Pomiar drogi, pozycji i przemieszczenia na 5 sposobów wg AP Automatyka

W aplikacjach, w których przychodzi nam mierzyć drogę, pozycję i/lub przemieszczenie liniowe, stajemy przed trudnym wyborem odpowiedniego czujnika. W oparciu o nasze doświadczenie postanowiliśmy opisać pięć najczęściej stosowanych urządzeń do pomiaru drogi i pozycji liniowej. Są to czujniki pozycji liniowej, które różnią się zasadą działania, budową, sposobem komunikacji, itd. Wszystkie przedstawione w artykule czujniki znajdują zastosowanie w automatyce przemysłowej, w maszynach i urządzeniach instalowanych w fabrykach (w procesie ich automatyzacji), w maszynach mobilnych i/lub robotach przemysłowych.

Co to jest enkoder obrotowy z kołem pomiarowym i ramieniem?

Jedną z najczęściej stosowanych metod pomiarowych w automatyce i robotyce, podczas kontroli pozycji czy przemieszczenia, są enkodery. Zazwyczaj łączone z napędami służą jako pętla zwrotna zabezpieczająca układ przed utratą pozycji. Wyróżnia się enkodery inkrementalne (najprostsze) oraz absolutne (posiadające wybrane interfejsy komunikacyjne, w tym interfejsy oparte o RS-485 lub Ethernet).
Enkoder obrotowy można doposażyć w odpowiednie akcesoria, w tym uchwyt lub ramię oraz koło pomiarowe. Dzięki temu zyskujemy proste narzędzie np. do odmierzania długości folii, papieru, drewna, gumy czy blachy. Jeśli do czujnika dołączymy wskaźnik z programowalnymi wyjściami przekaźnikowymi, uzyskamy prosty układ automatyki do kontroli długości detali, cięcia detali na określoną długość, …
Warto dodać, że wybrane uchwyty oraz ramiona posiadają układ sprężyn, który zapewnia odpowiedni docisk koła pomiarowego do badanej powierzchni. Dzięki temu zapewnia się właściwe tarcie między kołem a materiałem = warunek dokładnych pomiarów długości.

Co to jest enkoder linkowy?

Kolejnym ciekawym rozwiązaniem są enkodery linkowe. Czujnik ten uzyskuje się w wyniku połączenia enkodera obrotowego (inkrementalnego lub absolutnego) z odpowiednio dobranym mechanizmem linkowym. Poprzez wyciąganie linki z mechanizmu, która nawinięta jest na bębnie, powodujemy, że obracamy również osią enkodera. Ruch ten następnie przeliczany jest na przebytą drogę / pozycję.
Podstawową cechą mechanizmu linkowego jest jego zakres pomiarowy. W ofercie posiadamy mechanizmy linkowe z zakresem od 1 do nawet 60 m. Warto wspomnieć, że oferujemy również rozwiązania specjalne, np. do stref zagrożonych wybuchem, czy obudowy przystosowane do pracy w trudnych warunkach, również morskich. Dzięki modułowej budowie (enkoder + mechanizm linkowy) ewentualny serwis jest prostszy niż w przypadku czujników linkowych ze zintegrowanym elementem pomiarowym np. w postaci potencjometru (nie wspominając o żywotności sensora).

Co to jest głowica z taśmą magnetyczną lub pierścieniem magnetycznym?

Jest to mniej popularne, ale również bardzo ciekawe rozwiązanie, odporne na zabrudzenia, zakurzenia, wilgoć, itd. Głowica (element pomiarowy) montowana jest nad taśmą magnetyczną, którą przyklejamy do podłoża. Pomiar drogi / pozycji jest realizowany w momencie przesuwania głowicy nad rzeczową taśmą magnetyczną.
Warto zaznaczyć, że dostępne są również pierścienie magnetyczne lub elastyczne taśmy magnetyczne, które można nakleić na przygotowane koło. Głowica zamontowana nad taśmą realizuje pomiar pozycji.
Tego typu czujniki, znane również jako enkodery liniowe, znajdują zastosowanie w układach automatyki, w których wymagana jest wysoka rozdzielczość pomiarów, a warunki pracy są nieprzyjazne dla alternatywnych rozwiązań (zabrudzenia, zawilgocenia, itd.).

Co to jest enkoder bezkontaktowy?

Większość automatyków enkodery bezkontaktowe kojarzy z magnesem i zjawiskiem Halla. Pisząc enkoder bezkontaktowy mamy na myśli enkoder oparty o zupełnie inną technologię, opracowaną przez firmę Astech, a bazującą na białym świetle LED. Czujniki oparte o tę technologię mierzą prędkość i długość różnych materiałów, niezależnie od ich nawierzchni. Mogą to być błyszczące arkusze metali, tworzywa sztuczne, folie (również transparentne), tekstylia, gumy, itd. W najprostszych układach automatyki enkoder bezkontaktowy do sterownika podłącza się jak zwykły enkoder inkrementalny, z wyjściem Push-Pull (HTL). Dostępne są oczywiście enkodery bezkontaktowe z innymi interfejsami, w tym PROFINET, Analog, itd. (standard wyjścia zależy od wybranej konfiguracji czujnika). Warto wspomnieć o czujniku najnowszej generacji, który realizuje jednoczesny pomiar w dwóch osiach (pomiar wzdłużny i poprzeczny), co z kolei pozwala na pomiar długości/prędkości materiału oraz jego przemieszczania się na boki (prawo/lewo).

Co to jest laserowy czujniki odległości?

Laserowe czujniki firmy pozwalają na precyzyjny bezkontaktowy pomiar odległości, pozycji, przemieszczenia. Oferowane czujniki, ze względu na budowę i zasadę działania, pozwalają mierzyć w zakresie do 30 m, a wybrane modele nawet do 300 m (bez żadnego elementu rozpraszającego światło, w tym lustra). Proponowane czujniki laserowe wyróżnia zakres pomiarowy, częstotliwość pomiaru, interfejsy cyfrowe (w tym PROFINET lub EtherNet/IP, popularne w automatyce). Warto wspomnieć o wersjach specjalnych tych czujników, np. o modelach z wbudowaną grzałką (do pracy na zewnątrz, również przy niskich temperaturach) oraz o modelach, które mogą pracować w strefie zagrożonej wybuchem (czujniki z ATEX). Dalmierze laserowe szczególnie często stosowane są przy pozycjonowaniu suwnic, kontroli poziomu płynów czy materiałów sypkich, kontroli wymiarów różnych obiektów.

Jakie rozwiązanie do pomiaru drogi wybrać?

Podchodząc do zagadnienia realizacji pomiarów pozycji i przemieszczenia warto pamiętać o dostępnych, przedstawionych powyżej rozwiązaniach. Mogą one stać się ciekawą alternatywą lub rzucić całkiem nowe światło na realizowane do tej pory zadania znanymi dla nas narzędziami.
W wielu przypadkach zauważymy w ogóle możliwość dokonania pomiarów drogi tam, gdzie do tej pory nie było to możliwe. Przykładem tego typu aplikacji jest pomiar długości delikatnego materiału, lepkiego materiału czy materiału o wysokiej temperaturze, którego żaden czujnik (z kołem pomiarowym) nie może dotknąć. Do tego typu aplikacji idealnie nadaje się bezkontaktowy enkoder, niewrażliwy na zmianę materiału, jego strukturę (chropowatość), czy kolor.
Ciekawym rozwiązaniem jest również głowica z taśmą magnetyczną, zwłaszcza elastyczną – umożliwia pomiar przesunięcia po łuku (jeśli oczywiście zapewnimy odpowiednie prowadzenie głowicy po łuku).
Wiemy doskonale, że zazwyczaj arkusz kalkulacyjny weryfikuje to, jakie narzędzie będzie zastosowane w danej aplikacji. Zachowajmy jednak otwarte umysły na sytuacje, w których dotychczasowe rozwiązania będą niewystarczalne i będziemy szukać zupełnie nowego podejścia. W takich sytuacjach zapraszamy do kontaktu!