т.к. при переходе от одного числа к другому всегда меняется лишь какой-то один бит. Погрешность при считывании информации с механического кодового диска при переходе от одного числа к другому приведет лишь к тому, что переход от одного положения к другом будет лишь несколько смещен по времени, однако выдача совершенно неверного значения углового положения при переходе от одного положения к другому полностью исключается. Преимуществом Грей-кода является также его способность зеркального отображения информации. Так, инвертируя старший бит, можно простым образом менять направление счета и, таким образом, подбирать к фактическому (физическому) направлению вращения оси. Изменение направления счета может легко изменяться, управляя так называемым входом «Complement». Выдаваемое значение может быть возрастающим или спадающим при одном и том же физическом направлении вращения оси. Поскольку информация, выраженная в Грей-коде, имеет чисто кодированный характер не несущей реальной числовой информации, должен он перед дальнейшей обработкой сперва преобразован в стандартный бинарный код. Осуществляется это при помощи преобразователя кода (декодера Грей-Бинар), который к счастью легко реализуется с помощью цепи из логических элементов «исключающее или» (XOR) как программным, так и аппаратным способом (см. схему ниже). Из таблицы видно, что при переходе от одного числа к другому (соседнему) лишь один бит информации меняет свое состояние, если число представлено кодом Грея, в то время как в двоичном коде могут поменять свое состояние несколько бит одновременно. Код Грея – выход, следовательно, он никогда не имеет ошибку чтения и применяется во многих абсолютных энкодерах. 

    Биты, меняющие свое состояние, при переходе от одного числа к другому, обозначены красным цветом. Можно использовать такую схему для преобразования Кода Грея в двоичный код.

Рисунок 2.6 – Схема для преобразования Кода Грея в двоичный код      

Gray-Excess-Code

    Обычный одношаговый Грей-код подходит для  разрешений, которые могут быть представлены в виде числа возведенного в степень 2. В случаях, где надо реализовать  другие разрешения из обычного Грей-кода, вырезается и используется средний его участок. Таким образом, сохраняется «одношаговость» кода. Однако числовой диапазон начинается не с нуля, а смещается на определенное значение. При обработке информации от генерируемого сигнала отнимается половина разницы между первоначальным и редуцированным разрешением. Такие разрешения как, например, 360° для выражения угла часто реализуются этим методом. Так 9-ти битный Грей-код равный 512 шагов, урезанный с обеих сторон на 76 шагов будет равен 360°. Измерительная система абсолютного энкодера состоит из поворотной оси, монтированной на двух высокопрецизионных подшипниках, кодового диска, установленного на ось, а также опто-электронной считывающей матрицы и схемы обработки сигнала.

    В качестве источника света служит светодиод, инфракрасные лучи которого просвечивают кодовый диск и попадают на фототранзисторную матрицу, расположенную с обратной стороны кодового диска. При каждом шаге углового положения кодового диска темные участки кода предотвращают попадание света на те или иные фототранзисторы фототранзисторной матрицы. Таким образом, темные – светлые участки каждой из дорожек будут отображены на фототранзисторной матрице и преобразованы в электрические сигналы. Электрические сигналы, в свою очередь, подготавливаются операционными усилителями и выходными трайберами для выдачи в виде n-бит бинарного сигнала. Изменения интенсивности источника светового потока регистрируются с помощью дополнительного сенсора и компенсируются электронной схемой.   

Однооборотный энкодер

    Однооборотными (Single – Turn) датчиками называются датчики, которые выдают абсолютное значения в пределах одного оборота, т.е. в радиусе 360°. После одного оборота код является полностью пройденным и начинается опять с его начального значения. Эти датчики служат, преимущественно, для измерения угла поворота и применяются, например, в антенных системах, эксцентричных коленчатых прессах и т.д.