Датчик робота для реєстрації проковзування деталі

Датчик робота для реєстрації проковзування деталі, що містить корпус, в якому розміщено магнітну систему, до складу якої входить циліндричний ролик, виконаний у вигляді принаймні одного замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу з нанесеним на твірну поверхню ролика захисним пружним покриттям і з можливістю обертання ролика навколо своєї осі, та закріплений на корпусі магніточутливий елемент, до складу якого входить основний реєстратор напруженості магнітного поля, який відрізняється тим, що до складу магніточутливого елемента введено додатковий реєстратор напруженості магнітного поля і обидва реєстратори напруженості магнітного поля U 2 30356 1 3 30356 проковзування деталі в захватному пристрої робота; - обмеженість кута повороту ролика, при якому забезпечується надійна реєстрація сигналу проковзування деталі в захватному пристрої робота, через розміщення магніту на утворюючій поверхні ролика, що не дає можливості ролику здійснювати повний оберт на 360 градусів; - низька чутливість датчика через можливість відхилення магніту від магнітної головки на відносно значну відстань. Найбільш близьким до запропонованого є датчик для реєстрації проковзування предмета [Патент України на корисну модель № 24618, МПК 2006, В25 J 19/02, 2007], що прийнятий як прототип. Датчик містить корпус, в якому розміщено магнітну систему. До складу магнітної системи входить циліндричний ролик та закріплений на корпусі магніточутливий елемент, до складу якого входить реєстратор напруженості магнітного поля. Ролик виконано у вигляді принаймні одного замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу з нанесеним на утворюючу поверхню ролика захисним пружним покриттям і з можливістю обертання ролика навколо своєї осі. Такий датчик має наступні проблеми: - наявність періодичних зон з дуже низькою чутливістю да тчика через те, що при використанні замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу з радіальною полюсною намагніченістю в якості постійного магніту (ролика) на виході датчика спостерігається синусоїдальний сигнал, який характеризується низькою швидкістю зміни значення функції навколо її екстремумів (оскільки перша похідна в цих точках дорівнює 0); - необхідність подальшої обробки вихідного сигналу датчика і прийняття додатковим пристроєм рішення про наявність сигналу проковзування; В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення датчика робота для реєстрації сигналу проковзування деталі шляхом зміни конструктивного виконання датчика та введення додаткових електронних блоків обробки сигналу, що дозволить підвищити чутливість датчика проковзування в цілому, позбавитись наявності зон з низькою чутливістю та сформувати на виході датчика однозначний дискретний сигнал, що відповідає наявності або відсутності сигналу проковзування. Поставлена задача вирішується тим, що датчик робота для реєстрації проковзування деталі, що містить корпус, в якому розміщено магнітну систему, до складу якої входить циліндричний ролик, виконаний у вигляді принаймні одного замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу з нанесеним на утворюючу поверхню ролика захисним пружним покриттям і з можливістю обертання ролика навколо своєї осі, та закріплений на корпусі магніточутливий елемент, до складу якого входить основний реєстратор напруженості магнітного поля, згідно корисної моделі до складу магніточутливого елемента введено додатковий 4 реєстратор напруженості магнітного поля і обидва реєстратори напруженості магнітного поля розміщено на однаковій відстані від осі ролика в площині, що є перпендикулярною до осі ролика, а перпендикулярні до осі ролика промені, кожний з яких проходить через відповідний реєстратор напруженості магнітного поля, утворюють між собою кут 90 градусів, при цьому вихід основного та додаткового реєстраторів напруженості магнітного поля підключено до прямих входів відповідно першого та другого суматорів, інвертовані входи яких підключено до джерела опорної напруги, ви ходи першого та другого суматорів підключено до входів відповідно першого та другого блоків виділення абсолютної величини, виходи яких підключено до інформаційних відповідно входів першого та другого керованих ключів, виходи яких підключено до прямих входів третього суматора, вихід другого блоку виділення абсолютної величини підключено також до входу першого порогового елемента, вихід якого з'єднано з керуючим входом першого керованого ключа та входом інвертуючого елемента, вихід якого підключено до керуючого входу др угого керованого ключа, вихід третього суматора підключено до входу елементу затримки та інвертованого входу четвертого суматора, прямий вхід якого з'єднано з виходом елемента затримки, а вихід - з входом третього блоку виділення абсолютної величини, вихід якого підключено до входу другого порогового елемента, вихід якого є виходом датчика робота для реєстрації проковзування деталі. Особливість побудови магнітної системи датчика дозволяє отримати на виході реєстраторів магнітного поля два однакові синусоїдальні сигнали, які зміщені один відносно одного на чверть періоду за фазою, але однакові за амплітудою та періодом. Завдяки такому розміщенню реєстраторів напруженості магнітного поля ділянкам зон низької чутливості одного реєстратора відповідають зони високої чутливості другого реєстратора, що дає можливість при почерговому використанні реєстраторів на всьому діапазоні обертання ролика аналізувати лише ділянки вихідних сигналів з високою чутливістю. Реєстратори магнітного поля підключено до багатокомпонентного електронного блоку обробки сигналів, на виході якого формується дискретний сигнал (0 або 1), що відповідає наявності (1) або відсутності (0) проковзування. Це виключає необхідність використання додаткового електронного блоку, що сигналізує про наявність або відсутність сигналу проковзування. На фіг.1 представлено схему датчика робота для реєстрації проковзування деталі, а на фіг. 2 приведено діаграми роботи пристрою. Датчик робота для реєстрації проковзування деталі містить корпус 1, порожнину 2, ролик 3 з захисним пружним покриттям 4, вісь 5 ролика 3, основний 6 та додатковий 7 реєстратори напруженості магнітного поля, перший 8 та другий 9 суматори, джерело опорної напруги 10, перший 11 та другий 12 блоки виділення абсолютної величини, перший 13 та другий 14 керовані ключі, 5 30356 третій суматор 15, перший пороговий елемент 16, інвертуючий елемент 17, елемент затримки 18, четвертий суматор 19, третій блок виділення абсолютної величини 20 та другий пороговий елемент 21. Корпус 1 датчика з порожниною 2 розміщено на губці захватного пристрою, пов'язаного із приводом, оснащеним блоком керування (на рисунку не показані). В порожнині 2 розташовано датчик робота для реєстрації проковзування деталі, на основі рухомого ролика 3, який виконано у вигляді замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу із захисним пружним покриттям 4. Вісь 5 ролика 3 закріплено на корпусі 1 з можливістю обертання ролика 3 навколо неї. В порожнині 2 також розташовані та закріплені на корпусі 1 основний 6 та додатковий 7 реєстратори напруженості магнітного поля, які розміщено на однаковій відстані від осі 5 ролика 3 в площині, що є перпендикулярною до осі 5 ролика 3, а перпендикулярні до осі 5 ролика 3 промені ММ' та NN' кожний з яких проходить через відповідний реєстратор напруженості магнітного поля, утворюють між собою кут 90 градусів. Виходи реєстраторів 6 та 7 підключено до прямих входів відповідно першого 8 та другого 9 суматорів, інвертовані входи яких підключено до джерела опорної напруги 10. Виходи першого 8 та другого 9 суматорів підключено до входів відповідно першого 11 та другого 12 блоків виділення абсолютної величини, виходи яких підключено відповідно до інформаційних входів першого 13 та другого 14 керованих ключів. Виходи керованих ключів 13 та 14 підключено до прямих входів третього суматора 15. Вихід другого блоку виділення абсолютної величини підключено до входу першого порогового елемента 16, вихід якого з'єднано з керуючим входом першого керованого ключа 13 та входом інвертуючого елемента 17. Вихід інвертуючого елемента 17 підключено до керуючого входу другого керованого ключа 14. Вихід третього суматора 15 підключено до входу елемента затримки 18 та інвертованого входу четвертого суматора 19, прямий вхід якого з'єднано з виходом елемента затримки 18. Вихід четвертого суматора 19 поєднано з входом третього блоку виділення абсолютної величини 20, вихід якого підключено до входу др угого порогового елемента 21. Вихід порогового елементу 21 є виходом датчика проковзування. В якості магніточутливого елемента може бути використаний датчик Холла, наприклад, SS495A фірми Honeywell, виконаний у герметичному малогабаритному корпусі. Такий магніточутливий елемент має на виході аналоговий сигнал, амплітуда якого залежить від напруженості магнітного поля. Ролик може бути виконаний у вигляді замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу з радіальною полюсною намагніченістю. В якості суматора може бути використаний компаратор. Електронні блоки можуть бути реалізовані на базі цифрової та аналогової електроніки або на програмноапаратному рівні за допомогою мікроконтролерів 6 (наприклад, фірм Motorola, Microchip, Toshiba та ін.). Запропонований пристрій працює таким чином. У початковому стані ролик 3, закріплений в корпусі 1 на вісі 5, є висунутим за межі корпусу 1 на величину, що є меншою за товщину пружного покриття 4; сигнали на виході реєстраторів 6 та 7 напруженості магнітного поля незмінні; в залежності від початкового кута a(t-1), що характеризує початкове положення ролика, один з керованих ключів 13 або 14 у відповідності зі схемою (фіг. 1) замкнено, а інший - розімкнено. Відповідно сигнали на вході та виході елемента затримки 18 мають однакові значення і визначаються як U15[a(t-1)], а ви хідний сигнал суматора 19 відповідно дорівнює 0. Поверхня деталі після створення початкового стискального зусилля захватним пристроєм робота (при захоплюванні деталі) приходить у з'єднання із пружним покриттям 4 ролика 3, після цього роботом здійснюється перший спробний рух з метою виявлення відповідності стискального зусилля щодо маси деталі (наперед невідомій). Якщо при спробному русі захватного пристрою робота деталь починає проковзувати, то внаслідок виникнення тертя між поверхнею деталі й пружним покриттям 4 ролика 3 відбувається поворот ролика 3 на відповідний кут навколо осі 5. При цьому величина кута повороту ролика 3 залежить від величини переміщення захватного пристрою при спробному русі. В результаті проковзування деталі ролик 3 буде повернутим на кут a(t). При повороті ролика 3, виконаного у вигляді замкнутого тороїдального намагніченого магнітопроводу, змінюється потік магнітного поля через основний 6 та додатковий 7 реєстратори напруженості магнітного поля, що призводить до зміни їх вихідних сигналів U6 та U7. Значення напруги U6 на виході основного реєстратора магнітного поля можна описати функцією: U6(a) = A0 + A1sin(a + j0). де А0 - величина постійної складової вихідної напруги реєстратора напруженості магнітного поля 6; a - поточне значення кута повороту ролика 3; А1 - амплітуда, величина якої залежить від властивостей постійного магніту (ролика 3); j0 початкове зміщення кута повороту ролика 3. Тоді напруга U7 на виході додаткового реєстратора магнітного поля визначається як: p U7 (a ) = A 0 + A1 s in(a + j 0 ± ) = A 0 ± A1 cos (a + j 0 ) 2 . Знак ± у виразі для U7 залежить від напрямку обертання ролика 3. Вихідні сигнали U6, U7 (фіг. 2, а) основного 6 та додаткового 7 реєстраторів напруженості магнітного поля за допомогою відповідно першого 8 та другого 9 суматорів додаються до вихідної напруги UОП джерела опорної напруги 10. Постійне значення UОП визначається за умови, щоб на виходах суматорів 8 та 9 створилась можливість компенсації величини постійної складової А0 ви хідної напруги реєстраторів напруженості магнітного поля 6 та 7. При цьому завжди має місце співвідношення UОП = 7 30356 -A0 . На виході першого 8 та другого 9 суматорів формуються відповідні сигнали U8 та U9: U8(a) = A1sin(a + j0) Ug(a) = ±А1 cos(a + j0) Сигнали напруг U8 та U9 з ви ходів першого 8 та другого 9 суматорів поступають відповідно на входи першого 11 та другого 12 блоків виділення абсолютної величини, які реалізують функцію: Uв их = Uв х , де Uвх - значення вхідної напруги блоку, а Uвих - значення вихідної напруги блоку. На виході першого 11 та другого 12 блоків виділення абсолютної величини формуються сигнали напруги U11 та U12 ( фіг. 2, б). Напруга U12 з другого блоку виділення абсолютної величини 12 надходить до порогового елементу 16 з логічним виходом, що має нелінійну статичну характеристику Uвих16 = F(Uвх16) ì0, при Uв х16 < Uп Uв их16 = í , î1, при Uв х16 ³ Uп де Uвх16 - сигнал, що подається на вхід порогового елементу 16, Uп - порогове значення напруги елементу 16. Графік результуючого сигналу Uвих16, що утворюється на виході порогового елементу 16 під час проковзування деталі в захватному пристрої, наведено на фіг. 2,в. Сигнал Uвих16 з ви ходу порогового елементу 16 надходить на керуючий вхід першого керованого ключа 13 та через інвертуючий елемент 17 (елемент «НІ») - на керуючий вхід другого керованого ключа 14 (сигнал U17 на фіг. 2,г), переключаючи їх в асинхронному режимі. В результаті на виході третього суматора 15 формується сигнал U15 = U15[a(t)] (фіг. 2,д). Сигнал напруги U15 з ви ходу третього суматора 15 надходить до інвертованого входу четвертого суматора 19 та до входу елементу затримки 18. При цьому, попереднє значення напруги U15[a(t1)], що зберігається елементом затримки 18 і відповідає значенню напруги перед спробним рухом робота, порівнюється з поточним значенням напруги U15[a(t)], що відповідає значенню напруги на виході третього суматора 15 після спробного руху. Якщо сигнал DU(a) = U15[a (t)] – U15[a(t-1)] на виході суматора 19 відрізняється від нуля, то це означає, що має місце обертання ролика 3 при виконанні спробного руху внаслідок проковзування деталі в захватному пристрої. Згідно фіг. 2,д сигнал DU(a)може бути більше 0 або менше 0. При цьому сигнал з виходу четвертого суматора 19 надходить до послідовно з'єднаних третього блоку виділення абсолютної величини 20 та порогового елемента 21, що має нелінійну статичну характеристику Uвих21 = F(Uвх21): ì0, при Uв х21 < UMIN Uв их16 = í , , î1 при Uв х21 ³ UMIN де Uвx21 - значення вхідної напруги порогового елемента 21, UMIN – мінімальне значення напруги, яке однозначно відповідає проковзуванню деталі в захватному пристрою. На виході порогового елемента 21 формується дискретний сигнал (логічна 1), що відповідає наявності проковзування. Оскільки вихід порогового 8 елемента 21 підключено до приводу керування губками захватного пристрою, то при наявності проковзування деталі за допомогою привода губок збільшується стискальне зусилля на наперед задану дискретну величину. Після цього роботом здійснюється наступний спробний рух. Якщо після відповідного спробного руху сигнал на виході четвертого суматора 19 дорівнює нулю DU(a) = U15[a(t)]-U15[a(t-1)] = 0, то це означає, що U15[a(t)] = U15[a(t-1)], тобто відсутнє обертання ролика 3 і, відповідно, відсутнє проковзування деталі в захватному пристрої. При цьому сигнал DU(a) = 0 з виходу четвертого суматора 19 надходить до послідовно з'єднаних третього блоку виділення абсолютної величини 20 та порогового елемента 21, на виході якого формується дискретний сигнал (логічний 0), що відповідає відсутності проковзування. Сформована після такого спробного руху величина стискального зусилля буде відповідати масі деталі. В подальшому робот має можливість здійснювати відповідні маніпуляційні операції з деталлю. Позитивний ефект проявляється в тому, що в порівнянні з пристроєм по Патенту України на корисну модель № 24618 до складу магніточутливого елементу введено додатковий реєстратор напруженості магнітного поля, що дозволило позбавитися зон низької чутливості датчика проковзування. Завдяки запропонованому розміщенню реєстраторів напруженості магнітного поля та почерговому переключенню реєстраторів магнітного поля під час роботи, забезпечується відповідність зон низької чутливості одного реєстратора напруженості магнітного поля (DU7(ab) ділянки ab та cd для сигналу U6 на фіг. 2,а) зонам високої чутливості іншого реєстратора магнітного поля (DU6(ab) ділянки ab та cd для сигналу U6 на фіг. 2,а). Це дозволяє вирішити проблему зон низької чутливості. Водночас, завдяки формуванню на виході датчика робота однозначного дискретного сигналу, що відповідає наявності (наприклад, логічна 1) або відсутності (наприклад, логічний 0) проковзування, виключається необхідність в використанні додаткового електронного блоку для аналізу ви хідного сигналу датчика робота. 9 30356 10