Электронная линейка для станка своими руками

Точность обработки деталей на металлорежущем оборудовании отслеживается с помощью оптоэлектронных датчиков оптической линейки, установленной на станине станка. Аналоговый сигнал с датчика поступает на устройство цифровой индикации (УЦИ), преобразуется в цифровой и визуализируется в виде числовых значений перемещения инструмента или детали по осям подач.

Устройство оптической линейки достаточно простое, но надежное, обеспечивающее высокую точность (до долей мкм) измерений. Ее основные элементы: прозрачная линейка с нанесенной микроскопической штриховкой и оптическая считывающая головка, перемещающаяся вдоль линейки. Считыватель при своем движении реагирует на череду рисок и промежутков, аналоговый сигнал по кабелю передается к устройству цифровой индикации. УЦИ преобразует количество пройденных линий в цифровую информацию и выводит на свой дисплей. Линейка имеет от одной до нескольких референтных точек для установки начала отсчета перемещения (нуля координат).

Оптические измерители (линейки) широко применяются как в новом оборудовании, так и при переоснащении и модернизации старого станочного парка. Экономический эффект при применении линейных оптических датчиков напрямую связан с повышением производительности металлообработки и упрощением работы оператора.

Все устройства цифровой индикации (УЦИ) в продаже от можно посмотреть по ссылке — /katalog-stankov/tokarnye/misc/.

Электронная линейка – самоделка

Иной раз определить расстояние между двумя объектами дело долгое и хлопотное вследствие их удаленности друг от друга. Сделать эту работу ненапряженной и быстрой можно, использовав электронную линейку, которую за вечер вы сделаете собственными руками на основе калькулятора и еще пары запчастей. Кстати, принцип, который лежит в основе этой идеи, может пригодиться для разработки других поделок.
Для создания самодельной электронной линейки нам нужны: – машинка-игрушка; – герконовый датчик с магнитом; – калькулятор.

Объясним сначала, как автор этой полезной самоделки пришел к задуманному. Из геометрии известно, что окружность колеса имеет определенную длину. Зная ее и количество оборотов колеса, нетрудно определить расстояние, которое колесо и, заодно с ним, машинка, преодолеют от одного объекта до второго.

Для быстрого подсчета числа оборотов колеса машинки и, соответственно, расстояния от А до Б, используем калькулятор, точнее, его функцию сложения. Для замыкания контактов, которые будут отсчитывать единицы суммирования, будем использовать геркон.

Обсуждение

Машинка это конечно бред, но суть ясна к тому же этим прибором расстояния можно и вычитать и площадь мерить, а самокат или велосипед для измерения больших расстояний это уже дело! Вопрос неприятелям с коментами типа “умные люди пользуются рулеткой” и т. д. и т. п., вы сами то хоть что нибудь придумали, изобрели? Нет? Ну так пользуйтесь давно изобретённой до вас рулеткой и не воняйте – мыслить не ваша прерогатива – это дело изобретателей.

Можно использовать нить, например. Благо, моток нити не дорого стоит. Отмеряем нитью длину и складываем нить в двое, еще раз в двое, еще раз и так, пока длина не станет пригодной для измерения рулеткой или линейкой. Потом просто длину умножаем на два то количество раз, сколько раз мы сложили нить.

Такой способ удобен для измерения криволинейных расстояний. Правильней было бы даже назвать видео ЭЛЕКТРОННЫЙ КУРВИМЕТР своими руками. Удобно померить путь, который проходишь пешком, или например курвиметр широко применяется в дорожных работах, для измерения расстояний по дороге для контроля разметки, разбиения на участки (пикеты) и т.д. А по конструкции, к примеру, можно увеличить точность, поставив несколько магнитов через равные промежутки в колесе и суммировать не длину окружности и длину дуг между магнитами.

Слушай, у тебя отвертка синяя к ней идет 16 разных насадок так? У меня похоже такая же, как ты справился с тем, что там нет магнитного держателя? я вставил внутрь маленький неодимовый магнитик от старых наушников))) Было бы прикольно если бы ты сделал уроки с несколькими такими маленькими доработками)

kakpravilno @Dan Brown да, 16 насадок. Там есть магнитик, может у тебя его кто-то вытащил или вообще не поставил. Это же китайская отвертка).

Александр Марков Год назад Автор, а то, с какой частотой вращается колесо, сильно влияет на точность расчетов? Скажем, имеет смысл на велосипед прицеплять такую конструкцию с целью замера пройденного километража, если довольно быстро ездишь?

Александр [DF]Dips[C4Tm] А положение магнита в начале и в конце ? хоть из чего колесо делай будет не точно, и чем больше колесо тем больше косяков)) шляпа полная.

Eargon @Александр Незвец можно поставить больше магнитов. На одном колесе 10 магнитов – тогда погрешность меньше… Думай головой…

Изготовление индуктивного датчика

Из прессшпана вырезается крестовидная развёртка коробочки, в её дне прокалывается четыре отверстия, в которые продевают гибкие многожильные провода для выводов катушек, к ним подпаивают концы катушек, развёртку сгибают для получения коробочки, обматывают скотчем или изолентой, продевают насквозь ещё один пластиковый штырь (пластик после извлекается и получается отверстие для крепления), центрируется и крепится также штырь с катушками и, наконец, заливают эпоксидкой. Гибкими выводами катушки подпаиваются каждая на своё место, фазируются для получения генерации, датчик крепится на своё место, рядом с ним плата генератора.

В нынешнее время такие катушки или подобные им можно найти во многих уже не нужных, сломанных или устаревших устройствах, к примеру в флоппи-приводах. Есть и готовые и катушки и датчики, но не всегда их можно приобрести, и не всегда это дёшево. Ну и сделать своими руками тоже для кого-то удовольствие, особенно если будет работать не хуже, а где-то и лучше готовых изделий.

Источник

Оптическая линейка: принцип действия, виды, как выбрать

Все устройства цифровой индикации (УЦИ) в продаже от можно посмотреть по ссылке — /katalog-stankov/tokarnye/misc/.

Основные параметры оптической линейки

Рабочая длина.
Точность.
Тип сигнала.
Дискретность измерения.

Оптическая линейка KA600

Рабочая длина

Длина оптической линейки должна быть больше, чем паспортный ход станка. Учитывать следует не величину хода, а расстояние между жесткими упорами по измеряемой оси. Это предохранит выход из строя считывающего датчика (головки) по вине оператора либо при неисправности концевых выключателей оборудования. Рекомендуется рабочую длину электронно-цифровой линейки исходя из максимальной величины перемещения по оси +100 мм

Чем больше измеряемая длина — тем больше сечение и размер считывающей головки. Необходимо обеспечить минимальные деформации установленного внутрь корпуса измерительного стекла. Верно и обратное утверждение — чем меньше измеряемый ход оси — тем миниатюрнее может быть оптическая линейка и считывающая головка

Точность

Не стоит приобретать линейку, ориентируясь на ее высокий класс точности (доли микрон). Чем выше разрешение измерений, тем больше цена измерителя. Оптическая линейка не повысит точность станка, эта техническая характеристика зависит от паспортной точности и фактического состояния механики и люфтов опорных поверхностей. Внешние факторы тоже немаловажны: уровень вибрации при работе оборудования, температура и т. п. Без устранения всех негативных условий, без модернизации и соблюдения правил нормальной эксплуатации станков добиться даже паспортных показателей невозможно. И прецизионная измерительная система в виде оптической линейки высокого класса точности в этом случае не поможет.

Тип сигнала

Повышенная скорость передаваемого сигнала обеспечивается TTL логикой (тип сигнала — прямоугольные импульсы фаз A, B, Z с амплитудой 5В). Дискретность импульсов в несколько микрон (от 0,5 до 5) минимизирует погрешность измерения.

Возможно использование считывающей головки с RS-422 сигналом (присутствуют также фазы /А, /B, /Z).

Дискретность измерения

Величина чувствительности оптической линейки. Например обозначение дискретности 5 мкм обозначает, что электронная линейка передаст сигнал в УЦИ или ЧПУ (1 импульс фаз A или B) при перемещении равном или большем 5 мкм. Внутри этой зоны отследить положение оси затруднительно. Уменьшение дискретности измерения (повышение точности или сужение зоны нечувствительности) требует увеличения точности изготовления стекла и нанесения рисок, что приводит к увеличению стоимости. Большое количество импульсов в итоге может стать также ограничителем максимальной скорости перемещения по оси, т.е. принимающее сигналы устройство может воспринять не все импульсы, и позиция будет потеряна

Если сравнивать оптические и магнитные измерители (и те и другие применяются сегодня довольно активно), то у последних отсутствует нормирование класса точности показаний, как правило, измерительная погрешность магнитных линеек лежит в пределах от ±20 до ±40 мкм на метр.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Что выбрать: магнитную или оптическую линейку

При необходимой высокой точности (до 2-3 микрон на каждый метр перемещений) на металлорежущем оборудовании практически любого типа применяют оптоэлектронные измерители (линейки). Ориентируясь на финансовую выгоду, оборудование часто оснащают магнитными линейками, имеющими более низкую точность измерения. Но цена магнитного измерителя начинает выигрывать у стоимости оптической линейки только у моделей с рабочей длиной от полуметра.

Магнитные линейки:

Используют преимущественно на шлифовальных и расточных станках, экономически целесообразно применение при измерении длин от 3м
Не применяют на станках с погрешностью менее 10 мкм/м. Токарное, фрезерное, шлифовальное и другие типы металлорежущего оборудования в этом случае оснащают оптическими датчиками.

Магнитная линейка KA800M

KA-800 — серия линеек с магнитной лентой. Применяется на станках с перемещением узлов больше 3 метров. Система индикации SDS6 может одновременно работать как с оптическими так и с магнитными линейками

Оптические линейки

Серия КА оптических линеек от Guangzhou Lokshun CNC Equipment ltd учитывает практически все запросы как производителей металлорежущего оборудования, так и конечных потребителей. Серия отличается высокой дискретностью измерения (сигнал передается через каждые 1 или 5 мкм перемещения в зависимости от дискретности линейки), что сводит к минимуму позиционную ошибку. Оптические линейки снабжены корпусами, защищающими рабочие поверхности от металлической стружки, шлама, СОЖ.

КА-200 — датчики линейных перемещений, обладают малым габаритным сечением (16х16 мм), устанавливаются в узких местах, используются для специфических измерений.
КА-300 — оптическая линейка с рабочей длиной 70-1020 мм, отличается простотой и рациональностью конструкции, достаточной жесткостью. Наиболее популярный продукт.
КА-500 — специальная линейка с оптической головкой для перемещений от 70 до 470 мм. Отличается компактностью, может монтироваться в ограниченных пространствах.
КА-600 — несмотря на значительную длину измерителя, характеризуется достаточной жесткостью, достигаемой за счет установки дополнительных опор и фиксаторов в любых доступных местах по длине линейки. Благодаря этому, при рабочей длине от 1000 до 3000 мм обладает значительной сопротивляемостью вибрации.

Для учета всех параметров и характеристик при выборе оптической линейки проконсультируйтесь со специалистом.

Обзор популярных моделей

Наиболее популярные модели среди токарей-операторов, следующие:

Оптические линейки

• КА (800, 600, 500, 400, 200). • DRO. • Дитрон.

УЦИ

• JMD — система УЦИ для станка JET JMD-3T, но подходит для многих вариантов. • УЦИ (DRO) — универсальный вариант. • Дитрон — универсальный вариант. • JET — предназначено для установки на вертикальные фрезерно-сверлильные станки.

Vampire-M6 › Блог › УЦИ на Корвет 414 и почему оптические линейки просто необходимы

Постепенно движемся в сторону ЧПУ на фрезерном станке и стараемся заранее решить все возможные проблемы, которые потом могут встретиться на пути ЧПУ-зации.

Первое, что пугает, это необходимость проворачивать ручки при подключенных двигателях. Говорят что от интенсивного кручения может и электроника погореть. А если я захочу установить ШВП, тогда показания лимбов уедут далеко и надолго, потому что шаг резьбы изменится. И если будут работать моторчики, то крутилки начнут вращаться и может быть дисбаланс.

Самое логичное было бы перейти полностью электронное управление, но это потребовало бы контроль перемещений, потому что лимбов не будет. И тут, самое логичное решение, не привязываться к винту или лимбам, а установить оптические линейки и блок цифровой индикации (DRO). Это позволит контролировать перемещения прямо на экране «калькулятора», игнорировать люфты и при необходимости производить несложные вычисления.

Топаем на али, находим самое недорогое, похожее с виду на более дорогое, смотрим что есть положительные отзывы на русском языке и заказываем с доставкой из РФ ( втайне надеясь что посылка поедет не как мое новое кресло, которое ехало из Уссурийска почти полтора месяца). Тут еще помог спецкупон от али, который сэкономил мне 500р.

После оплаты, я еще день переписывался с продавцом, чтобы уточнить длины и точность линеек. Там оказалась небольшая хитрость. Общая длина линейки обычно на 142мм больше чем рабочий ход. Длины я брал практически наугад, прикинув ходы и измерив на станке установочные размеры и как выяснилось, все расчеты были близки к реальности. Т.е. 150 — 400 — 500 — это были ходы, а длины линеек 292мм, 542 мм и 642 мм. Конечно, вместо 292мм, лучше брать следующий размер, т.е. 350мм, но об этом позже.

Что касается точности, то я особо не выбирал, что предложили в комплекте, то и купил. Т.е. 5u = 0.005мм. Как выяснилось, точности более чем достаточно и она просто взрывает мозг, когда видишь три цифры после запятой. Сам индикатор может показывать и с линейками 1u — 0.001мм и это наверное еще веселее, пытаться попасть китайском фрезерном станке в такую точность, его люфтящими лимбами.(Когда мне удается выбить все 000, я считаю себя очень крутым). Лимбы на моем «корвете», кстати всего 0.01 по вертикали и 0.02 по горизонтали. (Последние вообще очень интересные, показывают в 2 раза больше, чем нужно и понял я это только после установки линеек. Благо, не успел ничего запороть на этом станке).

Посылка приехала достаточно быстро, вроде недели две всего с момента покупки получилось. Распаковал, там линейки с пятиметровыми шлангами (наверное думали что станок у меня в подвале, а я им буду рулить с чердака), блок индикации DRO включился только после сильного удара сбоку, как старый телевизор.

(Внутри оказался болтающийся вокруг разьема питания, провод, который я обжал и посадил на место). В коробке с DRO лежал пакет с болтами и инструкция на английском, где не было описано, как все это барахло крепить. Зато положили несколько кронштейнов с отверстиями, типа конструктор, «собери сам как можешь из того что есть».

Пришлось лезть в интернет и искать фото установки УЦИ на русских форумах и DRO на англоязычных. Чего только я не насмотрелся. У людей руки просто золотые, правда растут они не из того места. Но ничего, более менее понял, что тут как хочешь, так и крепи, главное чтобы головка находилась снизу или с обратной стороны от брызг масла или летящих стружек. Благо, в комплекте были защитные кожухи, так что стал придумывать, как это все барахло установить.

Начал с оси Х. Там оказалось все проще, чем с остальными осями. Сначала прикидываем ходы стола и место закрепления движущейся и неподвижной части так, чтобы неподвижная находилась ровно в центре между крайними положениями стола. Когда это место есть, крепим защиту, вровень со столом и уже под ней размещаем неподвижную часть линейки, так чтобы она была чуть ниже защиты и ее можно было чуть перемещать вверх и вниз, для подстройки.

Потом откатываем стол в крайние положения и отмечаем на неподвижной части стола места установки подвижной части линейки так, чтобы она 5-10мм не доходила до края. Если все получилось и есть простор для установки, то просто прижимаем подвижную часть линейки к неподвижной и намечаем точки для крепления подвижной части линейки и подвижной части стола. А потом засверливаем 4.2-4.3мм сверлом (начать можно с 2мм и постепенно расширять) и нарезаем там резьбу М5 на 15-20мм. Расстояние между центрами отверстий примерно 60мм, так что можно наметить одно, а второе отметить по линейке.

У нас должно получиться так, чтобы неподвижная часть линейки в прижатом состоянии к подвижной имела ходы вверх и вниз, чтобы можно было более точно настроить ее положение после закрепления подвижной части.

Теперь берем винты М5 с любой головкой и пытаемся закрутить их в резьбу подвижной части линейки так, чтобы после входа в подвижную часть стола, обе эти части, были жестко зафиксированы между собой и параллельны. Расстоянием можно играться, подкладывать прокладки или вообще срезать резьбу на винте так. чтобы в линейке он просто прокручивался. В общем, на ваше усмотрение. Главное чтобы обе части линейки были закреплены паралельно ходу стола и друг другу. И чтобы ход линейки не заканчивался раньше хода стола, иначе стол может сломать линейку, загнав подвижную часть дальше ее хода.

Итак, подвижная часть линейки жестко привинчена к неподвижной части стола, теперь настраиваем длинную неподвижную часть линейки в креплении так, чтобы она была максимально прижата к подвижной и при этом, строго параллельна самому столу. Для этого можно прогнать стол в оба конца и убедиться, что расстояние между частями линейки не меняется. В таком виде фиксируем линейку винтами и крепим сверху защитный кожух.

Цепляем линейку к DRO и смотрим за изменениями показаний на экране при перемещении стола. Это было самое простое.

Две остальные линейки придется крепить при помощи кронштейнов, потому что нам приходится выдерживать основное правило. Подвижная часть линейки должна быть с обратной стороны от шпинделя, чтобы на нее не залетали брызки от охлаждающей жидкости. Между линейкой и шпинделем должна быть установлена защита.

Следующей я ставил линейку на ось Y и сначала сделал прототип из уголков и аллюминия 3мм, что позволило все это быстро скрутить, так сказать, смоделировать. После подключения выяснилось, что кронштейн сильно гнется и даже небольшого усилия при сдвигании линейки ему хватает, чтобы перекособочиться на 2-3мм.

В итоге, одну из частей кронштейна я заменил на 6мм пластину и стало значительно лучше.

С осью Z я боролся уже будучи ученым и весь кронштейн сделал из 6 и 10мм пластин, так что он получился более жестким чем на оси Y.

В обоих случаях я крепил подвижную часть линейки к кронштейну винтами М5, регулируя расстояние между ними при помощи резьзы. По идее, можно было еще и гайки накручивать стопорные, то я пока не стал это делать.

Провода разместил при помощи штатных хомутов, сам DRO прикрутил к кожуху станка.

Собрав это чудо, я порадовался и вспомнил, что пока пилил куски алюминиевых пластин, часть стружки летело мне в лицо, так что я решил восстановить пластиковую защиту.

Боялся что «калькулятор» будет мешаться, но в итоге все получилось более чем прилично.

Пришло время все это испытывать в работе и я стал крутить ручки лимбов, обнуляя показания, чтобы проверить точность работы линеек. Как оказалось, точность работы линеек была более чем хорошая и там 2 знака после запятой ловились идеально, а третий был либо 0 либо 5. И хотя это немного раздражало, откровением оказалось то, что горизонтальные лимбы не только имели большие люфты (что можно попробовать починить путем затягивания гаек и упорных подшипников) но и отображали завышенные вдвое показания. Т.е. вместо 10 соток, они показывали 5. Производитель написал, что точность лимбов 0.02 мм, но какой ценой! Получается, нужно постоянно умножать х2 ?

И я решил переводить подачи на моторчики и полностью избавляться от лимбов, используя электронные, которые попытаюсь настроить на в драйвере так, чтобы их показания бились между собой. Благо, работать можно будет, ориентируясь на показания DRO. Нужно только разобраться с нежесткостью кронштейна оси Y.

Поигравшись со станком, я посмотрел несколько видео на данную тему и прифигел вот от чего. Оказывается, эти красные пластиковые направляющие на линейках нужно снимать, они типа для настройки и транспортировки. Ими настраивается расстояние между частями линейки и после закрепления линейки на станке, пластиковые вставки удаляют.

Удалил я свои вставки и сразу линейки стали ходить плавнее, что особенно заметно на оси Y и я теперь не уверен, нужно ли этот кронштейн переделывать или и так пойдет на первое время.

Пока лазил внутри DRO увидел место под COM порт, где должен стоять какой-то чип с обвязкой.

Интересно было бы посмотреть плату в работающим COM портом, вдруг получится и у себя его настроить для того, чтобы потом пристыковать линейки к ЧПУ в качестве обратной связи.

Теперь дело за автоподачами и ЧПУ. Надеюсь, оптические линейки мне в этом деле помогут.