Бесконтакное прецизионное измерения положения штока

[Дмитрий Андреевич]

Здравствуйте все!

Проектирую механический измерительный прибор с электронной выдачей результатов. Область для меня несколько нова, но есть задача, ее нужно решить. Сразу скажу, метод стандартизирован и прибор должен пройти госповерку, поэтому идеи по изменению метода измерения приходиться отбросить.

Суть:  

1. Пуанссон калиброванной массы  и размера (120г, 36мм диам.) находиться над столиком на известном расстоянии.
2. Спусковой механизм отпускает пуанссон и он под действием своей массы свободно опускается на образец продукта. За время t (30 sec) поршень раздавит наш образец на некоторую толщину.
3. Через 30 сек нужно измерить конечное положение пуанссона.
4. По известному математическому закону рассчитываем число условных единиц измерения.

Проблема:

1. Измерить передвижение пуанссона с точностью 0,035 мм или выше при длине хода пуанссона в 20 мм. Это составляет 0,15% от его хода.
2. Нельзя воздействовать на пуанссон, т.е. последний должен двигаться под действием собственной массы.

Вопрос: Как делают подобные измерения?

У меня есть мысли:

1. Индуктивный метод (катушка индуктивности вокруг стержня пуанссона - см. картинку). Опасения: а) со временем стержень может намагнититься и точность упадет; б) Магнитное поле катущки будет "втягивать" стержень, таким образом влияя на усилие на пуанссоне и на конечный результат измерений.
2. На датчике Холла. В продолжение вышеупомянутого метода: вокруг стежня катушка индуктивности, с торца закреплен ДХ. Когда стержень будет отдаляться от ДХ, будут меняться показания последнего. Но сомневаюсь что это вообще будет работать.
3. Оптический (лазерный). Подумать как прикрутить к этому делу лазерную головку от дисковода и привод вместе с ней. На стержень нанести  контрастную метку и, перемещая каретку посредством ходового винта, искать эту метку. По положению привода (там же вроде как шаговый двигатель) определять положение метки.
4. Емкостной. Не совсем довел идею до конца, суть представлена на иллюстрации. По сути, 2 обкладки конденсатора, как бы 2 полутрубы, а стержень, электрически не связанный с обкладками, двигается во фторопластовой, а лучше полиамидной втулке изменяет свойства среды, таким образом меняя емкость конденсатора. Опасения: а) низкая емкость полученного конденсатора, как следствие трудности с определением емкости; б) Точность метода будет низкой как мне кажется.

Изменено 1 декабря, 2017 пользователем Дмитрий Андреевич

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[_abk_]

Только оптический метод, по "линейке" с рисками, как в принтере. И достаточно просто.

Остальное не даст требуемой точности и уж точно не пройдет поверку.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Добрый дядя]

Посмотрите устройство дифманометра может пригодится.

[Реклама]

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Дмитрий Андреевич]

Тоже все больше склоняюсь к оптике. Еще подумал, может просто тупо ПЗС типа как в сканере поставить. Изучая шкалу делений прибора, пришел к выводу, что меня больше всего интересуют последние 10 мм, в верхние 10 это холостой ход, т.к. образец никогда не бывает больше 10 мм, да и сама шкала создана так, что только эта часть шкалы используется, по сути. Но точность позиционирования все-равно должна быть той, которая заявлена.

31 минуту назад, Добрый дядя сказал:

Посмотрите устройство дифманометра может пригодится.

хм, не совсем понял направление мысли...

Изменено 1 декабря, 2017 пользователем Дмитрий Андреевич

[Реклама]

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Инженеры КОМПЭЛ провели сравнительное тестирование аккумуляторов EVE и Samsung популярного для бытовых и индустриальных применений типоразмера 18650. 

Для теста были выбраны аккумуляторы литий-никельмарганцевой системы: по два образца одного наименования каждого производителя – и протестированы на двух значениях тока разряда: 0,5 А и 2,5 А. Испытания проводились в нормальных условиях на электронной нагрузке EBD-USB от ZKEtech, а зарядка осуществлялась от лабораторного источника питания в режиме CC+CV в соответствии с рекомендациями в даташите на определенную модель. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[_VN_]

 Оптический может сбоить при механическом переходном процессе соприкосновения пуансона с образцом продукта. 

[Реклама]

Литиевые аккумуляторы EVE Energy и решения для управления перезаряжаемыми источниками тока (материалы вебинара)

Опубликованы материалы вебинара Компэл, посвященного литиевым аккумуляторам EVE Energy и решениям для управления перезаряжаемыми источниками тока.

На вебинаре мы представили информацию не только по линейкам аккумуляторной продукции EVE, но и по решениям для управления ею, что поможет рассмотреть эти ХИТ в качестве дополнительной альтернативы для уже выпускающихся изделий. Также рассмотрели нюансы работы с производителем и сервисы, предоставляемые Компэл по данной продукции. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Дмитрий Андреевич]

Да, еще может сбоить при старте (отпускании) пуанссона. Нужно либо а: использовать триггерный дополнительный датчик (датчик абсолютного положения, который уточнит старт начала отсчета рисок), либо б: использовать 2 датчика оптических, чтобы всегда знать направление движения штока, либо в: использовать датчик абсолютного положения по типу CCD. Собвственно, пока что на CCD и остановился. В понедельник встречусь с заказчиком, озвучу примерный объем работ, сроки и цену. Т.к. у меня сложилось впечатление, что заказчику этот прибор показался "очень несложным"...

[Реклама]

Литиевые батарейки и аккумуляторы от мирового лидера  EVE в Компэл

Компания Компэл, официальный дистрибьютор EVE Energy, бренда №1 по производству химических источников тока (ХИТ) в мире, предлагает продукцию EVE как со склада, так и под заказ. Компания EVE широко известна в странах Европы, Америки и Юго-Восточной Азии уже более 20 лет. Недавно EVE была объявлена поставщиком новых аккумуляторных элементов круглого формата для электрических моделей «нового класса» компании BMW.

Продукция EVE предназначена для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Добрый дядя]

Дифманометр состоит из двух частей (условно) мембраны и дифференциального трансформатора (вам нужно второе.

данный трансформатор имеет внутри ЛАТУННЫЙ перемещаемый сердечник.

[Дмитрий Андреевич]

ага, понял. Я так думаю, что кроме латунной части сердечника есть еще и стальная часть. По сути, прибор меряем взаимную индуктивность катушек. Через измерительный мост. Вариант, но меня смущает только точность его.

[Добрый дядя]

Точность будет зависеть от качества изготовления трансформатора,кроме того этот метод имеет большой шанс пройти госповерку.

[Дмитрий Андреевич]

ясно, спасибо за совет. Подумаем_с в этом направлении тоже. Надо будет понять какую мотать индуктивность. В принципе, напрашивается мысль изготовить измерительный стенд с закрепленным сверху микрометром и попробовать.

[Добрый дядя]

Просто как направление http://www.1kip.ru/catalog/product/486

[XP1]

 В журналах: Радио №9.1988г и Радио №5.1986 г описаны два варианта индуктивных измерителя перемещений .... Может чем то поможет в вашей разработке.... А вообще то не понятно почему нельзя применить контактный способ....   Ваш прибор чем то напоминает прибор проверки качества "клейковины" в муке  в пищевой промышленности.

[Дмитрий Андреевич]

Да, Вы правы. Это он и есть (прибор проверки клейковины). Контактный метод какой? Метод измерения стандартизирован для свободного падения штока на образец. т.е. нужно минимизировать внешние влияния на шток.

[Дмитрий Андреевич]

В общем, с линейно-дифференциальным трансформатором не все просто: чтобы получить требуемую точность, нужно брать прецизионный трансформатор (он идет с драйвером). Так вот, в миру нашел только Хонивеловские. По Украине вообще н есмог найти LVDT промышленных. Только самому мотать. Как-то мутно получается с самостоятельной моткой. Хотя... может и попробовать стоит

Цена на них кусючая очень, на эти LVDT...

[hardbar]

Лазерный дальномер смотрящий сверху на шток. Если конструкция сверху не закрыта. 

[Дмитрий Андреевич]

В общем, остановился на диф.трансформаторе (пока что для макета). Хочу попробовать добиться нужных результатов, если не получиться, буду думать в сторону оптики. Но вот незадача: найти  и купить нужный датчик является в Украине проблемой... стоит немалых денег, на сколько я понял.

Подумал для начала попробовать намотать самостоятельно. Нашел примерные геометрические размеры датчика и параметры его катушек. Датчик решил взять Е500. Я так понимаю, мотать нужно четко виток к витку, иначе не получить хорошего распределения индуктивности по длинне?

Также есть вопрос по снятию показаний. Судя по всему, наилучшее решение - использование готовой микросхемы типа AD698, но тут тоже грабли в виде цены в $65! Для экспериментов как бы не комильфо...

Кто что скажет, может есть рабочие схемы как обойти вопросы с драйверами?

[slav0n]

 

[Sergey-Ufa]

12 часа назад, Дмитрий Андреевич сказал:

Подумал для начала попробовать намотать самостоятельно

Несколько лет назад решал аналогичную задачу. То, что датчик перемещения должен быть LVDT сомнений не вызвало ни разу. Покупать отдельно LVDT-датчик, городить затем для него электронику, механические детали мне показалось чересчур затратно. Линейность самодельного датчика тоже вызывала сомнения, хотя еще ранее такие датчики делал сам. Но там особых требований к метрологии не было. В конечном итоге остановился на такой штуке:

Цена на 2012 год была в пределах 12000 руб. Но зато отличная метрология. Приборчик достаточно легко сопрягается с компом. У производителя имеется свой оригинальный софт и USB-адаптер. Но по ряду причин они мне не подошли и я сам сделал простенький адаптер на МК и написал программу для компа, фиксирующую временную зависимость перемещения. При нынешнем курсе $ этот измеритель будет дороговат, но есть и более дешевые варианты

https://ru.aliexpress.com/item/Mitutoyo-Digital-Dial-Indicator-0-12-7mm-0-01-Dial-Gauge-543-782-Digital-Dial-Test/32777945564.html?ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_0_10152_10151_10065_10344_10068_10345_10342_10343_10340_10341_10543_10541_10084_10083_10307_10301_10539_10312_10313_10059_10314_10534_100031_10604_10603_10103_10605_10594_10596_10107_10142,searchweb201603_25,ppcSwitch_0&algo_expid=97778ecf-a090-41b3-811b-8b07c97a5f1f-5&algo_pvid=97778ecf-a090-41b3-811b-8b07c97a5f1f&rmStoreLevelAB=4

Главное, чтобы был разъем для подключения к компу. AliExpress не единственный продавец измерителей Mitutoyo. Можете порыться в сети и выбрать более подходящий вариант.

 

 

 

Изменено 5 декабря, 2017 пользователем Sergey-Ufa

[Дмитрий Андреевич]

Спасибо за подсказку!

Вчера почитал книжку "Шидлович Л.Х. Дифференциальные трансформаторы и их применение (1966)". Еще раз укрепился в мысли о том, что самостоятельно хороший трансформатор не намотать. Попробую поискать поставщиков (модель трасформатора уже выбрал), если не найду, буду думать в сторону такого прибора.

Есть еще вариант (теоретически) применить магнитострикционный датчик. Но там цена, скорее всего будет вообще заоблачной.

[Sergey-Ufa]

Если на Али датчики LVDT от 16 до 33 тыс. руб., то куда еще выше то?

[Дмитрий Андреевич]

Есть, оказывается, отечественные варианты, но позиция заказная, не знаю как с этим быть. Там, правда, нет такой линейности измерений как нужно - в идеале 0,5% от полной шкалы, отечественные - 1%, но это можно попробовать скомпенсировать программой в МК. 

[Sergey-Ufa]

И кто производитель, если не секрет?

[Дмитрий Андреевич]

Пока ищу, известно только название ЛДТ-2519.

Как вариант, можно подумать в сторону изготовления датчика на предприятии, которое занимается намоточными узлами. Теоретическая информация по этим датчикам в принципе есть.

[XP1]

В 01.12.2017 в 22:14, Дмитрий Андреевич сказал:

Контактный метод какой? Метод измерения стандартизирован для свободного падения штока на образец. т.е. нужно минимизировать внешние влияния на шток.

 Ну так Вам же нужно измерить изначальное и конечное положение через 30  сек.  То есть  на протяжении этого времени нет необходимости "держать" в контакте сам шток.  Изначально имеем контакт , отпускаем шток  контакт теряется, ждем 30 сек подвигаем контакт  измеряем расстояние( вами же описанный третий вариант )...  

[neonis]

Может так: микрометрический винт (от микрометра) на нем цепляете энкодер (допустим на 500 точек).На штоке микрометра захват за который держится шток вашего пуансона и есть возможность контролировать контакт между захватом и штоком пуансона.Микрометр с энкодером крутит небольшой привод опуская шток пуансона на образец.В момент касания пуансона к образцу контакт между захватом микрометра и пуансоном теряется- начинаем считать данные с энкодера- считаем 30сек (скорость опускания захвата микрометра больше скорости опускания пуансона и у захвата относительно пуансона есть свободный ход на 20мм) и поднимаем микрометр (реверсируем привод) и начинаем вычитывать данные энкодера при реверсе из первоначальных  до касания захвата микрометра с пуансоном.Получается и приличная точность (0.5мм/500 точек) и с линейностью все в порядке (хотя линейность и не нужна в этом случае)....