Cảm biến được sử dụng trong thế giới gia công kim loại để đơn giản hóa các hoạt động và tăng năng suất. Trong ngành công nghiệp gia công kim loại, một trong những dòng thiết bị tự động hóa nhiều nhất là các máy công cụ và máy móc tạo hình kim loại. Máy công cụ chế tạo các bộ phận bằng cách nghiền và cắt, trong khi máy tạo hình một bộ phận kim loại bằng cách rèn, ép, đục, uốn và cắt.
Nhiều loại cảm biến, chẳng hạn như cảm biến siêu âm, cảm biến rung động, thiết bị mã hoá quay, cảm biến quang điện, được triển khai để quản lý, định vị, và kiểm soát các tác công việc tự động hóa. Một trong những sử dụng rộng rãi nhất là tiệm cận qui nạp không tiếp giáp và các cảm biến từ xi lanh, chúng có vai trò quan trọng là để kiểm tra giới hạn chuyển động, phát hiện vị trí và chuyển động góc phản hồi .
Hình minh họa
Cảm biến tiệm cận mô hình đơn giản hóa việc điều khiển máy
Máy công cụ và máy móc tạo hình kim loại có nhiệm vụ quay trong quá trình tự động hóa của chúng. Hầu hết thời gian, thiết bị mã hoá quay được sử dụng để giải mã thông tin về độ chuyển góc. Đôi khi, một số các bộ cảm biến tiệm cận có thể được sử dụng trong kỹ thuật nhị phân, ví dụ như: 00, 01, 10, 11, để giải mã thông tin trục quay nếu ứng dụng không quá quan tâm về độ chính xác. Một cách tối ưu khác là sử dụng một bộ cảm biến qui nạp mô hình để nắm bắt cảm ứng và phép đo vị trí góc chính xác.
Ưu điểm chính của việc sử dụng cảm biến qui nạp mô hình là khả năng vốn có của nó để cung cấp một điện áp công suất tương tự hoặc dòng điện tỷ lệ tương xứng với với khoảng cách của mục tiêu trên mặt cảm biến. Như bộ cảm biến này là không tiếp giáp, không khớp nối cơ khí thực sự giữa cảm biến và trục quay là cần thiết. Điều này rất hữu ích cho các kỹ sư thiết kế máy công cụ, yêu cầu cảm ứng vị trí chính xác, mà không phải lo lắng về khớp nối cơ khí, hoặc bất kỳ vấn đề xuống cấp về lâu dài..
Ứng dụng điển hình của các cảm biến là tìm ra vị trí góc của thanh trục máy công cụ trong một máy CNC gia công kim loại. Thông thường, các nhà thiết kế sử dụng thiết bị mã hóa quay cồng kềnh, đắt tiền. Ngoài ra, các kỹ sư có thể gia công trên máy một cam lệch tâm, ví dụ như: hình elip, để cung cấp một khoảng cách đa dạng giữa mặt cảm biến và các mặt cam tại vị trí góc khác nhau.
Một lợi thế nữa là cảm biến qui nạp mô hình nhỏ gọn này được đặt trong đường kính nhỏ 12, nhỏ hơn vài lần so với các bộ mã hóa quay. Hơn nữa, không khớp nối cơ khí giữa trục quay và bộ cảm biến vật lý là cần thiết. Như vậy, sự nhỏ gọn và độc lập cơ khí của bộ cảm biến mang lại thao tác đơn giản và dễ dàng thay thế. Tất cả những lợi ích này sẽ làm cho cảm biến qui nạp mô hình như một ứng cử viên lý tưởng cho phản hồi theo vị trí quay.
Đối phó với lỗi
Như với bất kỳ chuyển đổi dữ liệu nào, các nhà thiết kế cũng phải bồi thường phi tuyến tính (non-linearity) của đầu ra. Lỗi tuyến tính có thể làm cho việc đọc thông số cao hơn như mong đợi trong góc phần tư thứ hai, và làm ảnh hưởng tới độ chính xác công việc tự động hóa.
Do đó, các nhà thiết kế phải bồi thường cho lỗi phi tuyến tính trong thiết bị điều khiển của họ, bằng cách mã hóa một bảng tra cứu đơn giản để tuyến tính hóa sản lượng trên phạm vi toàn bộ sản lượng động. Nếu bảng tra cứu không như mong muốn do nguồn tài nguyên hệ thống hạn chế, các nhà thiết kế phải xem xét chỉ sử dụng đường cong đáp ứng tuyến tính nhất của toàn bộ phạm vi hoạt động, chẳng hạn như những cái trong góc phần tư thứ nhất của đường cong đáp ứng.
Các ứng dụng khác cho các bộ cảm biến tiệm cận mô hình là các phép đo tốc độ dòng chảy sản phẩm trong bất kỳ quá trình tự động hóa kim loại. Trong hình trên, bộ cảm biến tương tự được sử dụng để sản xuất dữ liệu mô hình theo độ cong của các hình dáng kim loại trong thời gian thực, và tỷ lệ thay đổi về sản lượng có thể được tính vào tỷ lệ chính xác của dòng sản phẩm.
Cảm ứng định vị từ tính tăng năng suất
Trong một số công việc tự động hóa tạo hình kim loại, các xi lanh được trang bị cảm biến vị trí từ tính (MPS) đang được ưa chuộng. Không giống như các xi-lanh sử dụng bộ cảm biến từ tính tiêu chuẩn, chỉ phát hiện vị trí trạng thái on-off, cảm biến vị trí từ tính có thể cung cấp thông tin chính xác về vị trí piston trên toàn khoảng chạy của piston trong xi lanh. Vì nhu cầu ngày càng cao về các qui trình sản xuất , trạng thái on-off là không còn phù hợp nữa. Hệ thống cần thông tin phản hồi liên tục của vị trí piston khí nén để theo sát được các công việc phức tạp này.
Thông thường, các nhà thiết kế sử dụng các loại cảm biến đo tuyến tính đa dạng. Các cảm biến này là các bộ phận cơ khí theo sau và đo trực tiếp khoảng chạy piston. Trong khi sử dụng các bộ cảm biến chuyển vị như vậy, việc bảo vệ ngõ vào (Ingress Protection-IP) có thể trở thành một vấn đề. Ngoài ra, các cảm biến đo tuyến tính thường được thiết kế cho một số lượng lớn các ứng dụng, chúng cần các giá đỡ đặc biệt . Quan trọng nhất, cảm biến tuyến tính có các bộ phận chuyển động cơ học chịu được hoạt động hao mòn và kéo giật.
Kết quả là, sử dụng cảm biến vị trí từ tính trong đo khoảng chuyển động tuyến tính piston được ưa chuộng vì chính xác, đơn giản, mạnh mẽ và hiệu quả chi phí.
Thông minh, mạnh mẽ, cảm biến vị trí từ tính (MPS) liên quan đến các bộ phận không di chuyển, và do đó không bị hao mòn máy móc và kéo giật. Thông minh, đơn giản, cảm biến vị trí từ tính (MPS) được thiết kế để lắp trên các xi-lanh rãnh T. Các đặc tính đáng chú ý khác là MPS được đánh giá IP67, có nghĩa là nó có thể được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt hơn trong các ngành công nghiệp điện tử.
Công nghệ thông minh, MPS được thảo luận ở đây là các cảm biến dựa trên bộ vi xử lý tiên tiến cho các xi lanh khí nén, các xy lanh điện, các loại kẹp và các slides. Cảm biến sắp xếp một hàng các cảm biến hiệu ứng Hall, giám sát piston trong xy lanh. Sản lượng cho ra vừa là điện áp 0-10 V, và dòng điện 4-20 mA.
Ứng dụng thông minh, MPS có thể đo khoảng chạy xi lanh từ 32 mm đến 256 mm. Nó có thể được gắn trên các xi lanh rãnh T phổ biến, và không yêu cầu bộ chỉnh lưu phụ. Đối với các loại rãnh khác, các phụ kiện lắp đặt có sẵn. Nơi vận hành là đơn giản như đèn LED chỉ đường hướng dẫn trong quá trình cài đặt. Các chức năng giảng dạy tùy chọn có sẵn cho các nhà thiết kế để hiệu chỉnh phạm vi hoạt động theo yêu cầu.
Ứng dụng cho MPS đang gia tăng. Một số nhiệm vụ chung của hệ thống cảm biến vị trí từ tính bao gồm định hướng và định vị, lắp ráp, kiểm tra. Còn nhiều hơn nữa các công việc tự động hóa, như các máy khoan kiểm soát độ sâu chính xác, đục lỗ trong kim loại trong gia công kim loại, đang bắt đầu được chuyển sang cảm biến vị trí từ tính.
Kết luận
Với số lượng công việc ngày càng tăng trong ngành công nghiệp kim loại đòi hỏi đầu vào nhanh hơn và chính xác hơn, cả hai cảm biến tiệm cận mô hình và cảm biến vị trí từ tính được thiết lập để đơn giản hóa và giúp các công việc phức tạp hơn giảm chi phí.
Với các bộ cảm biến tiệm cận mô hình, thông tin góc chính xác có thể được trích xuất mà không cần phải thiết kế dựa trên thiết bị mã hóa, đơn giản hóa thiết kế các máy công cụ trong quá trình này. Tương tự như vậy, bằng cách sử dụng cảm biến vị trí từ tính, các công việc tự động hóa kim loại như khoan, đục lỗ có thể làm giảm chi phí.
(Theo Iaasia Online)
