Що таке кінцевий датчик верстата
Кінцевий датчик (кінцевик) повідомляє контролеру, що рухома частина верстата дійшла до певної точки. У нього два завдання. Перше: захист від виходу осі за межі ходу, коли портал або каретка впирається в раму і кроковий двигун пропускає кроки або ламає передачу. Друге: пошук нуля машини (homing). Кроковий привід не знає положення осі після ввімкнення живлення, тому верстат підводить кожну вісь до датчика і приймає точку спрацювання за початок координат. Від того, наскільки точно датчик спрацьовує в одній і тій самій точці, залежить, чи потрапить повторна обробка деталі в старий контур.
Механічні кінцеві вимикачі
Механічний кінцевик це мікроперемикач зі штовхачем, важелем або важелем з роликом. Усередині стоїть пружинна контактна група з миттєвим перемиканням і трьома виводами: COM (загальний), NO (нормально відкритий) і NC (нормально закритий). Поки важіль вільний, COM з’єднаний з NC; при натисканні COM перемикається на NO. Мікроперемикачу не потрібне живлення, він працює з будь-якою напругою входу контролера, а стан легко перевірити мультиметром.
Мінуси пов’язані з механікою. Контакт зношується і забруднюється, важіль гнеться від удару, а в момент замикання контакти брязкотять: за кілька мілісекунд вхід отримує серію імпульсів. Контролери враховують це програмно (у GRBL для цього є параметр $26, затримка придушення брязкоту під час пошуку нуля). Ролик на важелі потрібен для того, щоб упор набігав на кінцевик збоку і не ламав важіль.
Індуктивні датчики: принцип і маркування
Індуктивний датчик працює без дотику. Котушка генератора створює змінне магнітне поле перед торцем датчика; метал, що увійшов у поле, забирає енергію вихровими струмами, і схема перемикає вихід. Зносу немає, деревний пил, стружка і МОР на торці роботі не заважають, а корпус M12 або M18 з різьбою і двома гайками дає змогу виставити зазор до часток міліметра. Пластик, дерево і скло такий датчик не бачить, тому прапорець або упор на осі має бути металевим.
У назві трипровідного датчика вказано тип виходу і тип контакту. NPN означає, що вихід транзистором замикається на мінус живлення (0 В); PNP означає, що вихід подає плюс живлення. NO (нормально відкритий) вмикає вихід при появі металу, NC (нормально закритий) вимикає. За стандартом IEC 60947-5-2 кольори дротів такі: коричневий плюс живлення, синій 0 В, чорний вихід. Двопровідні датчики теж бувають, але для входів контролерів ЧПУ беруть трипровідні.
Оптичні датчики
Оптичний щілинний датчик складається зі світлодіода і фототранзистора, що стоять один навпроти одного в U-подібному корпусі. Прапорець з будь-якого непрозорого матеріалу перекриває промінь, і вихід перемикається. Такі датчики стоять на багатьох лазерних граверах, де каретка легка, а прапорець можна зробити з тонкої пластини. Оптика спрацьовує дуже точно, але боїться пилу і диму: наліт у щілині послаблює промінь, і датчик починає спрацьовувати без прапорця. На фрезерному верстаті з деревним пилом щілину треба закривати або регулярно чистити.
Порівняння типів
| Параметр | Механічний | Індуктивний | Оптичний щілинний |
|---|
| Дотик | Є | Немає | Немає |
| Що виявляє | Будь-який упор | Тільки метал | Будь-який непрозорий прапорець |
| Живлення | Не потрібне | Потрібне, 5-36 В залежно від моделі | Потрібне |
| Знос | Контакт і важіль | Немає | Немає |
| Пил і стружка | Заважають при налипанні | Не заважають | Заважають, щілина забивається |
| Брязкіт | Є | Немає | Немає |
Підключення до контролера
Перед підключенням треба дізнатися, як влаштований вхід контролера. Входи GRBL на Arduino і більшості плат з логікою 5 В мають внутрішню підтяжку до плюса і спрацьовують при замиканні на загальний провід. До них підходить механічний кінцевик (COM на загальний провід, NO або NC на вхід) та індуктивний датчик NPN з відкритим колектором. Живлення NPN датчика 12 В або 24 В подають від окремого блока, а його мінус з’єднують із загальним проводом контролера, інакше вихід не замкнеться на потрібний потенціал.
Входи промислових контролерів і ПЛК на 24 В часто розраховані на позитивний сигнал, і до них ставлять датчики PNP. Сигнал PNP датчика дорівнює напрузі його живлення, тому на вхід з логікою 5 В або 3.3 В його напряму не подають: потрібен оптрон або дільник напруги. Тип входу (NPN або PNP, sink або source) вказано в документації на контролер; якщо датчик і вхід не збігаються, датчик змінюють, а не переробляють плату.
NO чи NC: чому для захисту вибирають NC
Нормально закритий контакт тримає коло замкненим, поки вісь не дійшла до краю. При спрацюванні коло розмикається. Обрив дроту, роз’єднаний роз’єм або відмова датчика теж розмикають коло, і контролер бачить це як спрацювання: верстат зупиняється, а не їде в раму. У NO контакту обрив виглядає так само, як вільна вісь, і несправність проявиться тільки при ударі. Тому кінцевики захисту ходу підключають як NC. Кілька механічних NC кінцевиків можна з’єднати послідовно на один вхід: спрацювання будь-якого з них розриває загальне коло. Інверсія логіки входу задається в налаштуваннях контролера (у GRBL параметр $5).
Завади і екранування
Дроти кінцевиків ідуть уздовж усієї осі поруч із кабелями крокових двигунів і шпинделя. Імпульсний струм драйверів і частотного перетворювача наводить на довгій сигнальній лінії сплески, і контролер бачить хибне спрацювання: верстат зупиняється посеред роботи з помилкою кінцевика. Сигнальні кабелі ведуть окремо від силових, в екранованому кабелі, а екран з’єднують із землею з обох боків: біля датчика і біля шафи керування. Додатково допомагає RC фільтр на вході (резистор і конденсатор) і живлення датчиків від 24 В замість 5 В: що вищий рівень сигналу, то менше на нього впливає завада тієї самої амплітуди.
Повторюваність пошуку нуля
Точність нуля визначається не дистанцією датчика, а тим, наскільки однаково він спрацьовує при кожному підході. Для цього пошук роблять у два етапи: вісь швидко йде до датчика, після спрацювання від’їжджає на кілька міліметрів і підходить повторно на малій подачі. У GRBL швидкість пошуку задає $25, швидкість точного підходу $24, від’їзд після спрацювання $27. Що повільніший фінальний підхід, то менше вісь проїжджає за час реакції входу. Повторюваність найбільше погіршують люфт кронштейна датчика, прапорець, що гнеться, і підхід до датчика з різних боків.
Як вибрати дистанцію спрацювання під матеріал
Номінальна дистанція Sn в описі індуктивного датчика наведена для пластини зі сталі. За IEC 60947-5-2 гарантована робоча дистанція Sa становить від 0 до 81% від Sn: у датчика на 4 мм надійне спрацювання по сталевому прапорцю забезпечене на зазорі до 3,24 мм. Кольорові метали датчик бачить гірше. Balluff наводить поправочні коефіцієнти: алюміній 0,30-0,45, латунь 0,35-0,50, мідь 0,25-0,45, нержавіюча сталь 0,60-1,00. Для алюмінієвого прапорця той самий датчик на 4 мм дає надійний зазор 0,97-1,46 мм (3,24 мм помножити на 0,30-0,45). Тому на алюмінієвому профілі прапорець для індуктивного датчика роблять зі сталевої пластини.
Типові помилки
- Датчик PNP підключено до входу, який чекає замикання на мінус, або навпаки: вхід не реагує або спрацьовує постійно.
- У деяких NPN датчиків усередині стоїть резистор підтяжки до плюса живлення. При живленні 12 В або 24 В на виході в спокої з’являється ця напруга, і вона потрапляє на вхід 5 В. Вихід перевіряють мультиметром до підключення до плати.
- Мінус блока живлення датчиків не з’єднаний із загальним проводом контролера.
- Кінцевики захисту підключені як NO, і обрив дроту залишається непоміченим.
- Сигнальні дроти покладені в один кабель-канал з фазами крокових двигунів без екрана.
- Зазор індуктивного датчика виставлено на межі Sn, а прапорець алюмінієвий: датчик спрацьовує через раз.
- Датчик стоїть так, що упор при перебігу б’є в його корпус. Упор має проходити повз торець, а механічний кінцевик повинен мати запас ходу важеля.
