Budowa i zalety bezkontaktowego czujnika prędkości i drogi VLM

Dlaczego bezkontaktowy pomiar?

Mierzenie parametrów prędkości oraz drogi dla błyszczących, gorących, zatłuszczonych, mokrych, malowanych, delikatnych czy też szorstkich powierzchni wiązało się z problemami dla czujników, które musiały posiadać kontakt fizyczny z badanym przedmiotem (np. enkodery z kołem pomiarowym). Z rozwiązaniem problemu wyszła firma Astech, która skonstruowała czujniki VLM mierzące bezkontaktowo prędkość oraz drogę.

Budowa bezkontaktowego czujnika prędkości i drogi

Technologia pomiaru VLM bazuje na przeliczaniu częstotliwości na prędkość (częstotliwość jest proporcjonalna do prędkości). W porównaniu do innych czujników seria VLM charakteryzuje się tym, że nie wykorzystuje ona lasera a białe światło LED, natomiast zamiast wibrometru laserowego w urządzeniu zamontowana jest matryca CCD. Projekcja siatki występująca w innych czujnikach zastąpiona jest przez detekcję siatki, a budowa czujnika oparta jest o układy scalne o wysokiej stabilności.

Poniższy schemat przedstawia w sposób ideowy budowę czujnika. Należy zaznaczyć, że VLM do pracy nie wymaga żadnego zewnętrznego sterownika, komputera PC – po konfiguracji urządzenia z poziomu PC i aplikacji VLMTool czujnik zaczyna pracować samodzielnie i za pośrednictwem wybranego wyjścia/interfejsu przesyła wyniki pomiaru prędkości i drogi. Użytkownik, w trakcie doboru czujnika, określa wymogi co do standardu wyjścia / typu interfejsu. Czujniki VLM, dzięki wspomnianej modułowej konstrukcji, mogą być wyposażone w wiele interfejsów jednocześnie: wyjście enkoderowe (np. Push-Pull), interfejs PROFINET oraz wyjście cyfrowe (0/1) do sygnalizacji stanów czujnika.

Technologia pomiaru

Siatka jako prosty płot

Siatka jako matryca CCD

 

Interfejsy, wejścia oraz wyjścia we VLM500

Każdy czujnik VLM może zostać wyposażony w odpowiednie do aplikacji wejścia / wyjścia cyfrowe oraz interfejsy komunikacyjne. Do programowania z poziomu aplikacji na PC (VLMTool) wykorzystuje się interfejs RS-232 lub USB (w zależności od konfiguracji czujnika). W aplikacjach, gdzie czujnik ma zastąpić enkoder inkrementalny, stosuje się odpowiednie moduły wyjść enkoderowych – OC, Push-Pull lub TTL. Dodatkową zaletą tych czujników jest dostępność różnych interfejsów komunikacyjnych, w tym, popularnych w przemyśle interfejsów PROFIBUS i PROFINET. Zdarzają się również aplikacje, w których czujnik musi otrzymywać informacje z zewnątrz. W tym celu służą wejścia cyfrowe, przez które mogą być przekazywane informacje o zmianie kierunku ruchu badanego materiału (KIERUNEK), informacje dotyczące synchronizacji pomiarów (TRIGGER), informacje o wyłączeniu pomiaru (STAND-BY) oraz informacje z barier zewnętrznych (konieczne przy pomiarze odcinków materiału). Zestawienie dostępnych wejść / wyjść czujnika oraz interfejsów.

Czujniki wyposażone są w interfejsy RS-232 oraz USB służące do programowania czujnika z poziomu PC i programu VLMTool. Seria VLM posiada wyjścia impulsowe takie jak Open-Collector, Push-Pull, TTL, wyjścia analogowe prądowe 0(4)…20 mA oraz wyjścia cyfrowe (Status/Błąd). Wejścia jakimi dysponują czujniki rodziny VLM to Kierunek, Trigger, Stand-by oraz wejście barier. Komunikacja może odbywać się również poprzez różnorodne interfejsy komunikacyjne: RS-422, RS-485, Profibus DP,  Profinet, Ethernet.

Podstawowe parametry VLM

Podstawowym prametrem czujnika VLM jest zakres prędkości do 3000 m/min (50 m/s). Jego dokładność sięga wartości 0,05% przy powtarzalności wynoszącej do 0,025%. Czujniki mogą pracować w pomieszczeniach, w któych zakres temperatury jest w granicy 0…50 °C. Stopień ochrony obudowy to IP65. Zasilanie odbywa się poprzez napięcie 24 VDC. Wymiary obudowy to 260 mm x 160 mm x 90 mm.

 

 

Porównanie enkodera z kołem pomiarowym z bezkontaktowym czujnikiem VLM

 

Zalety czujników VLM

Czujniki posiadają solidną konstrukcję – aluminiową obudowę o stopniu ochrony IP65. Wszystkie elementy są skręcane. Dostępne są również obudowy ochronne do szczególnie trudnych aplikacji. Czujniki VLM mają zwartą konstrukcję, gdyż wszystkie elementy zamknięte są w jednej obudowie, nie wymaga zewnętrznych modułów, jednakże jeżeli w miejscu aplikacji jest mało miejsca, możliwy jest wybór wersji VLM502, która rozdziela czujnik na dwa mniejsze elementy. Modułowa budowa wynika z tego, że wszystkie elementy czujnika mogą być naprawione lub wymienione na nowe, jeśli zaistnieje taka konieczność. Białe światło LED w połączeniu z regulacją jasności, czasu ekspozycji i wzmocnienia sygnału zapewnia niezależność od powierzchni obiektu. Żywotność LED – około 50 000 godzin (z zachowaniem do 70% jasności), co daje ponad 20 lat. VLM posiada wysoką prędkość przetwarzania, a także precyzje i powtarzalność. Istotną wiadomością jest fakt, że producent gwarantuje 5 letnią gwarnację.

Porównanie z techniką laserową

Matryca CCD i światło LED wykorzystywane w czujnikach VLM zapewniają największą długoterminową stabilność na rynku (ze względu na żywotność źródła światła – LED) oraz bardzo krótki czas stabilizacji (w przeciwieństwie do rozwiązań opartych o lasery). Wysoka tolerancja zabrudzonego okna czujnika zachowana jest ponieważ odniesienie pomiaru znajduje się wewnątrz obudowy (inne czujniki: laser rzutuje światło przez okno, dlatego brudne okno może powodować błędy pomiaru). Źródło białego światła LED jest bezpieczne dla oczu stąd nie jest konieczne dodatkowe zabezpieczenie (inne czujniki: laser najczęściej posiada źródło klasy 3b, które jest niebezpieczne dla ludzkiego oka, dlatego niezbędna jest specjalna ochrona oraz przeszkolenie personelu).