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Sensores utilizados para la neumática
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Departamento de Fsica, Ingeniera de Sistemas y Teora de la SealGrupo de Automtica, Robtica y Visin Artificial
Clase 2. Sensores y detectores.
AUTOMATIZACINOptativa Ingenieras Informticas
F. Torres, C. Fernndez
2Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Contenido
1. Introduccin2. Sensores de proximidad o detectores
3Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Introduccin
Definicin: z Dispositivo elctrico/mecnico que convierte magnitudes fsicas a valores
medibles de dicha magnitud. Generalmente, los valores medibles son seales elctricas codificadas en analgico o digital.
Forma de codificar la seal:z Analgicos:
0-10 V. 4-20 mA.
z Digitales: Pulsos (Duracin proporcional a la magnitud) Nmero codificado en binario
z Todo-Nada Caso particular de los digitales
4Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Introduccin
Descriptores estticos: z Rango. Valores mnimos y mximos para las variables de entrada y salida.z Exactitud. Desviacin de la lectura de un sensor respecto a una entrada
conocida.z Resolucin. Cantidad de incremento de medida ms pequea detectable.z Error. Diferencia entre el valor medido por el sensor y el valor real.z No linealidades. Saturacin. Zona muerta.z Sensibilidad. Razn de cambio de la salida frente a cambios en la entrada.z Excitacin. Cantidad de corriente requerida para el funcionamiento del
sensor.z Estabilidad. Medida de la posibilidad de un sensor de mostrar una misma
salida en un rango en que la entrada permanece constante
5Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Introduccin
Descriptores dinmicos:
6Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Contenido
1. Introduccin2. Sensores de proximidad o detectores
7Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad o detectores
Sensores que detectan si un objeto se halla o no en una determinada posicin.Tiposz Interruptores mecnicos de posicin para determinar ejecucin de
movimientos. Microrruptores, finales de carrera, vlvulas limitadoras,....
z Sensores de proximidad que funcionan elctricamente y sin contacto Capacitivos, inductivos, pticos,....
Ventajas de los sensores de proximidad sin contactoz Deteccin precisa y automtica de posiciones geomtricasz Deteccin sin contacto de objetos y procesosz Conmutacin rpidaz No desgaste mecnico, nmero ilimitado de ciclos de conmutacin,
ambientes peligrosos
8Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Contenido
1. Introduccin2. Sensores de proximidad o detectores
Sensores de proximidad con contacto (finales de carrera)
9Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Interruptores de posicin electromecnicosz Se establece o se interrumpe un contacto elctrico por medio de una
fuerza externa. Vida til 10 millones de ciclos.z Tiempos de conmutacin entre 1 y 10msz Cuando se utilizan interruptores electromecnicos para operaciones de
conteo, deben tenerse en cuenta los posibles rebotes de los contactos.Muelle de compresin
Caja
Disco de retencin
Contactos abiertos
Contactos cerrados
Muelle arqueado
Muelle de presin de contactos
Lmina de contacto
Perno de gua
10Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Finales de carrera1. Vstago de rodillo 6. Palanca de varilla2. Rodillo y palanca sencillo 7. Varilla elstica3. Rodillo y palanca acodada 8. Vstago reforzado4 y 5. Palanca de rodillo 9. Vstago de rodillo
11Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Finales de carrera
12Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Ejemplos de uso
13Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Ejemplos de uso
14Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad con contacto
Ejemplo de conexin
15Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Contenido
1. Introduccin2. Sensores de proximidad o detectores
Sensores de proximidad con contacto (finales de carrera) Sensores de proximidad sin contacto
16Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)z Reaccionan ante los campos magnticos de imanes permanentes y de
electroimanes.
17Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivos
18Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosz Se utilizan para detectar la proximidad de piezas metlicas en un rango de
distancias que va desde 1mm a unos 30 mm. Hasta 75mmz Como interruptores final de carrera con ventajas con respecto a los
electromecnicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecnica, resistencia a ambientes agresivos a altas temperaturas.
19Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosz Se basan en la propiedad de un condensador segn la cual su capacidad
toma el siguiente valor:
z Miden una variacin en S (rea de las placas del condensador enfrentadas), d (distancia entre las placas), (constante dielctrica del medio entre las placas)
dSC =
20Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosz Materiales metlicos o no en el rango de distancias que va desde 1mm a
unos 30 mm.z Su sensibilidad se ve muy afectada por el tipo de material y por el grado de
humedad ambiental y del cuerpo a detectar.z Las aplicaciones tpicas son, la deteccin de materiales no metlicos como
vidrio, cermica, plstico, madera, aceite, agua, cartn, papel, etc.
21Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosz Sensores de barrera -> Uso de fibra pticaz Sensores de retrorreflexinz Sensores de reflexin directa -> Uso de fibra ptica
22Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz Sensores de barrera -> Uso de fibra pticaz Sensores de retrorreflexinz Sensores de reflexin directa -> Uso de fibra ptica
23Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz Funcionamiento
Contaminacin polvo, virutas, etc. Interferencias en los sensores y mal funcionamiento Ensuciamiento de las lentes de la ptica del sensor De los reflectores. Contaminacin del rayo de luz Reflexin directa. La suciedad en el objeto a detectar.
Funcionamiento fiable Hacerlo funcionar con suficiente margen operativo (ensayos previos, seleccionando
uno con suficiente margen de funcionamiento,...) Utilizando sensores con ayuda al ajuste. Parpadeo de un LED en zonas lmite de
deteccin. Sensores con indicacin automtica de ensuciamiento.
24Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De barrera
Se componen de un sensor y de un receptor. El sensor est dispuesto de tal manera que la mayor parte posible del haz de luz enviado por su diodo incide sobre el receptor.
ste evala la cantidad de luz recibida de forma tan clara que la puede distinguir de la luz ambiental o de otras fuentes de luz. Una interrupcin del haz de luz origina una conexin de la salida.
25Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De barrera
Ventajas: Incremento de la fiabilidad debido a la presencia permanente de luz durante el
estado de reposo Amplio alcance Pueden detectarse pequeos objetos incluso a largas distancias Adecuado para ambientes agresivos Buena precisin de posicionado.
Inconvenientes: Dos elementos separados(emisor-receptor) conexiones independientes No para objetos completamente transparentes (podra ajustarse) Un fallo en el emisor es evaluado como objeto presente (importante en aplicaciones
para prevencin de accidentes)
26Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De retrorreflexin:
En este caso se hace uso de un elemento reflector
27Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De retrorreflexin:
Ventajas: Mejor fiabilidad dado que la luz permanentemente durante el estado de reposo Instalacin y ajustes sencillos El objeto a detectar puede ser reflectante, especular o transparente, siempre que
absorba un porcentaje suficiente de luz Mayor rango que los de reflexin directa
Inconvenientes: Objetos transparentes muy claros o brillantes pueden pasar inadvertidos (se puede
ajustar) Observaciones:
Un fallo en el emisor es evaluado como objeto presente Reflectores: deterioro por envejecimiento o suciedad
28Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De reflexin directa:
La luz del emisor da en un objeto. sta se refleja de forma difusa y una parte de la luz alcanza la parte receptora del aparato. Si la intensidad de luz es suficiente, se conecta la salida.
La distancia de reflexin depende del tamao y del color del objeto as como del acabado de la superfice.
La distancia de reflexin se puede modificar entre amplios lmites mediante un potencimetro incorporado.
El emisor-captador energtico sepuede utilizar para detectar diferencias de color.
29Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores pticosz De reflexin directa:z Ventajas:
Propio objeto hace de reflector El objeto puede ser reflectante, especular o transparente y hasta traslcido
refleje suficiente. Permiten detectar en posicin frontal (a diferencia de barrera lateral) Dependiendo del ajuste del sensor los objetos pueden detectarse
selectivamente frente a un fondo.z Inconvenientes:
La respuesta del sensor no es lineal. Luego no son tan adecuados como los de barrera para una elevada precisin de respuesta lateral.
z Observaciones: El fondo en ausencia de objeto no se debe detectar Fallo emisor no objeto
30Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicos
31Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores ultrasnicosz Emiten sonido en el rango inaudible a cualquier frecuenciaz Recibe el eco
32Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores ultrasnicosz Velocidad esta limitada por la maxima frecuencia de repeticin de pulsos 1
Hz a 25 Hz
33Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores ultrasnicosz Ventajas:
Rango relativamente alto (hasta varios metros) Deteccin del objeto independiente del color y del material Deteccin segura de objetos transparentes (ejem. Botellas de vidrio) Relativamente insensible a la suciedad y el polvo Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo Posibilidad de aplicaciones al aire libre Posibilidad de deteccin sin contacto con puntos de conmutacin de precisin
variable. La zona de deteccin puede dividirse a voluntad. Se dispone de versiones programables.
34Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores ultrasnicosz Inconvenientes
Objetos con superficies inclinadas, el sonido se desva. Reaccionan con relativa lentitud. Frecuencia de conmutacin mxima entre 1 y
125 Hz Ms caros que los pticos, prcticamente el doble
z Efecto del tipo de objeto Los materiales que absorben el sonido tales como telas gruesas, lana,
algodn, gomaespuma, lana de roca. barreras ultrasnicas. Objetos reflectantes, transparentes o intensamente negros que no podran con
pticos. Lminas finas de material transparente de 0.1 mm se pueden detectar.
z Posicin del objeto Dibujos prxima transparencia.
35Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicosSensores basados en el efecto Hall
36Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores basados en el efecto Hallz Detector sin contacto para posicin, desplazamiento y proximidad de
objetos ferromagnticos.
z Se mide la proximidad de un objeto que genera un campo magntico a una corriente elctrica constante.
SIBKV H
=
37Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Sensores de proximidad magnticos (Sensores Reed)Sensores inductivosSensores capacitivosSensores pticosSensores ultrasnicosSensores basados en el efecto HallAplicaciones
38Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Detectar si hay un objeto en una determinada posicin
39Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Posiciconado de piezas
Centros de mecanizado, cilindros neumticos, ...
40Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Conteo de piezas y secuencias de movimiento
Cintas transportadoras, dispositivos de clasificacin
41Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Medicin de velocidad de rotacin
Engranajes, ....
42Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Discriminacin de materiales
Deteccin de material, para suministrar o clasificar material
43Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Supervisin de herramientas
Verificacin de rotura de una broca
44Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Supervisin de niveles de llenado
Sensores pticos, capacitivos o ultrasnicos
45Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Medicin de velocidad
46Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Aplicacin para la proteccin de mquinas contra contactos peligrosos
Prevencin de accidentes
47Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Deteccin de la forma de un objeto
Disposicin de varios detectores de proximidad dispuestos siguiendo un contorno
48Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Detectores de posicin de cilindros (Sensores Reed)
49Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Detectores de posicin de objetos (Sensores inductivos)
50Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Detectores de posicin de objetos (Sensores inductivos)
Velocidad y sentido de rotacin
51Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Deteccin de suelas de goma negras (Sensores capacitivos)
52Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Verificacin del contenido de paquetes (Sensores capacitivos)
Comprobacin del contenido de una caja a travs del cartn
53Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Rotura de una broca (Sensores pticos)
54Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Verificacin de objetos en envases transparentes (Sensores pticos)
z Control de altura (Sensores pticos)
55Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Lavado de coches (Sensores pticos)
z Presencia y conteo de objetos (Sensores pticos)
56Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Lavado de coches (Sensores pticos)
z Presencia y conteo de objetos (Sensores pticos)
57Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores pticos: Flujo de palets, contando botellas, botes, cajas; detectar
personas, parking
58Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores pticos: Verificacin de la posicin de piezas
59Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores pticos: Determinar la orientacin de un CI, detectar cajas de
distinta altura,
60Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Clasificacin segn alturas
61Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Deteccin de grueso en lotes
62Automatizacin, F. Torres, C. Fernndez
Sensores de proximidad sin contacto
Aplicacionesz Sensores ultrasnicos: Control en un bucle entre rodillos
Grupo de Automtica, Robtica y Visin Artificial
http://disc.ua.es/aurova/
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