Automatyka - Czujnik do wykrywania przetarcia na taśmie.

[BlackJack]

W pracy mamy taki problem do rozgryzienia. Otóż produkujemy zamki błyskawiczne, lecz czasem na taśmie zamkowej z której są produkowanie zdarzają się delikatne przetarcia. Ponieważ nasz szef ma duszę wynalazcy, no wpadł na pomysł że sami zbudujemy taki czujnik optyczny ?

Teraz jakiego czujnika byście użyli ?

Ogólnie koncepcja jest taka że z dołu taśma byłaby podświetlana, a z góry byłby fotoelement, który porównywałby przepuszczalność taśmy ( 75% to biała taśma, reszta czarne i kolory).

Tylko tak:

Taśma jest w ruchu, w zależności od ustawień falownika (konkretnie długości zamka) tak od 2 do 4 m/sek. No i przy takiej szybkości czujnik musi wykryć przetarcie.

Co do samego przetarcia to występuje ono najczęściej w pobliżu ząbków, jego wielkość może być różna. Ogólnie jutro postaram się zdobyć jakieś materiały poglądowe i wkleić tu fotki, przykładowych uszkodzeń.

Sam czujnik powinien mieć wyjście cyfrowe, 1/0, przy czym regulacja (czułość) powinna być analogowa.

Na razie kolega chce eksperymentować z fototranzystorem, ale ja osobiście wolałbym jaki scalak.

[MirekCz]

Podstawowe pytanie to jakiej wielkości jest to przetarcie?

Jak są to drobne sprawy to raczej polecałbym fotodiodę - są bardzo szybkie, co przy tej prędkości i małej wielkości przetarć może być krytyczną sprawą.

W najprostszym modelu miałbyś fotodioda -> wzm.op -> wzm.op. jako komparator (+ potencjometr czy co tam chcesz do regulacji czułości) no i z komparatora masz cyfrowe wyjście.

Bez dokładnych zdjęć itd. to trudno coś więcej powiedzieć.

[marek1707]

Rozwiązanie Mirka z diodą, wzmacniaczem i komparatorem samo się narzuca. Czasem można znaleść zintegrowane fotodiody ze wzmacniaczem transimpedancyjnym, np takie:

https://www.elfaelektronika.pl/elfa3~pl_pl/elfa/init.do?item=73-221-34

dzięki czemu odpada kawałek roboty, bo wzmacniacz do fotodiody nie może być pierwszy lepszy. Akurat ten jest dość szybki (7us) co okupione jest mniejszą czułością ale w tej aplikacji to Ty dobierasz oświetlenie więc nie powinno być problemu. Są też inne czułości w tym szeregu.

Komparator możesz zrobić tak, by na jednym wejściu dostawał sygnał ze wzmacniacza przepuszczony przez filtr LP o stałej czasowej rzędu sekund a na drugie wejście sygnał prosto ze wzmacniacza podzielony potencjometrem np. do 80% wartości oryginalnej. Taki układ sam wyznacza sobie próg i dopasowuje się do wartości średniej sygnału. Wszelkie szybkie odchyłki w górę będzie sygnalizował zmianą stanu. Kiedyś zrobiłem tak w czytniku kart magnetycznych a tam poziom sygnału zmieniał się bardzo i - działało super 🙂 Za komparatorem dasz jeszcze prosty filtr RC wycinający krótkie (<10us) szpilki od zakłóceń i będzie OK.

Kiedyś w czytnikach taśmy papierowej były takie fajne zespoły 9 fotodiod umieszczonych na szerokości chyba 1 cala. Były szybkie bo każda z nich czytała malutkie dziurki z taśmy lecącej na pewno z 5m/s. Gdyby dorwać takie coś, miałbyś pokrycie szerszego fragmentu.

Kiedyś do skanowania pewnych wzorców wycinanych w jadącej taśmie stalowej użyłem linijki CCD. Miała z 1024 punkty, długość ze 4cm i oświetlałem ją skolimowanym światłem z kilku LEDów. Są oczywiście różne wykonania. Ponieważ takie coś może być czytane z szybkością wielu MHz, miałbyś skaner. Do tego szybki procesor, trochę kodu i.. no tak, robi się kombajn. Może to i fajne ale poniosło mnie, sorry. To chyba nie miejsce na taki projekt..

[BlackJack]

No niestety nie udało mi się dzisiaj w pracy zdobyć żadnych materialów pomocniczych, bo produkcja szła tylko na 1/4 gwizdka.

Co do czujników to faktycznie też sam się zastanawiałem nad użyciem układów TSl250, tylko nie wiem który był by lepszy 250, 251 czy 252. Różnią się czułością i szybkością reakcji.

Ja to chciałem podpiąć do procesora PIC12, ale bardzo zainteresował mnie ten pomysł kolegi marek1707 W sumie jakiś komparator parę elementów dyskretnych ,to by mogło być właśnie to. Może kolega podrzucić jaki schemat ?

Czy dobrze zrozumiałem coś takiego ?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Przy prędkości 4m/s przetarcie o długości 0.5cm przejedzie przez czujnik w czasie ok. 1ms. To w sumie dużo jak na elektronikę więc może nie ma co z tą szybkością przesadzać ale ponieważ wciąż nie wiemy jak te skazy materiału wglądają, musiałem coś założyć. Przy tej odległości i jasności dostępnych diodek możesz spokojnie wziąć najmniej czuły (i najszybszy) czujnik ale pewnie będzie działało niezależnie który wybierzesz.

Tak, Twój schemat jest prawie OK. Koniecznie dodaj jeszcze histerezę do komparatora i być może podciąganie wyjścia, bo wiele komparatorów ma OC. Jeśli Twój "wybraniec" będzie miał takie niesymetryczne sterowanie wyjścia to pomyśl nad zmianą polaryzacji wejść tak, by w normalnym stanie było 0 na wyjściu. Wtedy stan aktywny będzie pojawiał się później, "ciągnięty" powoli przez rezystor do plusa - co właśnie będzie odpowiadało działaniu obecnego filtra wyjściowego (i wystarczy sam malutki kondensator).

[BlackJack]

Schemat po malych poprawkach:

Ta dioda to element optoizolatora na PC817, bo układ musi współpracować z sterownikiem PLC, wiec dostarczać sygnałów 24V.

[marek1707]

TL082 to nie jest komparator. Tak, czasem używa się wzmacniaczy operacyjnych w tej roli ale po co? Są inne, znacznie lepiej sprawdzające się w takim zastosowaniu układy. No i poza wszystkim TL082 nie będzie działać z sygnałami w pobliżu masy - ani na wejściu ani na wyjściu. Nigdy nie był przeznaczony do asymetrycznego zasilania.

Jeżeli już musisz sterować diodą LED to typowe wyjście komparatora (typu OC) jest tu wymarzonym rozwiązaniem. Być może nawet nie będzie potrzebny dodatkowy tranzystor. Jesteś na dobrej drodze 🙂

Jak rozumiem transoptor nie jest po to by dostarczać sygnał 24V bo to możesz zrobić tranzystorem (a i sam komparator np. LM339 może pracować do 30V) tylko po to, byś miał izolację masy i osobny zasilacz?

[BlackJack]

O.. Na analogówce nigdy dobrze się nie znalem. To muszę szukać innego scalaka gdzieś jeszcze miałem LM3xx coś tam może się nada ? Ale poszukam dopiero jutro dzisiaj nie mam bardzo czasu,
Co do zasilania. To TSl250 i tak muszę zasilać 5V, więc wzmacniacz też sobie tym zasilę. PC817 jest tylko do odseparowania czujnika od 24V i wytworzenia logicznej 1 w tym standardzie.

[marek1707]

Jeżeli to będzie np. LM339, możesz go wstawiać bez obaw. W tym przypadku możesz go zasilać np. z 5V a wyjście podciągnąć do +24V opornikiem 5k1 i masz już sygnał o potrzebnych Ci poziomach. Pytanie, co będzie ten sygnał odbierało. Czy sterownik "zauważy" krótki impuls? Może trzeba będzie jeszcze dorobić przedłużanie impulsu tak, by np. nigdy nie był krótszy niż 100ms?

[BlackJack]

No sterowniki są raczej powolne. Sygnały tak 10-20ms łapią jeszcze bez problemu, szybsze nie bardzo, chyba że mają akurat wolne jakieś szybkie wejście licznikowe, ale to też 5KHz max.

Co do tych LM-ów to wątpię ze to komparatory były, raczej jakiś poczwórny wzmacniacz chyba LM324. Ostatecznie mogę spróbować wykorzystać komparator który jest w procesorach, ale nie wiem jakby się to zachowywało ? Miało by to pewne zalety, np. komparator może mi bramkować Timer i mogę mierzyć czas takiej "dziury", dodatkowo nie ma problemu z czasem sygnału wyjściowego.

Znaczy w PICu może by się i udało ? Bo tam komparator jest traktowany jak zwykły komparator i można go skonfigurować że się ma dostępne jego wyjście na pinie CPU, ale jest ono cyfrowe 😕

PS Niestety ten scalak który mam to LM324.

Na razie w głowie urodziło mi się coś takiego ?

[marek1707]

"...ale jest ono cyfrowe " 😕

Wyjście komparatora jest właśnie cyfrowe, to cała esencja jego stosowania więc nie wiem skąd ta kwaśna mina. Jeśli komparator PICa ma wyciągnięte wyjście na port, to tylko się cieszyć choć nie widzę powodu stosowania tutaj mikrokontrolera.

Co do schematu:

Fajnie, że LED(y?) chcesz napędzać ze stabilizatora prądu ale liczyłeś budżet napięcia? To policzmy razem:

- spadek napięcia na LM317: ok. 2.5V

- spadek napiecia na rezystorach pomiarowych: 1.25V (o ile pamiętam Vref LM317)

- spadek napiecia na białej diodzie LED: ok 3V

- razem: 6.75V

Wniosek: z 5V nie pójdzie. Chyba, że Twoim zamysłem było puszczenie tego z 24V i danie w szereg kilku diodek LED. Wtedy OK ale LM317 musi być w dużym TO220. Możesz zrobić bez problemu stabilizator prądu na jakimś wzmacniaczu operacyjnym (1/4 LM324) i to bez dość ryzykownego włączania potencjometru w obwód prądowy.

Czujnik światła jest zasilany z 5V. Po co mu dałeś rezystor szeregowy? Przy poborze prądu jakim gwarantuje producent na rezystorze spadnie tyle, że na czujnik już nic nie zostanie. TSL ma dostać czyste 5V.

Stała czasową dobierzesz. To czy ma być sekunda (np. 10k/100uF) czy dwie, raczej nie ma znaczenia. I tak wykrywane impulsy będą dużo krótsze.

Może zamiast transoptora - już o tym pisałem ale coś "nie zaskoczyło", po prostu podciągniesz wyjście komparatora do +24V opornikiem - to zupełnie normalne dla tego układu nawet zasilanego z 5V. Czy masz jakiś istotny powód stosowania optoizolatora?

Maksymalne napięcie wyjściowe tego czujnika to, o ile pamiętam ponad 3V a to zbliża się do możliwości LM293 zasilanego z 5V. Możesz:

- albo użyć innego komparatora

- albo zasilić LM293 z 24V - on to lubi i będzie się czuł jak ryba w wodzie

- albo ograniczyć zakres zmian napięcia wejściowego

- albo odpuścić bo i tak w czasie "ciemnym" napięcie będzie małe, w czasie "dziury" wzrośnie ale i tak zostanie to prawidłowo wykryte a LM293 to nie szkodzi.

Drugi komparator wykorzystałbym do wydłużenia czasu impulsu tak, by sterownik zawsze widział sygnał nie krótszy niż np. 100ms.

[BlackJack]

ad1.

Chodzi o to że w PICu wyjście komparatora, nie jest wyprowadzone wprost, tylko przechodzi jeszcze przez parę dodatkowych cyfrowych układów.

ad2.

Szczerze nie liczyłem spadków napięć, na zasilaniu tych LEDów, ale nie ma problemu zasilić to 24V. Mam zbudowane takie źródło prądowe co prawda 4 do 20mA na LM317L (TO-92) i nie ma problemu na 24V. Taki układ działa w maszynie i na razie nie ma problemu. Najwyżej zastosuję LM317 w SMD i obudowie DPACK, i rozproszę ciepło na powierzchni masy. No chyba że źródło prądowe na tranzystorze, albo TL431. Bo wolałbym to mieć małe.

Diody chce zasilać prądowo, aby nie być zależny od skoków napięć, na linii zasilania.

ad3.

Ten rezystor przy TSL250 ma tworzyć filtr przeciw zakłóceniowy wraz z kondensatorem, tak jak się to robi przy TSOPach. A policzyłem go na takiej zasadzie że wziąłem MAX prąd dla TSLa i nap. zasilania, czyli 5V/0,0015A = 3k3.

Ogólnie zakłócenia, w maszynach to u nas spory problem, zważywszy że mamy masę falowników, w nich

Jak pisałem nigdy analogowymi układami się nie zajmowałem, więc tak trochę projektuję to w ciemno i na wyczucie i logikę. Problem w tym że nie mam żądnego komparatora w domu, ani w pracy. Można zrobić jakieś próby na LM324, bo taki mam ?

TSLa posiadam ale na podczerwień czyli 260.

PS Zrobilem jeszcze taką mala rewizje elementów w domu. mam fototranzystor BPX43-4, oraz archaiczny układ z zamieszłych czasów w postaci TBA2800, był to scalony wzmacniacz do odbiorników IR z wyjściem cyfrowym.

[marek1707]

W zasilaniu LEDów masz kilka możliwości:

1. Z 24V przez źródło prądowe na LM317 - proste jak cep ale praca z 24V wymaga "spadnięcia" gdzieś po drodze 20V. Przy prądzie 50mA wychodzi 1W. Wszystko jedno w czym to wytracisz, czy w LM317 czy w jakimś tranzystorze - wielkość elementu regulującego od tego się nie zmieni. Na pewno nie może to być jakiś plastikowy maluch typu TO92 lub SOT23.

2. Z 5V przez źródło prądowe na tranzystorze i np. wzmacniaczu operacyjnym. Zapewni praktycznie idealną stałość prądu i mały spadek napięcia (dlatego 5V wystarczy) ale ten prąd będzie przecież pobierany z 7805 - wtedy to on dostanie dodatkowego Wata ciepła.

3. Z 5V ale przez zwykły opornik. Mając już stabilizowane napięcie +5V, taki zasilanie diodki LED jest chyba najprostszym rozwiązaniem zapewniającym (dla tej aplikacji) wystarczającą stałość prądu. 7805 będzie się grzał ale i tak musisz do niego dospawać jakiś radiatorek więc dwa grzyby za jednym barszczem a wychodzi taniej niż budowanie wypasionego źródła. Chyba, że chcesz się pobawić "dla idei" - wtedy takie źródełko narysuję Ci od ręki. Ponieważ nie jest dla niego istotne skąd go zasilasz, możesz zrobić próby z napędzaniem go zarówno z 5V jak i z 24V odciążając przy tym 7805. Parametry nawet prostego wzmacniacza operacyjnego zapewnią, że zmiana prądu będzie przy tym praktycznie niemierzalna.

Piszesz o "diodach" w liczbie mnogiej. Oczywiście jeśli planujesz świecenie kilkoma LEDami na raz, rozwiązanie 5V odpada w przedbiegach - ono działa tylko dla jednej diodki. Łączenie rónoległe wymaga oporników wyrównujących i nie wiem czy warto w to wchodzić skoro dysponujesz 24V.

Na szybko narysowałem takie coś jak na załączonym obrazku. Zrobiłem jak proponowałeś na LM324. Pierwszy wzmacniacz robi za wtórnik separując układ RC od "niefajnego" wejścia kolejnego stopnia. Przynjamniej możesz liczyć spokojnie stałe czasowe bez obaw, że mała impedancja wejściowa komparatora z histerezą coś tu popsuje. Komparator jest właśnie drugim stopniem i to już sam narsowałeś. Daje stan ok. 0V w czasie "dziury" czyli krótkiego oświetlenia czujnika. Normalnie powinno tam być prawie 4V. Kolejny stopnień to znów komparator ale robiący za układzik przedłużający impuls. Normalnie dzielniki na jego wejściach dobrane są tak, byśmy na wyjściu dostali dużo (czyli > 3.5V). Tranzystor wtedy przewodzi i na jego kolektorze jest ok. 0V. Wykrycie "dziury" powoduje spadek napięcia na wyjściu pierwszego komparatora (U1B) i szybkie rozładowanie przez D1 i R13 kondensatora C3. Komparator wtedy zmienia swój stan, napięcie wyjściowe spada mu do 0V, tranzystor zostaje wyłączony i na wyjściu dostajesz 24V. Ten stan może trwać bardzo długo - tyle ile dziura w taśmie plus stała czasowa obwodu R10/C3. Teraz czas ten wynosi ok 50ms. Każdy impuls wyjściowy, np. o długości 2ms będzie na wyjściu miał ok 52ms i mam nadzieję, że sterownikowi to wystarczy. W sumie układ wyszedł prosty dzięki temu, że w jednej obudowie masz aż 4 wzmacniacze operacyjne.

Nie użyłem czwartego wzmacniacza i możesz z niego zrobić np. źródło prądowe do diodek LED, lub np. wzmacniacz sygnału z fototranzystora. W docelowym układzie nie możesz zostawić go samopas więc i tak trzeba będzie go do czegoś podpiąć.

Czy to jest mniej więcej to o co chodziło ?

Widzę, że Ten Twój TBA2800 ma stopnie sprzężone zmiennoprądowo więc do wykrywania stałego poziomu oświetlenia raczej się nie nada.

[BlackJack]

Wielkie dzięki, na pewno przetestuję ten układzik. Szczerze nie spodziewałem się gotowca.

Te 52ms w zupełności wystarczą, nawet 20ms by wystarczyło, bo to jest akurat czas gwarantowany.

W SMD nawet na małym PCB powinno dać się upchnąć.

[marek1707]

Jak planujesz zrobić zasilanie diodek LED?

Jeśli chcesz skrócić czas, zmniejsz C3 do 100n.