Documento PDF - Università degli Studi di Padova
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1. 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0 0 5 0m 0m Fig 50a Rosa tra 4 e 0 cm di distanza dal Fig 50b Rosa a diretto contatto del sensore sensore Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm Tra 4 e 0 5 non visibile ma visibile a stretto contatto ib RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi Jee 43 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi BAF File Edit Yie j Window Help ile Edit Wi j ols Window Help 1 1 1 1 1 1 i 1 1 Om 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 5 1 i 7 i i i i i 7 agio 0 0 50m 10 0m 15 0m 50 0m 55 0m 600m 65 0m 700m 75 0m 800m 85 0m Loto dx 0 0 50m 10 0m 15 0m 20 5 0m 60 0m lt gt lt gt ts windows Media Player Pea fe eee Wy Immagine Paint IT Desktop TASSEL 8024 10 10 Windows Media Player Labvie W Immagine Paint IT Desktop Ta 30 EA 10 11 ig 5la Rosa cartoncino ig 5la Rosa lucido 45 ib RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi lE ibi RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi BAX Fil i i ct Operal Window Hel File Edit view Project Operate Tools Window Help SU File Edit View Proj Opi E 8 0n RE 0 el Tensioni rilevate a2. Fig 35 Test a vuoto Luce ambientale e led on 35 Come ultimo caso della prima serie di test a vuoto risultato interessante notare gli effetti di un qualunque disturbo luminoso affacciato al sensore Tale disturbo nella realt rappresentato da una luce a incandescenza con una potenza di circa 40 Watt posta ad una distanza di circa mezzo metro dal sensore e con un angolatura di circa 60 rispetto all asse del sensore La figura mostra l influenza del disturbo sulle tensioni rilevate tale valore risulta sempre maggiore via via che si aumenta il fattore di amplificazione del blocco di condizionamento del sensore secondo la nota relazione y k x dove y il valore di tensione in uscita dovuta al disturbo k il fattore di amplificazione del condizionamento e x il disturbo stesso aax 3 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit View Project Operate Tools Window Help n blue a time_blue time_geen 1 79688 1 60938 Tensioni rilevate blue green 7 28 Do attesa Reset conteggi Color Voltage_0 a Voltage_1 bri data Zon rab_blue rgb_green 2 0 E E 230 g 15 uo Oo ec2 0 0 0 5 l I I I I I I I I I I I l dxjsx 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 550m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 gt lt Pry stare C windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev y Immagine Paint IT De
3. Tempo attesa Measurements3 Mean DC green rgb_green gt Time has Elapsed Elapsed Time s K4 Tempo attesa empo di attesa colore Reset conteggi blue time_blue gt Time has Elapsed Elapsed Time s gt Tempo attesa tempo di attesa colore green i h fa ai time_geen true vB i N gt Time has Elapsed Elapsed Time s Present s gt Tempo attesa tempo di attesa colore Fig 30 Software Block diagram motore e sensore 31 STOP time_re d time blue 1006 1m oe d2 blue 2 green 2 2x 20m i mis Tempo attes 92 c k E o Se red Mean DC red do 0 bl Mean DC blue blue 0 0 green green Yo Mean DC green i dat onjoff Speed_dx msec Speedsx m sec2 E 7 r STOP_step J 50 9 50 E c i he spostamento __dx sx gt o 4 2 I 1 1 1 1 I 1 1 I 00 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0m 95 0m 100 0m Time Fig 31 Software Front panel motore e sensore Nota la versione software utilizzata per la stesura del programma la 8 5 versioni del software inferiori presentano problemi di incompatibilit e l programma non pu pertanto essere eseguito 32 Prove In questa sezione verranno riportati e analizzati 1 risultati di numerosi test effettuati direttamente sul dispositivo in condizioni e configurazioni diverse al
4. Universita degli studi di Padova Facolta di ingegneria Indirizzo meccanica e meccatronica Curriculum meccatronica Sistema mobile di riconoscimento e localizzazione di colori lungo un percorso rettilineo Mobile system for recognition and localization of colors along a straight path Relatore Alessandro Sona Studente Francesco Crivellaro Vicenza 2011 Indice le ntroduzione ian aaa 1 lil CONS l 12 ODIEN o einen nale l DS AZO TCM indus idera a EN l S alia 3 2 1 Materiale impiegato dati tecnici e dettagli i 3 21 IVIOUOTISU Case ICCC All cala de 3 212 SCNSONSUCA ed elettro Ca italiani 4 2 2 Struttura e assemblaggio del complessivo 6 3 Motorisa alli 8 ILLM passo PAS Oar A 8 HE MINTO CU ZI IC spiace 8 AZURE PRE ERE EEE 8 Sho Vanao Ol CSV aA alli 9 S14 COSMUZIONE ClETROMA CMCC iosises on5invsesezssvescapeseaccateacch cadavsaraseseskaanepeens 10 U5 Camp Gli Z 70 asserire 13 3 2 Il motore passo passo McLennan serie 42 M 14 3 2 bCaralteristiche tecniche CostrUttive ici 14 P PA OEE ES E i allen 16 3 9 La scheda Gracquisizione da Ni 17 Deo AUC arator s UONE onan AE E TAE E AT 17 I C OAN O parli 19 PAA EUEN Caba E EO ssi 20 IAF TCU CULO STAMPA 20 3 4 2 Il circuito di alimentazioni e controllo del motore 25 3 4 3 Il circuito di alimentazione dei finecorsa 00 rr 28 344 Sch
5. na Color data Voltage_0 lee Voltage_1 gt wo pred rqab blue rab green 7 EE 17 3 4 8 m sec 2 4 71 I Il il I I I I I I Il I I j I ento__dx sx 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m E Time lt gt etica windows Media Player TA Labview y Motore in movimento IT Desktop a 37 8 10 57 ll L a Fig 32 Test a vuoto Assenza di luce ambientale e led off a RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi JE File Edit View Project Operate Tools Window Help rere Tensioni rilevate AA ZT blue reen red time_blue time_geen fo oziz blue green o 0 Tempo attesa Reset conteggi Color data Voltage_O RM voltage_1 4 8 pred rgb blue rgb_green 3 l 14 1 13 5 El E T m sec 2 4 771 I I I I I I I I I I I I I I I I ento__dxisx 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m ya Time lt gt etica windows Media Player j _colore_cor 18 Labview yY Immagine Paint IT Desktop si Q 307 8 10 58 A x le Z A_c Fig 33 Test a vuoto Assenza di luce ambientale e led on 34 A piena luce invece viene rilevata una gradazione chiara tendente all ocra ed presente 11 medesimo problema di oscillazione delle tracce di tensione in prese
6. 4 4 Altri colori Nel seguito come esempi verranno considerate le prestazioni del sensore anche in presenza di colori non primari ottenuti per combinazione di rosso blu e verde Giallo II giallo probabilmente tra tutti 1 colori analizzati quello che meglio viene riconosciuto e riprodotto Tutti 1 target analizzati hanno mostrato ottime caratteristiche e 1 risultati sono stati pressoch identici anche al variare del tipo di colorazione E stato inoltre possibile notare come tale colore porti rapidamente alla saturazione delle tensioni corrispondenti al verde e al rosso rendendo cos il sensore molto sensibile Possiamo quindi classificare 11 giallo come un punto di forza per questo sensore Colore Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm _ Giallo Visibilesempre 6 inecorsa con inversione vi WE ibi RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi Jee i Help EL File Edit Yiew Project Operate Tools Window Help Lau zi gt een al ad v A Tensioni rilevate A A A7 A 0 DJ Voltage wa data Voltage_0 A Voltage_1 IAN 3 07 d rab_gri 289 CUS 1 0 E sec 2 sec 2 0 0 3977 1 1 1 1 1 1 40 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D 1 1 1 1 1 dxjsx 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 04 dxjsx 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35
7. Ringraziamenti Prof Alessandro Sona per la completa disponibilit e supporto al progetto osco Roberto per l acquisto dei componenti e del materiale e la realizzazione fisica del prototipo Universit degli studi di Padova per il supporto economico alla realizzazione del progetto Luca Dalla Santa per aver partecipato all intera attivit di tesi 64
8. dedicata ai morsetti dello step e dei finecorsa Durante 1 primi test del dispositivo stato diagnosticato un problema elettrico che impediva al software di percepire 1 segnali proveniente dai finecorsa La struttura elettrica della porta di ingresso del DAQ unita alla rete esterna del finecorsa risultava Rscheda 4ATKOhm Finecorsa Space We POO Rach 10k Ohm Fig 20 Circuito elettrico dei finecorsa meccanici prima configurazione 21 In tale configurazione ad interruttore non premuto risulta per la regola del partitore Vx Vcec Rpcb RschedatRpcb 3 4 V Ad interruttore premuto invece Vx Vec 5 V Considerando che 0 logico 0 0 8 V I logico 2 5 V la scheda NI e il software riconosceva il valore logico alto per entrambe le configurazioni E stato quindi necessario operare a livello circuitale apportando la seguente modifica Rack 10 k Ohm Rischeda 47 kOhm We POO Finecorsa Space Fig 21 Circuito elettrico dei finecorsa meccanici configurazione corretta 22 Per il nuovo circuito vale allora Vx 5 V ad interruttore non premuto Vx 0 V ad interruttore premuto Tale modifica stata effettuata basandosi sullo schema circuitale interno della porta della scheda NI disponibile da datasheet National Instruments NI USB 6008 6009 5V 5 WV External Pul Up Re lt Ap Resistor 4 7 kQ Onboard Resistor x Port Pad s Al Load A GND Fig
9. laboratorio per testare e valutare le capacita del dispositivo in particolare analizzare 1 punti forti e quelli deboli dell insieme sensore motore in vista di utilizzi futuri in ambiti pi professionali Materiale necessario Sistema mobile Alimentatore DC 5V Scheda NI 6008 o superiore Computer Software NI LabView8 o superiore Cacciavite a taglio Cavi elettrici preferibilmente un bus Cartoncini colorati preferibilmente di materiali diversi sia lucidi che opachi Obiettivi Testare le prestazioni del sensore rgb in diverse condizioni di funzionamento Testare le prestazioni del motore passo passo e della trasmissione meccanica a regimi di funzionamento diversi Testare valutare e commentare le tipologie differenti di target Impiegati Formulare un resoconto finale riguardo a 1 risultati ottenuti per 1 singoli elementi confrontandoli con 1 dati tecnici dei costruttori ed evidenziandone le differenze e gli scostamenti principali b le prestazioni globali del dispositivo complessivo le reali funzionalit 1 possibili miglioramenti e le future applicazioni 51 Schema illustrativo dei collegamenti scheda pcb Blocco motore Rosso Verde Giallo Marrone Arancio Mero D e Ellegarmenti al motore P1 0 PI Pi finecorsfu Uscite digitali Hnecorsa P13 oe finecorsal OGM Blocco finecorsa Anecorsa PU LI linecorsa POLI P
10. 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 gt lt gt CEJ windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev y Immagine Paint IT Desktop ORV SE Gem pga 10 04 CEI windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev y Immagine Paint IT Desktop ORO SE Gen s502a 10 05 li J J DAI ARTIOLI LA La n i AMA RAI L_A Mn ti Fig 46a Giallo cartoncino Fig 46b Giallo lucido sec 2 30 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ERS 0 0 0 50m 100m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 2 Is gt aisi O IT Desktop Q BOCs Sot BO Ve 1003 sci windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev YW Immagine Paint IT Desktop Q BOSS el BO Ve ton Fig 47a Giallo matita Fig 47b Giallo pennarello 43 Marrone In questo caso 1 risultati sono stati nel complesso soddisfacenti anche se sono risultate molto marcate le differenze a riguardo del tipo di colore Il lucido e il pennarello sono risultati di tonalit pi scura mentre la matita pi chiara con tendenza all beige La matita e il lucido inoltre hanno una tendenza all ingiallimento maggiore rispetto al pennarello al diminuire della distanza Un altra considerazione importante e interessante riguarda appunto la distanza dal sensore del target partendo da una distanza di circa 5 cm e avvicinando il target sempre pi al carrello s
11. 1 Tecnologia film spesso Smalto metallico su ceramica di alta qualit Smalto di rivestimento protettivo Stabilit eccellente Delta R R minore 1 per 1000 ore a 70 C Contatti a saldare senza piombo su strato di nichel Numero elementi 2 Led Tipo bianco ad alta luminosit Tensione nominale 3 5V Corrente massima 35mA Potenza nominale 105mW Angolo di visione 15 Intensit 15500 44000mcd Numero elementi 2 Finecorsa Tipo meccanico on off Contatti striscianti placcati in argento SPDT Temperature d esercizio da 25 Ca 85 C Numero elementi 2 2 2 Struttura e assemblaggio del complessivo L architettura del sistema si compone di un profilato in plexiglass 100x12x1 cm sostenuto da due staffe ad L poste su una delle sue due facce e fissate mediante viti per garantire solidit e stabilit Sulla faccia opposta alloggiata una guida lineare di precisione in acciaio su cui pu scorrere orizzontalmente mediante sfere di accoppiamento ad alto scorrimento una piastra di acciaio ad alta resistenza Su tale piastra trover alloggio la scheda pcb destinata al montaggio dell apparato sensoristico la quale sar movimentata mediante l ausilio di un motore step a sei fili alloggiato ad una delle estremit della guida e una trasmissione a cinghia dentata calettata su pulegge dentate in alluminio La puleggia condotta installata su un dispositivo atto a fungere da tendicinghia in modo da ottenere
12. 3 1 2 Struttura La figura sottostante mostra una rappresentazione semplificata di un motore passo passo a magneti permanenti Fig 6 Struttura schematizzata di un motore passo passo Il motore e costituito da due parti principali il rotore che consiste in una serie di magneti permanenti distribuiti radialmente sull albero di rotazione lo statore costituito da elettromagneti di modo che opportunamente alimentati possano generare campi magnetici orientati La rotazione dell albero avviene poich 1 magneti permanenti che lo costituiscono tendono ad allinearsi al campo magnetico generato dagli elettromagneti dello statore In base all avvolgimento statorico che viene percorso da corrente ed in base al verso di percorrenza della stessa e possibile creare un campo magnetico statorico che puo assumere in questa semplificazione quattro orientamenti spaziali che potremmo individuare come alto destra basso sinistra Il rotore nell allinearsi al campo magnetico statorico compie una rotazione di una quantit detta angolo di passo o semplicemente passo il permanere della rotazione del rotore si ottiene ripetendo la sequenza alto destra basso sinistra La velocit angolare del motore facilmente gestibile agendo sull intervallo temporale di applicazione delle tensioni per ciascuna fase mentre il verso di rotazione determinato da quello adottato dalle tensioni degli avvolgimenti di statore Tall motori a differenza di
13. Channels 10 kS s Max Voltage 10 V Maximum Voltage Range 10 V 10 V Maximum Voltage Range Accuracy 138 mV Minimum Voltage Range 1 V 1 V Minimum Voltage Range Accuracy 37 5 mV 1 aaa e Number of Ranges 8 SI Simultaneous Sampling No a On Board Memory 512 B Analog Output Channels 2 Resolution 12 bits Max Voltage 5 V Maximum Voltage Range 0 V 5V Maximum Voltage Range Accuracy 7 mV Minimum Voltage Range 0 V 5 V Minimum Voltage Range Accuracy 7 mV Update Rate 150 S s Current Drive Single 5 MA Current Drive All 10 mA Digital I O Bidirectional Channels 12 Input Only Channels 0 Output Only Channels 0 Number of Channels 0 12 Timing Software Logic Levels TTL Input Current Flow Sinking Sourcing Output Current Flow Sinking Sourcing Current Drive Single 8 5 mA Current Drive All 102 mA a Maximum Input Range OV 5V i mr sapa Pin Orientation Guides p payr Maximum Output Range 0V 5V Counter Timers Counters 1 Fig 17 Morsettiera e collegamento tramite cavo USB Maximum Range 0V 5V Max Source Frequency 5 MHz Minimum Input Pulse Width 100 ns Pulse Generation No Resolution 32 bits Timebase Stability 50 ppm Logic Levels TTL 85 09 mm Jno Fig 16 Dimensioni e forma della scheda NI 6008 USB 18 WY Power Pq lt gt Full Speed USB Interface Digital VO Terminal Block 25 WICAL 12 14b ADC Analog VO Terminal Block Fig 18 Schema a blocchi della struttura interna della sc
14. JAZ aa Li Tensionirilevate A Lal li if lig fed time blue time_geen fed time blue geer 05 o green blue green a oo mE empo attesa Reset conteggi Tempo attesa Reset conteggi 00 50m 10 0m 15 0m 25 0m 30 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0 5 0m 80 0m 85 0m f 0m 25 0m 30 Om 40 0m 45 0m 50 lt gt fk gt idas Windows Media Player YW Immagine Paint IT Desktop Q BOSE EB 0 Da 10 09 etica Windows Media Player LabVIEW 8 5 Dey Y Immagine Paint IT Desktop gt Q BO SB i E 0 Qa 10 09 J AZRA AIRE D A ed 1 A A e A teh A Fig 52a Rosa matita Fig 52b Rosa pennarello Nero Rappresenta probabilmente il punto debole del sensore in quanto risulta impossibile definirlo e individuarlo in quanto il colore che ne risulta dall acquisizione addirittura tendente al bianco Questo fatto dovuto alla luce bianca dei led del sensore che vengono riflessi dal nero del target e determinano un effetto alone chiaro che va ad intaccare 1 valori di tensioni fornendo risultati completamente privi di senso Spegnendo infatti 1 led il colore acquisito torna infatti ad essere pi scuro e pi simile a un grigio nero ma questo comportamento stato riscontrato anche con altri colori ed determinato dalla scarsit di luce che non permette al sensore di raggiungere il valore minimo per mostrare una minima sollecitazione Concludiamo quindi dicendo che il nero impossibile da rilevare con uno strumento di quest
15. espansioni polari All interno dello statore sono presenti piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore O meglio sono esattamente affacciati al rotore solo il gruppo di denti appartenenti ad una espansione polare e a quella opposta le altre coppie sono sfalsate rispettivamente di 1 4 1 2 e 3 4 del passo dei denti Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore ci sono 1 fili che opportunamente percorsi da corrente generano il campo magnetico 11 Nella pratica le fasi possono essere avvolte secondo due schemi a Sono presenti due soli avvolgimenti avvolti su pi espansioni polari e quindi all esterno arrivano due sole coppie di fili in questo caso si parla di motori bipolari in quanto la corrente dovr percorrere le fasi nei due versi al fine di creare gli opportuni campi magnetici b Sono presenti quattro avvolgimenti avvolti a coppie in antiparallelo sulle espansioni polari all esterno arrivano almeno cinque fili spesso sono infatti presenti delle connessioni interne al motore tra le varie fasi Si parla in questo caso di motori unipolari in quanto la corrente nella singola fase ha sempre lo stesso verso E possibile creare due campi magnetici opposti semplicemente scegliendo in quale dei fili debba passare la corrente Una tipologia particolare di motore passo passo utilizzabile sia in configurazione unipolare che bipolare si tratta di quelli a 6 fili a CEE m CNN NNO CNN NNO e CNN CERO CEE
16. tensione del gate e il collegamento di massa al source cortocircuito e consente di risparmiare l inserzione di una resistenza aggiuntiva nel gate Alcuni transistor MOS commerciali sono infatti in grado di fornire valori di resistenza d ingresso dell ordine delle decine di KO Inoltre 1 moderni MOS presentano fronti di salita ripidi e di conseguenza tempi di commutazione molto ridotti consentendo cos minori dissipazioni di potenza e buone efficienze anche a basse tensioni 26 linear region Drain current arbitrary unit Drain to source voltage V Fig 26 Curva tensione corrente tipica di un transistor MOS In antiparallelo all avvolgimento L1 vi collocato un diodo Schottky la cui funzione quella di proteggere il transistor durante gli istanti di transizione dalle tensioni che si generano a causa della repentina diminuzione o aumento della corrente chiusura e apertura del MOS dovuta al comportamento induttivo della fase le quali in assenza di tale accorgimento raggiungerebbero valori elevati e pericolosi per la componentistica stessa Tale diodo fornisce un percorso alternativo alla corrente e prende pertanto il nome di diodo di ricircolo La scelta di utilizzare un diodo Schottky basata essenzialmente su requisiti riguardo le velocit di commutazione piuttosto elevate tempi di recovery brevi rispetto ad un diodo tradizionale e livelli di soglia inferiori 0 35 V invece che 0 6 0 7 V Schottky diode j
17. tutti gli altri hanno come scopo quello di mantenere fermo l albero in una posizione di equilibrio se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare Solo indirettamente possibile ottenerne la rotazione occorre infatti inviare al motore una serie di impulsi di corrente secondo un opportuna sequenza in modo tale da far spostare per scatti successivi la posizione di equilibrio 3 1 3 Vantaggi e svantaggi Di seguito vengono elencati 1 principali vantaggi e svantaggi dei motori passo passo Vantaggi e E possibile realizzare azionamenti di precisione controllati da computer in catena aperta cio senza utilizzare sensori di posizione o di velocit Sono quindi utilizzabili con relativa semplicit e senza richiedere particolare potenza di calcolo e E facile far compiere all albero piccole rotazioni angolari arbitrarie in ambedue 1 versi e bloccarlo in una determinata posizione e Hanno un elevata robustezza meccanica ed elettrica infatti non esistono contatti elettrici striscianti e se necessario possono essere realizzati anche in esecuzione completamente stagna e La velocit di rotazione pu essere molto bassa anche senza l uso di riduttori meccanici Svantaggi e Difficilmente raggiungono velocit di rotazione elevate e Richiedono sempre circuiti elettronici per il pilotaggio in genere di tipo digitale e Il loro rendimento energetico basso e in genere la potenza mecc
18. 22 Circuito elettrico equivalente all ingresso delle porte digitali delle scheda NI 6008 23 Lo schema che segue illustra le modifiche da effettuare sul circuito stampato per ovviare al problema sopra citato Be Sllegarnenti al motore oa a 450 Tine corsa A finecorsal s t Lai p finecorsa Fig 23 Circuito elettrico stampato del pcb principale versione modificata 24 3 4 2 Il circuito di alimentazione e controllo del motore step IN5060GP MOS IRF512 P0 0 GND Fig 24 Circuito elettrico di pilotaggio delle fasi del motore step Fig 25 Identificazione dei colorazioni dei fili elettici relativi alle fasi e all alimentazione del motore passo passo 25 Come gia accennato nella sezione riguardante il principio di funzionamento dei motori passo passo essi richiedono per 11 movimento l applicazione di una tensione costante ad uno dei capi degli avvolgimenti e una sequenza di impulsi che colleghino a massa GND una per volta tutte le rimanenti fasi in una successione ordinata e temporalmente costante Il collegamento a massa di una fase determina la chiusura del circuito e consente quindi il passaggio di una corrente nell avvolgimento del motore proporzionale all impedenza dell avvolgimento stesso Tale corrente come gia detto induce un campo magnetico che interagendo con 1 magneti del rotore determina uno spostamento di quest ultimo di una quantit detta passo Il suss
19. 8 36 I I I I I I I I I I I I I I I I 00 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0n gt enni ak LabVIEW Y Immagine Paint IT Desktop Q 307 9 10 50 li dxlsx lt etici Windows Media Player Fig 37 Oscillazioni dei livelli di tensione del sensore a cause dell azionamento del motore step All aumentare della velocit la situazione diventa 37 3 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit Yiew Project Operate Tools Window Help n Tensioni rilevate voltage_0 RE votas RAY vorace 2 MAM data 4 8 green 4 6 0 4 4 E 4 2 lt 4 0 do 3 6 I I 1 I 1 I j I j I I I I 1 1 I 1 nn Sim itr 15m AANm 2S m BAM Mm ANNAM 450m SANm SS Am ANAM S Am FAm Fm ANNM AS Am ANNM AS Nm INNO bd gt lt Ere O windows Media Player RGB_colore_conteggi I Labview y Immagine Paint IT Desktop O Sgin 8 we 10 54 IL Pre m niae ae ee anaa a pene us i Fig 38 Oscillazioni dei livelli di tensione del sensore a cause dell azionamento del motore step ad alte velocit Non potendo quindi agire via software con semplicit stato deciso di separare l alimentazione del motore step da quella dell apparato sensoristico in modo da evitare interazioni dannose Per rendere il pi stabile possibile le condizioni di alimentazione del sensore l
20. _prJuncton diode n 1 b e Ve AU la Fig 27 Grafico comparativo delle curve caratteristiche di un diodo Schottky e un diodo comune 27 3 4 3 Il circuito di alimentazione e controllo dei finecorsa VCC PO 1 GND Fig 28 Circuito elettrico di pilotaggio dei finecorsa meccanici La funzione dei due finecorsa Impiegati essenzialmente quello di fornire un segnale elettrico di tipo digitale on off alla scheda NI e al software per consentire a quest ultimo di conoscere la posizione del carrello e provvedere all inversione del moto di avanzamento qualora esso raggiunga una delle estremit della guida Al momento della chiusura di uno dei due finecorsa 11 DAQ rileva una tensione maggiore di zero alla relativa porta e il software provvede quindi all inversione del moto del carrello agendo sul verso della sequenza di eccitazione 28 3 4 4 Schema I O complessivo Fig 29 Schema della struttura generale e dei collegamenti tra i vari blocchi Come possibile notare dallo schema l utilizzo del prototipo di lettura dei colori presuppone la presenza di un elaboratore nelle immediate vicinanze In ambito industriale molto spesso questo requisito non soddisfatto in quanto 1 macchinari sono usualmente separati dai reparti ove possibile reperire un computer In vista quindi di un applicazione pratica sar utile e necessario valutare la possibilit di avvalers
21. a 57 L approccio L idea esposta prevede due criteri di identificazione e posizionamento il primo mediante corrispondenza di colore il secondo mediante analisi posizionale Dal punto di vista elettrico ci presuppone la disponibilit di un sensore di colore nel primo caso e di posizione nel secondo Il primo di tipo RGB gi presente nella struttura mentre il secondo risulta assente in quanto per 1 precedenti test ci siamo serviti solamente di due finecorsa alle estremit della guida per invertire 1l moto e fornire una sicurezza al dispositivo Senza dover aggiungere alcun componente e penalizzare quindi il lato economico e dover apportare modifiche fisiche al sistema possibile agire via software valutando 1 parametri dinamici del motore e della trasmissione fino a risalire allo spostamento per giro compiuto e di conseguenza ottenere una precisa stima della posizione Istantanea del carrello CiS imran Dip 12mm De 11 4mm Dm 15min d 3rntm F 9mim Lal 6mm Fig 58 Puleggia motore quotata Conoscendo l angolo di passo del motore step e ipotizzando un funzionamento di tipo single step si in grado di stimare 1l numero di passi e di conseguenza il numero di impulsi elettrici necessari a compiere una rivoluzione completa n passi giro 360 angolo di passo Essendo la puleggia solidalmente vincolata all albero motore una rivoluzione completa di quest ultimo determina uno spostamento pari all
22. a lunghezza della circonferenza della puleggia motrice 58 l Fig 59 Relazione angolo arco in funzione del raggio 2 r Dp 2 A questo punto risulta facile ottenere determinare la lunghezza percorsa ad ogni passo del motore Lpasso L n passi giro Conteggiando quindi via software 11 numero di impulsi di comando alle fasi generati possibile stabile lo spostamento compiuto dalla slitta e dal sensore stesso Variando la tecnica di pilotaggio dello step half step microstepping ecc sar possibile inoltre migliorare o peggiorare l ampiezza del passo e di conseguenza l accuratezza del posizionamento Nota quindi la posizione assoluta via software il sistema memorizzer nella corsa di andata la posizione e la colorazione di tutti 1 target individuati lungo il percorso concedendo all utente la scelta delle operazioni da compiere nella successiva fase di ritorno Lunghezza utile Posizione Posizione 3 xwMxlxt xn 1 z zlz zn l Colore Colore 3 cOele cn l sl TL c V0e le i c n 1 Fig 60 Schematizzazione della struttura 59 Sara possibile adottare due criteri per il posizionamento del sensore posizionamento in base alla colorazione scelta tra quelle individuate posizionamento in base alla posizione scelta tra quelle individuate Il primo criterio ha il vantaggio di localizzare il target scelto anche nel caso la posizione individuata nella corsa di andata non corrisponda con quella del r
23. a tensione stata prelevata dalla porta a 5V della scheda NI come da figura Blocca motore Rosso Verde Giallo Marrone Arancio Nera gnd Vcc PO PI n tinecors y i Pi2 a Z 5 oo z 5 m I tb a e SS o DONO g finecorsa E E DE 2 co POE e finecorsa Quem 5 V scheda NI pi P0 7 m gt 3 a OL SI 7 A 2 Pi ee 2 3 Po Queu i 5 gt A0 Que Voti sl O 7 2 N2 Or oa Fig 39 Pcb principale dopo modifiche 38 Il risultato stato ottimo e anche a motore in moto le tracce risultavano molto pi pulite rispetto alla configurazione precedente La modifica stata comunque limitata e non ha influenzato negativamente la struttura ne 1l numero di componenti File Edit View Project Operate Tools Window Help n e P blue time_geen 0 09375 Tensioni rilevate h green l O a Reset conteggi data Voltage_0 A Voltage_1 IVA Voltage 3 2 _blue rab_green 79 v pe 2 5 3 1 3 0 I I I I I I I I I Il I LI I I I I I I I 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0m 95 lt gt etici gt windows Media Player gt RGB_colore_conteggi TB Labview IT Desktop i sa da 10 45 Fig 40 Stabilit delle tracce di tensione del sensore dopo modifiche all alimentazione 39 4 3 Caratterizzazione dei colori primari Ros
24. acciaio cromato al carbonio Numero elementi 1 it h Ciel Motore step Marca e modello McLennan Servo Supplies serie42M Angolo di step 7 5 Coppia nominale 66mNm Tensione nominale 5V Corrente nominale 550mA Numero di fasi 4 I motori della serie 42M possono essere utilizzati sia nella modalit unipolare sia bipolare Questi motori passo passo di potenza elevata offrono un livello di coppia superiore rispetto a molti motori simili fino al 100 in pi Numero elementi 1 Puleggia Pulegge di fasatura per adattarsi a tutte le cinghie di distribuzione in poliuretano Diametro 20mm Numero denti 15 Passo 2 5 mm Materiale alluminio Numero elementi 2 Cinghia Costruttore Contitech Lunghezza 1300 mm Larghezza 6 mm Passo 2 5 mm Spessore 1 3mm Materiale poliuretano Numero elementi 1 2 1 2 Sensoristica ed elettronica Sensore Produttore Mazet Tipo sensore del colore MTCSICT Caratteristiche aggiuntive con blocco IR Numero elementi 1 Condizionamento sensore Produttore Mazet Tipo amplificatore di transimpedenza MTI04cs Transistor Tipo MOSFET a canale N smd Tensione Drain Source massima 60V Corrente di drain massima 2 7A Resistenza massima drain source 0 092Q Tempo di salita tipico 6 3ns Numero elementi 4 Diodi Tipo Schottky smd Tensione massima 50V Corrente massima forward 1 Numero elementi 4 Resistenze Valore 10KO Tolleranza
25. anica piccola e Hanno un costo elevato relativamente ad altri tipi di motore con analoghe prestazioni e Hanno un funzionano a scatti e con forti vibrazioni soprattutto al bassi regimi e se s1 adottano le tecniche di pilotaggio pi semplici 3 1 4 Costruzione elettromeccanica I motori passo passo si dividono tradizionalmente in tre grandi gruppi motori a magnete permanente motori a riluttanza variabile e motori ibridi In realt la quasi totalit di quelli oggi reperibili sia sul mercato dell usato che tra 1 materiali nuovi sono del terzo tipo 10 Un motore ibrido costituito da un rotore e da uno statore Statore Roto re Fig 7 Struttura di un motore step ibrido il rotore appare come una coppia di ruote dentate affiancate di polarit apposta e solidali all albero costituite da un nucleo magnetico e da un numero variabile di denti in materiale ferromagnetico tipicamente 50 Tra le due ruote presente uno sfasamento esattamente pari ad del passo dei denti di modo che il dente di una delle due sezione corrisponde alla valle dell altra Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa In genere il rotore montato su cuscinetti a sfera ad alto scorrimento e in casi particolari a tenuta stagna Lo statore appare come il classico insieme di avvolgimenti il cui circuito magnetico costituito da 4 o pi frequentemente 8
26. arget verde pennarello mentre quel all ingiallimento Colore dal sensore cm Distanza minima caso sono stati pi soddisfacenti e 1l ultati migliori sono stati ottenuti con 1 lo lucido ha dimostrato una tendenza Distanza massima dal sensore cm Sempre visibile Eby RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi 3 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit view Project Seno n blue T Operate Tools Window Help Ten sioni rilevate time_blue time_geen 0 D blue green 117 59 po attesa Reset conteggi Sy on data Voltage_O Ri votage_1 RS 3 0 25 320 3 215 21 0 0 5 0 0 AA 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 p 1 1 1 p 1 1 0 0 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 04 o rab_blue rgb_green 108 231 ec 2 dxfsx lt etici O Windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev Y Immagine Paint gt IT Desktop OBO tae GromEBeda 9 59 File Edit Yiew Project Tensioni rilevate blue a time_blue time_geen 0 0 109378 blue green 117 6 poattesa Reset conteggi Operate Tools Window Help data J Yoltage_O ae Voltage_1 iW 2 57 E rab_blue rgb_green 20 130 i241 a 1 57 10 0 5 0 1 1 1 1 p 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0
27. brazione o variazione di velocit venga istantaneamente trasmessa al carrello con conseguente peggioramento della qualit della traslazione Servirebbe un cosiddetto effetto volano per fornire un assorbimento delle vibrazioni e regolarizzare 1l moto Essendo questa una soluzione poco pratica le alternative possibili posso essere quelle di sostituire 11 motore step con un motore in cc o ac 1 quali possiedono una rotazione pi fluida veloce ed esente da scatti tipici del motore step Di contro tali motori non presentano una coppia di tenuta e a parit di coppia nominale possono avere dimensioni superiori al corrispettivi motori passo passo nonch possibili circuiti di pilotaggio pi complessi e costosi Altra alternativa potrebbe essere quella di operare a livello della trasmissione sostituendo il sistema cinghia puleggia con uno di tipo a cremagliera pi silenzioso e lineare In tal caso il motore dovrebbe essere montato direttamente sul carrello mobile e la guida sarebbe fornita di una pista dentata Il fatto di avere il motore in moto con 1l carrello aumenta il peso di quest ultimo e comporta quindi Maggiore potenza in quanto 11 motore deve muovere anche il proprio peso Maggiore inerzia e moto meno scattoso e minore trasferimento di vibrazioni e possibilit di maggiori velocit di avanzamento Maggior numero di cavi di collegamento a dispositivi mobili 49 4 6 Considerazioni conclusive Al termine dei tes
28. dows Media Player lt P 7 LabVIEW 8 5 Dev I TRS QHD Sa Gil ODA 957 Fig 43a Verde matita Fig 43b Verde pennarello 41 Blu Per quanto riguarda l ultimo dei colori primari stato interessante notare come solo il blu pennarello stato in grado di sollecitare il sensore alla giusta frequenza mentre il blu matita lucido cartoncino addirittura hanno fornito valori tendenti al chiaro come visibile dalle figure Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm ibi RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi BE a B81 Fie Edit Yiew Project Operate Tools Window Help File Edit View Project Operate Tools Window Help E PAON ay 2 n e Tensioni rilevate d Tensioni rilevate ltag l tag DI blue di a a time_blue time_geen time_blue time_geen l1 79688 1 29688 1 79688 10 59975 blue CE blu green di ei lr 17 po atte sa Reset conteggi po atte Reset conteggi Color Color daa Voltage_0 BE Voltsce 1 RAMA f data Voltage 0 BE votage_1 RAMA f rab_blue rgb_are 177 264 eas 2 Zo 2 21 Eo H s 10 1 1 1 1 1 1 1 i 1 i 1 1 1 i 1 1 1 1 Ea o 5 om 10 Om 15 om 20 om 25 Om 30 om 35 Om 40 1 Om 45 om si om 55 1 fom 60 om 65 om 70 Om 75 Om 80 om 85 om 90 OV 0 0 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0
29. eguirsi di ulteriori eccitazioni delle successive fasi si ottiene un moto rotatorio composto da un elevato numero di passi Il circuito riferito ad una singola fase visibile nella foto Vcc la tensione disponibile al capo dell avvolgimento e quella disponibile per l intero sistema 5V dc L1 rappresenta l avvolgimento tipicamente con caratteristiche di tipo induttivo collegato alla massa tramite un transistor di tipo MOS Il gate di tale transistor collegato alla porta digitale della scheda NI6008 interfacciata dal software tramite pc ci permette di comandare l apertura o la chiusura del transistor e di conseguenza abilitare 1l collegamento a massa e Il passaggio della corrente nella fase dello step Tramite LabView infatti possibile comandare una porta digitale mediante degli operatori booleani true o false e fornire in un uscita un valore logico alto SV o uno basso 0V Nel primo caso tale tensione al gate consente al transistor di entrare nella regione di saturazione e comportarsi quindi da circuito chiuso permettendo cos l eccitazione della bobina della fase Nel secondo caso invece lo zero logico mantiene 11 MOS in regime di interdizione Vgs lt Vth dove Vth tensione di soglia e il circuito si trova in condizioni di riposo corrente nulla Uno dei vantaggi dei transistor MOS rappresentato dall elevato valore della resistenza di ingresso al gate che impedisce qualsiasi interazione dannosa tra la
30. emaLOComMplessivO caniaan la 29 3 5 Software di controllo e comando rio 30 Wa a OV ssi 33 A Test a VUOI SIA lio 33 FLP 0 8 5 DEI GENRRZRE SIAE DARA RR CEDAS RR DR RAI A 37 4 3 Caratterizzazione dei colori DIIMAfI rca 40 Ae Alurcoloia iaia 43 4 95 Sistema Ct MOVIMENIAZIONE nrerin eeo etio o E Aaa A Ea E Ee 49 AO Considerazioni CONCIISIY Giesser a a a 50 Goulds Al TAD OF ALOKIO sosesisissatsscvsneceascsseissndsdstnasossscedetecasvuneresdesateassesinsadass SI Dil Piemessi lara SI 3A SVOI IMENO AEL IES lisi ei 53 De UNO sguardo lt A UTO ine 57 Bibliografa e sitografid sivssccasisiccscesstsccvoscensinccessassicccssecerecnsascasseeusadecteennsss 63 Ringrazia menil allaccia 64 Introduzione 1 1 Contesto Il progetto seguente essenzialmente un applicazione optoelettronica basato sull impiego di una scheda di acquisizione NI6008 ed un sensore rgb per individuare differenti colori Tale sensore installato su un dispositivo mobile comandato dalla scheda stessa la quale mediante interfacciamento grafico su monitor permette di conteggiare il numero di oggetti del medesimo colore o effettuare un determinato posizionamento in corrispondenza di un colore definito dall utente 1 2 Obiettivi Lo scopo principale di questo progetto quello di valutare le capacit di un sensore RGB nell identificazione e ricerca di colori al fine di poter sviluppare un sistema ottico atto a operazioni di lett
31. eom CAMEO SN Ceo No Clio pls Momo ceste peo cl NNO ee Cox Fig 8 Collegamento elettrico delle fasi all interno di un motore step I due avvolgimenti Phl e Ph2 sono avvolti sullo stesso nucleo in modo tale che la corrente entrante dal terminale 1 crea due campi magnetici opposti a seconda che il terminale di uscita sia A oppure B In questo caso abbiamo uno schema equivalente ad un motore unipolare Se invece la corrente entra da A ed esce da B si crea un campo magnetico opposto al caso in cui la corrente entra da B ed esce da A in questo caso dal terminale 1 non passa corrente ed abbiamo un funzionamento come motore bipolare ed infatti sono usati solo 4 fili 1 terminali 1 e 2 non devono essere connessi La stessa cosa succede per Ph3 e Ph4 Analoghe considerazioni possono essere fatte per 1 rari motori a 8 fili 12 Per distinguere 1 due tipi di motore per 1 quali sono richieste tecniche di pilotaggio molto diverse basta ovviamente contare 1 fili uscenti se sono 4 abbiamo un motore bipolare se sono 5 un unipolare se sono 6 o 8 possiamo scegliere 1l tipo di pilotaggio pi opportuno Il numero di differenti posizioni di equilibrio presenti in una rotazione completa dell albero in genere indicato come passi per giro e dipende del numero dei denti del rotore e dai poli dello statore non dal numero di fili uscenti o dal numero delle fasi Questo numero spesso stampata sul contenitore ma in alternativa a motore non alimentato poss
32. fine di mettere in luce 1 pregi e difetti della struttura stessa e degli accorgimenti adottati Tutti 1 casi pi interessanti saranno accompagnati dalle relative immagine catturate da schermo per renderne pi agevole la comprensione le prove sono state eseguite in un ambiente chiuso a temperatura di circa 22 provvisto di luce naturale e artificiale alogena 4 1 Test a vuoto Prima di cominciare l analisi con target di diversi colori e materiali vediamo come si comporta il sensore in assenza di colore con la sola influenza delle condizioni luminose esterne In condizioni di assenza totale di luce il sensore rileva una gradazione scura e riporta in uscita il colore nero sia con led spenti che accesi Si nota un leggero sfarfallio delle tracce di tensione sul grafico nel caso di led in funzione con un leggero abbassamento del verde e del rosso Questo fatto pu essere spiegato considerando che la luce in particolare quella artificiale presenta una tendenza al giallognolo ossia a una frequenza che si avvicina maggiormente alle frequenze del rosso e del verde vicine tra loro ed escludendo invece quella del blu decisamente di valore inferiore 33 E RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi LE File Edit wiew Project Operate Tools Window Help gt ga Tensioni rilevate aA aa A blue reent red time blue time_geen 0 0 20312 mensa blue green o o iij Tempo attesa Reset conteggi
33. goli chip Di seguito vengono riportate alcune applicazioni optoelettroniche con un sensore rgb attualmente utilizzate dall azienda Keyence Controllo di segni su borse colorate controllo della presenza o assenza di grasso su componenti meccanici individuazione di oggetti di colori diversi per poi suddividerli Controllo di segni sui tubi controllo della presenza del manuale di istruzioni all interno della scatola di un prodotto e attraverso l aggiunta di un materiale fluorescente nel grasso per la lubrificazione si verifica la presenza di grasso nei cuscinetti Infine s1 utilizzano sensori rgb per controllare le schede madri dei pc controllare la presenza di o ring e nella produzione di circuiti integrati sono utilizzati per controllare se 1 chip sono stati inseriti correttamente nei nastri da produzione C2HIfS Sistema 2 1 Materiale impiegato dati tecnici e dettagli 2 1 1 Motoristica e meccanica Guida lineare Marca e modello Accuride serie 0115RS Lunghezza 711 mm Modalita di movimentazione tramite sfere di precisione Resistenza per coppia di guide carico orizzontale massimo 60 Kg carico verticale massimo 50 Kg Durata garantita 10000 cicli Movimento lineare di precisione per tutta la corsa Membro in movimento pienamente e costantemente supportato dai cuscinetti a sfera Materiali pattini in acciaio dolce laminato a freddo fermi sfere in acciaio zincato laminato a freddo cuscinetti a sfere in
34. heda NI 6008 3 3 2 Considerazioni La scheda NI impiegata in questo progetto appartiene alla fascia economica della categoria le caratteristiche in termine di velocit di campionamento e numero di bit sono limitate ma in linea con il moderato prezzo a cui disponibile intorno ai 160 euro Nonostante ci 1 risultati sono stati apprezzabili e 11 DAQ si rivelato sufficientemente adeguato per gli scopi per cui si intendeva utilizzarlo In un ambito pi esteso e mirato alla precisione all accuratezza e alla sensibilit al rumore e al disturbi elettrici l uso di schede di acquisizioni NI di fascia pi alta sono sicuramente in grado di fornire dati pi accurati e adatti ad un uso pi professionale e industriale Ci abbinato a sensori e condizionamenti di alta media categoria dovrebbe essere in grado di offrire prestazioni eccellenti anche in applicazioni veloci senza rinunciare al requisiti di accuratezza 19 3 4 Circuiteria e cablaggio 3 4 1 Il circuito stampato La PCB acronimo di printed circuit board stato ottenuta usando una macchina fresatrice foratrice di precisione La scheda risulta essere dual layer in modo tale da poter separare 1 circuiti destinati ad applicazioni diverse e contenere le dimensione finali dello stampato Le piste colorate in blu corrispondono al layer inferiore ossia quello relativo al sensore e al finecorsa mentre quello in bord rappresenta il layer superiore destinato all alimenta
35. i di un unit wireless nel caso di ambienti poco disturbati e distanze ridotte o in alternativa di sostituire l insieme DAQ PC con un modulo integrato programmabile in grado di gestire autonomamente l intera sequenza di riconoscimento dei colori e di provvedere all esecuzione delle operazioni richieste al seguito 29 3 5 Software di controllo e comando Che cos e LabVIEW LabVIEW un ambiente di programmazione grafica che include collegamenti e icone grafiche per lo sviluppo di un ampia gamma di sistemi avanzati di controllo misura e test LabVIEW compatibile con migliaia di dispositivi hardware e include librerie per analisi avanzate e per la visualizzazione dei dati La piattaforma di LabVIEW scalabile su target multipli e sistemi operativi ed uno standard per la programmazione grafica fin dal 1986 Le funzioni principali e 1 vantaggi sono e Programmazione pi veloce e Integrazione hardware in LabVIEW e Analisi avanzate ed elaborazione del segnale e Data Display e UI e Target multipli e OS e Approcci diversi alla programmazione e Programmazione multicore e Memorizzazione dei dati e reportistica e Supporto formazione e servizi software e Collabora e condividi 1 file con gli utenti di LabVIEW di tutto il mondo 30 p rgb_red i gt fal Amplitude and TL Level Measurements Amplitude and Level Measurements2 blue pra Mean DC blue 3 j rgb_blue Amplitude and Level
36. i vede che il colore schiarisce sempre pi fino a diventare quasi completamente giallo ocra Raggiunta poi il cono cilindrico del sensore il colore stranamente ritorna pi scuro riprendendo cos le sembianze di un marrone Colore Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm Marrone Visibile sempre 3 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi Jone RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi SAX Eile Edit yi dow Hel it yi i File Edit View Project Operate Tools Window Help a File Edit view A Vi Project Operate Tools Window Hel een I blue a time_geen time _blue 75 0 0 10937 Fig 48a Marrone lucido Fig 48b Marrone matita i RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi Jee File Edit View Project Operate Tools Window Hel n Fig 49 Marrone pennarello 44 Rosa Un comportamento simile al marrone stato mostrato dal rosa molto influenzato dal tipo di target e dalla distanza dal sensore Come il marrone esso tende rapidamente al giallo se avvicinato troppo e addirittura tra 1 4cm fino a quasi il contatto con il sensore appare bianco per poi tornare rosa se posto completamente a contatto con esso Il fenomeno simile a quello riscontrato con il marrone ma sembra pi accentuato in questo caso Le figure seguenti illustrano meglio il fenomeno
37. ibile far ruotare lentamente e con molta delicatezza 1l rotore e contare il numero di click necessari per compiere un giro possibilmente aiutandosi con una tacca di riferimento sull albero per individuare la fine di un giro Valori normali sono 16 solo 1 motori pi vecchi 100 200 click per giro numeri che hanno tutti la propriet di essere divisibile per quattro 3 1 5 Campi di utilizzo Oggigiorno 1 motori step sono impiegati in numerosi ambiti ma principalmente nei sistemi di movimentazione di precisione le moderne stampanti e plotter utilizzano sistemi motore step cinghia per 11 movimento delle cartucce e dei carrelli La maggior parte dei sistemi elettronici di lettura e scrittura sfruttano 1 vantaggi del motori passo passo a tale riguardo ne sono un esempio 1 lettori cd dvd multimediali le testine laser 1 lettori VHS ecc Per quel che riguarda invece l ambito industriale 1 motori step a media potenza sono impiegati principalmente n applicazioni robotiche nelle teste rotanti e nella movimentazione assi Con il vertiginoso sviluppo della microelettronica degli ultimi anni e 1 progressi nella fabbricazione del motori passo passo essi hanno cominciato a diffondersi velocemente nei sistemi di montaggio lavorazione e controllo che richiedano alti gradi di precisioni e stabilit Tutt ora sono disponibili motori step economici che con semplici circuiti di pilotaggio a basso costo sono adatti a soddisfare molte delle esigen
38. itorno ovvero nel caso di target mobili Lo svantaggio principale risiede invece nel fatto che una variazione di luminosit tra una corsa e l altra pu comportare un errore o addirittura un fallimento nel riposizionamento del carrello Il secondo invece adatto solo nel caso di target fissi ma svincola la corretta esecuzione da possibili influenze luminose o disturbi Addirittura con questo criterio sarebbe possibile effettuare il riposizionamento anche con completa mancanza di luce in quanto esso dipende solamente da variabili spaziali Questo tipo di funzionamento molto pratico ed adatto ad applicazioni di tipo automatico e di movimentazione pu essere ulteriormente analizzato e Impiegato per visualizzare gli effetti reali provocati da variazioni dei parametri fondamentali dei componenti responsabili dell acquisizione conversione e manipolazione dei dati quali blocchi di condizionamenti filtri ADC DAC ecc A tale riguardo si potrebbe valutare la possibilit di implementare sul software un sistema di gestione del numero di bit relativi ai dati di posizione e colorazione facilmente modificabili tramite una manopola nel front panel Numero di bit colorazione Numero di bit posizione By TS ET Te y f 7 Dr a MD Er ee si a a E J 2 10 E 10 A 1 fini k i en 1 1 1 Te 1 1 e Pal 0 Te O 1 Colorazione Posizione ico cl c2 Gan Ghia xo x1 x2 x3 xn 1 Fig 61 Selettori del numero di bit relativi alla posizione e al
39. la colorazione 60 Al variare di questi parametri l utente potr accorgersi di come essi influenzino la qualit del risultato in particolare l accuratezza del posizionamento Esso sar infatti tanto migliore quanto maggiore il numero di bit ossia alla risoluzione dimensionale dell ADC utilizzato per la conversione dei dati in digitale Si potranno cos eseguire numerosi test variando tale parametro e determinando caso per caso 1l relativo errore di posizione compilando cos una tabella e costruendo un grafico numero di bit errore di posizione esplicativo della caratteristica valutando poi la loro relazione matematica Perfetto posizionamento Alto numero di bit Leggero disalimeamento nel posizionamento Medio numero di bit Fig 62 Effetti visibili della variazione del numero di bit 61 Come sara la transcaratteristica Numero di bit Errore posizionamento Fig 63 Possibili andamenti dell errore di posizionamento in relazione al numero di bit 62 Bibliografia Tecnologia disegno e progettazione in ambiente LabView Enrico Purchi Cupido editore 2002 Dispense di macchine e azionamenti elettrici Motore step Sitografia McLennan Servo Supplies Serie42M step motor http www mclennan co uk National Instruments DAQ NI 6008 USB http www ni com RS components http it rs online com web I motori passo passo Tutorial http www vincenzov net tutorial passopasso stepper htm 63
40. lue rgb_green 3 fis 308 m sec 2 I I I I 1 1 1 1 1 1 1 I I I I onto__dxfsx 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m fy gt aisi windows Media Player RGB_colore_conteagi I Labview Y Immagine Paint IT Desktop Osa a 10 33 Fig 55 Bianco con led on 48 4 5 Sistema di movimentazione In merito alle prestazioni dinamiche del dispositivo importante evidenziare alcuni aspetti che ne influenzano le prestazioni In primo luogo il moto del motore anche a basse velocit risulta essere leggermente rumoroso e ricco di vibrazioni indotte probabilmente dallo step stesso e dalla scorrevolezza della guida Ad alte velocit questo fenomeno diventa molto invasivo e 11 motore sembra avere delle incertezze le quali determinano un andamento molto scattoso e impreciso che limita la velocit massima del motore Per tempi di comando della sequenza delle fasi inferiori a 10mS ovvero impostando 100 come valore di velocit nel front panel il motore di fatto utilizzabile Il tempo minimo di pilotaggio pu quindi essere considerato circa 11ms corrispondente ad Impostare 90 sul front panel Il motivo di questi problemi pu senz altro essere imputabile oltre al motore stesso anche alla tipologia di trasmissione adottata Il sistema cinghia puleggia presenta infatti una bassa inerzia e il fatto di non avere riduttori tra motore e carico fa si che ogni minima vi
41. m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 900 lt gt esa windows Media Player y Immagine Paint IT Desktop gt Q Bo amp 39 ME 6 Da 9 59 Fig 42a Verde cartoncino Eby RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit View Project x Operate Tools Window Help po attesa Reset conteggi i i i i i i i i i i i i 7 L i i i i E 00 Sm 100m 15 0m 200m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m S0 0m 550m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 m lt Kisaa Windows Media Player b LabVIEW 8 5 Dev y Immagine Paint IT Desktop dels stai I MP 9 58 aax Color p data voltage _0 zz Voltage_1 a 3 0 15 rgb_blue rab_green 2 5 fio es ee la s 71 0 ec 2 JSA ec 2 0 0 Fig 42b Verde lucido Eby RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit View Project Operate Tools Window Help 1 uu n 2 Tensioni rilevate a 7 blue reent oe A Tensioni rilevate ad JAZ Vav d d d d n i time_blue time_geen time_blue time_geen o 15 mm E blue green blue 117 jaz green 117 37 po attesa Reset conteggi Voltage_0 A Voltage_1 Ew rab_blue rab_green 278 3074 1 1 i 1 p 1 1 1 1 p 1 1 1 1 1 1 1 1 _dxfsx 00 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 lt gt ry Stare win
42. m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 04 gt windows Media Player IT Desktop OHO Ewen smoga 9 40 cca windows Media Player 32 Labview 8 5 Dev gt WY Immagine Paint IT Desktop TIVA 55024 9 40 ig 44a Blu cartoncino ig 44b Blu lucido ibi RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi a X E RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi Ja Xx gg a Operate Tools Window Help EL File Edit View Project u blue File Edit View Project Operate Tools Window Help seg volta vi ea blue i time_blue el time_blue time_geen 1 79688 A o blue green blue green 77 12 76 fiz bo attesa Reset conteggi f 3 f Voltage_0 Ri voltage 1 RANA i data Voltage_0 REM voltage RAMA rab_blue rgb_green rab_blue rgb_green fier esi 1166 1186 Pez ec2 sty 1 1 1 p 1 p p 1 p 1 1 1 1 1 1 La i 0 0 50m 100m 15 0m 200m 25 0m 300m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 550m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 850m 90 0 gt Is gt windows Media acme con Lad Labview YW Immagine Paint IT Desktop ORO Sa ced SBOE Wa 33 tice windo ows Media _ Eee ET VIEW Y Immagine Paint IT Desktop OBO ta Ged SBO We 037 I o as SEOs _ Li I y 1 0 0 0 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 99 0 dxisx Fig 45a Blu matita Fig 45b Blu pennarello
43. meccanico del dispositivo ed eventualmente riportare degli accorgimenti in merito per successive realizzazioni Al termine di tutto dovreste essere in grado di stendere un datasheet pratico ossia affiancare ai dati tecnici teorici del costruttore dei dati pratici ottenuti con diverse prove e con diversi parametri al fine di classificare il sensore in merito alla tipologia di applicazione che stata adottata in questo progetto Esponete quindi le vostre conclusioni in merito al sistema nel suo complesso e ai singoli elementi evidenziandone 1 punti di forza e quelli di debolezza nonch eventuali suggerimenti e consigli mirati ad un miglioramento e perfezionamento del dispositivo e alle sue funzioni 56 5 3 Uno sguardo al futuro Al seguito della progettazione costruzione assemblaggio collaudo e analisi del dispositivo nella sua interezza risulta interessante ora dedicare maggiori sforzi allo sviluppo software per permettere alla struttura di ricoprire compiti pi ampi e complessi utili sia dal punto di vista professionale sia da quello didattico Tra le numerose idee e possibili azioni svolgibili ne verr a breve esposta una che permetter all insieme motore sensore di svolgere vere e proprie funzioni di ricerca e posizionamento automatizzato opportunamente regolate da fenomeni e variabili esterne disturbi rumore numero di bit ecc T Idea Essenzialmente essa consiste nel sfruttare l intera lu
44. na prima prova impostando come velocit 30 e successivamente incrementando tale valore ad intervalli di 10 fino al valore massimo velocit limite per cui ritenete che il sistema sia in grado di identificare sufficientemente bene 1l colore Ripetete nuovamente questo test per alcuni altri colori e verificate se vi sono delle differenze in termini di velocit Completato 1l tutto compilate la tabella sottostante 55 Colore Tipo colore Tipo materiale Velocit massima matita carta cartoncino di lettura pennarello plastica i m s Tab 2 Prove dinamiche Nota 1 potrebbe verificarsi che il limite superiore di velocit vari al variare dei colori in modo tale da non consentire di stabilire una velocit limite assoluta In tal caso si potr adottare una velocit di compromesso tra 1 vari casi o nel nella situazione pi cautelativa scegliere la minore tra tutte Nota 2 duranti 1 collaudi sono state riscontrate delle vibrazioni e delle incertezze durante il movimento del carrello lungo la guida questo problema limita il campo di variazione di velocit del sensore lungo la linea di colori Tale problema potrebbe essere legato maggiormente alla tipologia di trasmissione meccanica adottata cinghia puleggia combinata alla scorrevolezza del carrello sulla guida lineare Sar quindi interessante considerare anche questo fattore durante lo svolgimento dei test dinamici di modo tale da consentire di valutare anche il fattore
45. nghezza della guida lineare considerando una corsa di andata e una di ritorno differenziate oltre che dal verso di percorrenza anche e soprattutto dalle funzioni svolte da ciascuna di esse L obbiettivo della corsa di andata quello di percorrere l intero tragitto utile da finecorsa a finecorsa riconoscendo e acquisendo la colorazione e la posizione dei target posizionati lungo di esso Tali target saranno scelti anche in base ai risultati dei test precedentemente effettuati che hanno messo in luce 1 vantaggi e svantaggi dell utilizzo di diversi materiali e diversi tipi di colori La fase di andata assumer pertanto una funzione di lettura memorizzazione e taratura permettendo al software di ottenere dei valori numerici digitali che gli permettono di conoscere e caratterizzare il percorso compiuto La fase di ritorno invece consente tramite scelta dell utente di ricondurre il sensore su di un determinato target e di fermarsi su di esso Come gi annunciato tale operazioni potranno essere meglio studiate e analizzate anche per fini didattici con l aggiunta di disturbi e rumori esterni o variando parametri di interesse quali risoluzione dimensionale e quindi numero di bit impiegati nella conversione analogico digitale Corsa di andata lettura memorizzazione e taratura oo 4 ll wp JWL l8 6ki6 6Z di 41 Corsa di ritorno ricerca e posizionamento Fig 57 Concetto di doppia cors
46. nza di led allo stato on 13 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi ag File Edit View Project Operate Tools Window Help n blue i time_blue time_geen 1 79688 1 60938 Tensioni rilevate A blue green 77 28 Do attesa Reset conteggi Color data Voltage_0 ae Voltage_1 4 CSA rab_blue rgb_green Hai fg 119 179 2 27 D 2 2 0 S 1 8 d ec 2 I 1 1 I I j I I Il 1 I Il I I I I dufsx 5 0m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 gt LabVIEW 8 5 Dev YW Immagine Paint IT Desktop OO SE ae i BOD 3 43 ee 1 eee e n r_ Fig 34 Test a vuoto Luce ambientale e led off 3 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit View Project Operate Tools Window Help n blue i time_blue time_geen 1 79688 1 60938 Tensioni rilevate amp blue green 77 28 Do attesa Reset conteggi Color data Voltage_0 GS Voltage_1 IAA Zion rab_blue rab_green 2 4 118 1177 g 22 2 2 0 2 1 8 ec 2 T L6 1 4 Dasi 1 Il 1 j 1 I I I I I L Il I 1 I 1 1 di 0 0 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m 30 0m 35 0m 40 0m 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 gt Gey ah eee 19 Immagine Paint IT Desktop OBAO Sy G2 i BO Dae 3 44
47. nzione alla qualit e all intensit della luce ambientale eventuali riverberi od ombre nell intorno del banco di prova Nelle prove effettuate duranti 1 collaudi per esempio sono stati riscontrati 53 disturbi elettrici nella linea dovuti all interferenza delle frequenze dei neon di illuminazione ambientale Per concludere la prima parte dei test interessante valutare anche le performance dei target ovvero ripetere le prove gia citate variando le caratteristiche dei target In particolare Tipologia del colore tempera matita pennarello ecc Tipologia di materiale carta sottile carta spessa cartone plastica ecc Tipologia superficie lucida opaca liscia ruvida ecc Noterete come tali caratteristiche influenzino in modo differente nei diversi colori il che rende difficile determinare 11 migliore tipo di target per questo tipo di applicazione Accoppiate quindi 1 target del medesimo colore ma di materiale diverso o colorati con colori differenti e rieffettuate tutti 1 test precedentemente fatti Colore Tipo colore Tipo materiale Distanze dal Distanze dal matita carta cartoncino sensore con led sensore con led pennarello plastica ON cm tempera Min ax Tab 1 Prove statiche 54 Prove dinamiche E utile ora analizzare anche la parte pi strettamente legata al movimento fino ad ora non considerata Agendo tramite il front panel possibile azionare il movimento del carrell
48. o che per semplicit stato affidato ad una sequenza che compie una corsa di andata e di ritorno in modo automatico grazie all ausilio dei due finecorsa alle estremit della guida L attenzione ora rivolta principalmente alla lettura in movimento immaginando come futura applicazione la lettura sequenziale di target affiancati Azionate il motore step mediante il pulsante on sul front panel servitevi del riquadri speed dx e speed sx per variare la velocit di entrambe le corse andata e ritorno Le prove consistono quindi nel porre 1 target lungo il percorso ed effettuando pi acquisizioni variando la velocit del carrello e osservando 1 dati Al termine non dovrebbe risultare difficile stabilire la velocit massima al quale il carrello riesce a identificare il colore in maniera sufficientemente precisa tale valore abbinato ai dati relativi alla distanza dei target dal sensore ottenuti nelle prove statiche dovrebbe fornire una caratterizzazione adeguata in merito alle reale prestazioni del sensore rgb Armatevi dei soliti target colorati e posizionateli al centro della guida lineare ad una distanza frontale dal sensore circa uguale al valore medio tra la distanze minima e massima determinate nella prova statica Potete tenerli in mano o se preferiti potete attaccarli con del nastro adesivo ad una superficie pi grande es scatola di cartone quaderno ecc che poi posizionerete dinanzi il sensore Effettuate quindi u
49. o tipo e sembrano non esserci soluzioni possibile se non la completa adozione di un sistema differente Colore Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm 46 Fig 53a Nero con led off Fig 53b Nero con led on Bianco In questo caso il bianco ben riconoscibile con tutti 1 tipi di materiali e tipologia di colorazione L unico accorgimento quello di non avvicinarsi pi di 1 cm dal sensore pena l ingiallimento del colore rappresentato Anche in questo caso come nel giallo si soggetti ad una forte saturazione delle componenti verde e rosso Colore Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm Bianco 1 _ 4 ib RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi JE File Edit view Project Operate Tools Window Help gt a rt a ed time blue time_geen o l 1 29688 blue green empo attesa Reset conteggi Tensioni rilevate data voltage_0 BES voltage_1 g red rgb_blue rgb_green gt IT Desktop ZAA 10 30 lo Fig 54 Bianco con led off 47 2 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi SAX File Edit Yiew Project Operate Tools Window Help on Exe Tensioni rilevate blue reent time_blue time_geen 0 1875 blue green 117 141 empo attesa Reset conteggi Voltage_0 GS Voltage_1 red rgb_b
50. oo POI ne Sa Ingressi digitali Blocco Sensore O Qu Po Q Pos O IU O ct O Q Al Vout 2 Al 2 Vout 2 Ingressi analogici Fig 56 Collegamenti scheda pcb e pcb componenti Gli ingressi e le uscite della parte di sinistra della scheda stampata andranno collegate alle relative porte della scheda NI 6008 indicate a fianco di ogni morsetto la parte di destra invece si interfaccera al bus di cavi proveniente dal pcb del sensore e dai finecorsa Nella parte superiore trovano spazio invece 1 sel morsetti per l alimentazione e il controllo del motore step nonch gli ingressi Vcc e GND dell alimentatore Terminati tutti 1 collegamenti elettrici attivati tutti 1 dispositivi e lanciato il programma Labview siete pronti per testare il sistema 52 5 2 Svolgimento dei test Prove statiche Per 1 primi test mantenete fisso il carrello ed effettuate delle prime prove statiche del sensore per valutare da prima possibili errori di offset o distorsioni del segnale dovute a condizioni ambientali differenti o sfavorevoli A tale riguardo lanciate il programma mediante il tasto run in alto a sinistra del front panel e avvicinate dei foglietti di carta o cartoncino colorati alla faccia del sensore verificando sul monitor 1 colori acquisiti provate poi ad avvicinare e allontanare tali foglietti dal sensore verificando il comportamento di quest ultimo e il campo di visibilit in funzione della distanza dal target A
51. secuzione richieste non elevate Coppia motrice e di mantenimento sufficientemente elevate Precisione nel posizionamento Nessuna necessit di riduttori meccanici Tensione di esercizio contenuta Pilotaggio digitale tramite software Bassi regimi di rotazione del motore maggiore sicurezza e minori vibrazioni Non necessita di manutenzione particolare ed adatto all ambiente industriale Dimensioni contenute Possibilit di adottare tecniche di pilotaggio differenti per effettuare la medesima operazione half stepping microstepping 16 3 3 La scheda di acquisizione dati NI 3 3 1 Caratteristiche 5V PFIO D GND P13 P1 2 P1 1 P1 0 PO 7 P0 6 PO 5 P0 4 P0 3 PO 2 22 PO 1 P0 0 20 19 D GND LED 148 17 D VBUS D Al GND AI GND Al 4 AI 0 12 14 AI O AI 0 AI 5 Al 1 Al 1 Al 1 AI6 Al 2 8 7 Al2 Al 2 Al7 A13 6 5 AI3 Al 3 AI GND AOO Fig 15 Tabella delle porte di IO della scheda NI 6008 17 Product Name USB 6008 Product Family Multifunction Data Acquisition Form Factor USB Part Number 779051 01 Operating System Target Linux Mac OS Pocket PC Windows DAQ Product Family B Series Measurement Type Voltage RoHS Compliant Yes SOTA Analog Input Channels 4 8 it gat in 0 913 in Single Ended Channels 8 Seana iz A at Differential Channels 4 ae rr W Resolution 12 bits Sample Rate 10 kS s Throughput All
52. sktop V 512 T AB 8 Dea 9 44 aili Fig 36 Test a vuoto Luce ambientale e disturbo luminoso 36 4 2 I problemi Durante 1 primi test di collaudo della struttura sorto un problema che ha costretto ad una revisione del circuito elettrico e di alcune modifiche fisiche Tele problema derivava dal fatto che in sede di progetto era stato deciso di utilizzare una singola presa di alimentazione per alimentare l intero dispositivo ossia motore step e sensore di modo tale da risparmiare componenti e rendere 1 collegamenti pi semplici e intuitivi In seguito ci si resi conto che a causa delle propriet induttive capacitive degli avvolgimenti del motore e l assenza di filtri di linea creava notevoli oscillazioni e interferenze sulla linea di alimentazione tali distorsioni per come era strutturato il circuito elettrico interagivano anche sul sensore e sul blocco di condizionamento mostrando a monitor tracce variabili disturbate e con molti spigoli Tali armoniche inoltre non risultavano costanti ne di ampiezza ne di forma al variare della velocit del motore 13 RGB_colore_conteggi OKKK finecorsa con inversione vi File Edit View Project Operate Tools Window Help Tensioni rilevate amp a a time_blue time_geen o 0 20312 blue green o o o attesa Reset conteggi Color data j Voltage_0 Bae Voltage_1 ax 4 8 rgb_blue rgb_green 4 6 E E 4 4 E 4 2 4 0 a 3
53. so I test effettuati utilizzando diversi target di colore rosso hanno dimostrato la difficolt del sensore nell identificare con sufficiente precisione le gradazione del colore fornendo cos dei risultati non del tutto soddisfacenti Bisogna ricordare per che la luce esterna e la luce dei led del sensore come gi detto influenzano principalmente le frequenze del verde e del rosso Potrebbe essere quindi anche questa una delle cause del decadimento del colore presente nella totalit dei target rossi analizzati Tale causa ha influenzato anche le distanze minime e massime al quale il sistema in grado di riconoscere la presenza di una determinata gradazione cromatica Distanza minima Distanza massima dal sensore cm dal sensore cm Roso Sempre visibile Sempre visibile 1 p 1 1 1 1 1 45 0m 50 0m 55 0m 60 0m 65 0m 70 0m 75 0m 80 0m 85 0m 90 0 def 0 0 50m 10 0m 15 0m 20 0m 25 0m fi I 00 5 0m 40 5 0m IS gt lt scuo windows Media Player LabVIEW 8 5 Dev YW Immagine Paint IT Desktop gt Q ORA ETEA Ti 2B 9 Da 9 51 gaws Windows Media Player 13 si X be SSS x gt LabVIEW 8 5 Dei Y Immagine Paint IT Desktop ORO SB 3 20 soga 9 53 Fig 4la Rosso lucido Fig 41b Rosso matita 40 Verde I risultati ottenuti invece in questo colore virtuale ottenuto da monitor si avvicinato molto al colore reale I ris t
54. t effettuati possibile evidenziare alcune particolarit del dispositivo e trarre alcune conclusioni utili come riferimento per successive prove Motoristica Motore step molto scattoso Rumorosit durante gli avanzamenti Trasmissione non idonea allo smorzamento di vibrazioni e alla linearizzazione del moto Limite alla velocit massima di avanzamento Buon funzionamento automatizzato finecorsa Sensoristica Buone prestazioni generali del sensore Effetto alone luminoso su target lucidi a causa del sistema di illuminazione a led Eccessiva tendenza al riconoscimento di una tonalit rossa gialla anche in assenza di target solo luce ambientale Difficolt nell identificazione di colori di tonalit scura Il funzionamento avviene solo in condizioni di illuminazione diretta del target Target I materiali lucidi risultano meno riconoscibili nella giusta gradazione cromatica problemi di riflessioni luminose I materiali pi spessi e corposi sono pi adatti a fornire risultati accurati in quanto non permettono alcun effetto di trasparenza riscontrabile invece utilizzando carta comune La saturazione e il contrasto del tonalit cromatica incrementano il grado di riproducibilit a monitor del colore il pennarello ha fornito risultati migliori rispetto alla matita 50 Guida al laboratorio 5 1 Premessa La seguente guida rappresenta un esempio di prova svolgibile in un
55. un tensionamento ottimale della cinghia L angolo di passo del motore step e il diametro della puleggia determinano lo spostamento lungo la guida lineare ad ogni passo del motore Con una puleggia motrice del diametro di 20mm ed un motore con angolo di passo di 7 5 gradi si ottiene una traslazione di circa 1 31mm per ogni passo traslazione che si dimezza nel caso di un pilotaggio del motore con tecnica half step Sul medesimo basamento in plexiglass sono presenti inoltre due finecorsa meccanici on off atti all inversione del moto di avanzamento della guida o alla sua interruzione e un secondo circuito stampato su cui convoglieranno tutti 1 cavi e 1 collegamenti tra la scheda di interfaccia NI6008 e l apparato appena descritto permettendo cos 1 il controllo via software dell intero sistema Fig 1 Puleggia condotta Fig 2 Motore e carrello Fig 3 Pcb principale Fig 4 Pcb sensore Fig 5 Guida lineare e basamento Motoristica 3 1 I motori passo passo 3 1 1 Introduzione I motori passo passo spesso chiamati step o steppers sono motori elettrici sincroni in corrente continua senza spazzole la cui rotazione avviene attraverso un gran numero di passi step successivi Tale principio di funzionamento permette posizionamenti accurati e precisi ed elevati valori di coppia La posizione del rotore ottenuta fornendo una tensione continua e costante in successione per intervalli di tempi costanti alle diverse fasi del motore
56. ura simili a quelle attualmente utilizzate in ambito industriale L attenzione sar rivolta soprattutto nell osservare la variazione dei dati rilevati a seguito di interferenze luminose sul sensore utilizzo di superfici riflettenti e variazione della risoluzione in bit del sistema di acquisizione utilizzato 1 3 Utilizzo nell industria Tra 1 numerosi settori dell elettronica tutt oggi esistenti ha visto una notevole crescita negli ultimi anni il settore detto optoelettronica ossia l impiego di sensori sensibili alle variazioni cromatiche e alle interazioni luminose 1 quali permettono tramite opportuni sistemi di condizionamento e interfacciamento di fornire all utente informazioni su caratteri o sequenze cromatiche analizzate colori codici a barre codici luminosi ecc che interpretate in base ai criteri adottati dall operatore stesso consentono operazioni quali conteggio ricerca posizionamento verifica confronto regolazione riconoscimento taratura letturascrittura all interno di sistemi automatizzati Tra 1 principali vantaggi nell utilizzo dell optoelettronica oltre alle gi citate capacit di elaborazione e comodit d uso si ricordano l immunit ai disturbi elettromagnetici molto importante in ambienti molto rumorosi come fabbriche mezzi di trasporto ecc ampie larghezze di banda anche dell ordine di Tb s non interferenza tra segnali e raggi vicini grandi possibilit di integrazione in sin
57. vvalendosi di un righello cercate di misurare la distanza minima e massima del target dal sensore per un corretto riconoscimento del colore e cominciate a compilare la tabella che trovate nella pagina seguente SI ripeta poi la prova azionando questa volta 1 due led montati sui lati del sensore e si verifichi se sono riscontrabili miglioramenti o peggioramenti nella rilevazione delle gradazioni cromatiche e annotate nuovamente 1 dati in tabella Per quanto riguarda la regolazione fine si ricorda che possibile agire sull interfaccia grafica del programma per variare alcuni parametri di interesse quali il guadagno del condizionamento del sensore e il valore del condensatore di retroazione atto alla soppressione dei disturbi Variando questi parametri si dovrebbero osservare variazioni anche notevoli sul comportamenti dei livelli di tensioni delle frequenze dei colori primari rosso verde e blu Nel caso quindi l acquisizione risultasse scarsa e 1 risultati precari o per puro interesse s1 effettuino ulteriori prove agendo su di questi parametri Nota Il sensore rgb basa il suo comportamento sull intercettazione delle frequenze delle onde luminose riflesse dagli oggetti questo fatto fa si che la presenza di luci esterne o elementi luminosi interferisca nella corretta esecuzione portando da errori anche non banali Di conseguenza hai fini di uno svolgimento corretto e il pi possibile preciso della prova necessario che prestiate atte
58. ze degli hobbisti 13 3 2 Il motore passo passo McLennan serie 42 M 3 2 1 Caratteristiche tecniche costruttive Fig 9 Motore passo passo McLennan serie 42 M 42M048C1U N 5 9 1 8 1 66 2 9 4 12 5 x 10 12 7 1 80 75 0 50 48 100 C Dielectric Withstanding Voltage 650 50 VRMS 2 sec ight g oz 145 5 1 Leadwires 26 AWG UL Style 1430 Fig 10 Dati tecnici motore passo passo McLennan serie 42 M 14 56 a 3 22da 015 4502 015 40 48 0 10 1 osa 1 948a 004 0324 002 3 5140 13 o Sea UU 0 000 al 000 0 051 0000 3937 0020 0 000 9 1 REF 23 000 0 005 de 0000 10 4 REF e118 0002 ii Fig 11 Forma e dimensioni del motore passo passo McLennan serie 42 M peo we os oe 1 o ore on OFF 2 ON fore OFF ON _3 ore on OFF ON 4 OFF ON ON OFF 1 on fore on OFF CCW ROTATION Fig 12 Collegamenti elettrici interni del motore passo passo McLennan serie 42 M 15 TORQUE VS SPEED UNIPOLAR 42M048C1U H L R 2 PHASE DRIVE 60 0 8 50 50 0 7 08 49 0 2 96 0 ras Z 20 0 Ri Per 10 0 d SPEER CPPS Fig 13 Caratteristica coppia velocita del motore passo passo McLennan serie 42 M 3 2 2 Criteri di scelta I motivi che hanno spinto ad adottare questa tipologia di motore corrispondono essenzialmente ai vantaggi stessi di questo motore e sono riassumibili nei seguenti Velocit di e
59. zione del motore W legamenti al motore Tine corsa a s i finecorsa o 2 O m i_ Ou O s3 O O a Fig 19 Circuito elettrico stampato del pcb principale prima versione 20 Come si nota dallo schema tutte le curve risultano raccordate e gli spigoli smussati questo accorgimento consente minori perdite elettriche in quanto la corrente effettua un percorso meno tortuoso Per comprendere pi efficacemente questo aspetto lo si pu paragonare ad un flusso di liquido all interno di una sezione tubolare le perdite di carico sono direttamente proporzionali al numero di spigoli raccordi intersezioni che esso incontra nel percorso Un altra caratteristica che si denota dallo schema riguarda le larghezze delle piste stesse pi strette per piccole correnti transitanti pi larghe per correnti rilevanti Generalmente ci permette di distinguere le alimentazioni e 1 circuiti destinati ad applicazioni di potenza attuatori in genere dai circuiti destinati invece alla sensoristica e alla diagnostica Per quanto riguarda l aspetto di layout della scheda si cercato il pi possibile di raggruppare tra loro le uscite destinate al medesimo componente inserendo opportune distanze tra 1 vari blocchi in modo da evitare qualsiasi tipo di interazione dannosa La parte inferiore caratterizzata dai morsetti di ingresso e uscita per il sensore e il relativo condizionamento mentre la parte superiore
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