1 L’offre en détection Tout Ou Rien ultrason capacitif inductif photo-électrique magnétique...

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L’offre en détection Tout Ou Rien

ultrason

capacitif

inductif

photo-électrique

magnétique

mécanique

potentiométrique

LVDT

codeur

branchement

branchement

branchement

branchement

principe

principebranchement

principe

principe

principe

principe

principe

principe

principe

Interfaces (rappels)

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Détecteurs de proximité

• Il en existe trois types:– Inductif ;– Capacitif ;– Photo-Électrique.

• Caractéristiques générales:– Sortie logique tout-ou-rien;– Opèrent à distance sans contact;

• Portées de 25 m à plusieurs mètres.– Aucun contact mécanique.

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Détecteurs de proximité Inductifs

Un oscillateur crée en avant de la face sensible un champ électromagnétique alternatif ayant une fréquence de 100 à 600 kHz.

Lorsqu'un objet conducteur pénètre dans ce champ, il est le siège de courants induits circulaires qui se développent à sa périphérie. Ces courants constituent une surcharge pour le système oscillateur et entraînent de ce fait une réduction d'amplitude des oscillations.

La détection de l'objet est effective lorsque la réduction de l'amplitude des oscillations est suffisante.

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Détecteurs de proximité inductifs• Principe de fonctionnement :

Lors de la présence d’une pièce métallique dans le champs magnétique, un courant de Foucault est généré.

• Portée du détecteur :

– La portée dépend de la taille de la cible:

– La portée est entachée d’une tolérance de fabrication de 10 %.

– La portée varie avec la température (10 %).

– La portée dépend aussi du métal composant la cible:

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Détecteurs de proximité inductifs

• Portée du détecteur (suite):– La portée dépend aussi de la façon dont se présente la cible:

• Latéralement ou Axialement

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Détecteurs de proximité inductifs

• La méthode de montage doit obéir à certaines règles.

– Le détecteur peut être blindé (Shielded);

– Le détecteur peut être non-blindé (Unshielded);

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Courbe de détection

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Calcul de Sa

1) Distance de travailcames métallique ou contrôle de rotation Sa = Sn/2.

autres applications : Sa = 0,8 x Sn

2) Correction pour tenir compte des matériauxLes facteurs de correction typiques sont :Acier = 1 Inox = 0,7Laiton = 0,4Aluminium = 0,3Cuivre = 0,2exemple Sa inox = Sn x 0,8 x 0,7

3) taille de la pièce La taille de la pièce à détecter est au moins aussi grande que la face active du détecteur inductif ! Sinon diminution de Sa Tenir compte du défaut de planéité de la pièce à détecter

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2 fils,3 fils PNP & NPN et 4 filsmontage parallèle & série

noir (sortie NO) - blanc (sortie NF) - marron (24v) - bleu (0v)

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• Si le détecteur est blindé (Shielded):– il peut être noyé dans une masse métallique;

Implantation

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• Si le détecteur n'est pas blindé (Unshielded)– il ne doit pas être noyé dans une masse métallique.

Implantation (2)

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Implantation (3)

Les détecteurs noyables dans le métal ont un blindage qui bloque l'extension latérale du champ magnétique. Leur portée nominale est inférieure à celle des détecteurs sans blindage, qui ne sont pas noyables dans des supports métalliques.

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Applications

Avantages :grande durée de vie pas de problème de rebond peu sensible aux conditions ambiantes résistant aux chocs et vibrations haute fréquence de commutation

En comparaison avec les capteurs optiques :prix plus bas pas sensible aux poussières et salissures

Adaptés pour:Contrôle de présence/absence, de fin de course;Détection de passage;Positionnement, comptage de pièces;Barrages de protection.Recommandés lorsque :Vitesse de l'objet à détecter est rapide;Pièces fragiles ou petites.

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Exemple

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Détecteurs de proximité inductifs

• En conclusion:

– Ils sont robustes et fiables;

– Ils ne détectent que les métaux;

– Leur portée varie de 25 micromètres à 60 mm;

– Ils sont sensibles aux champs magnétiques.

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Détecteur CapacitifCapacitive sensor

Un détecteur de proximité capacitif est principalement constitué d'un oscillateur dont le condensateur est formé par 2 électrodes placées à l'avant de l'appareil. Lorsqu'un objet de nature quelconque se trouve en regard de la face sensible du détecteur, ceci se traduit par une variation du couplage capacitif Cette variation de capacité provoque le démarrage de l’oscillateur. Après mise en forme, un signal de sortie est délivré.

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Distance de détectionfonction du produit

Si la cible est de l’alcool, alors la distance de détection (Sr) est approximativement 85% de la distance nominal

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Applications

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Exemple

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Détecteursde proximité capacitifs

• En conclusion:– Ils détectent tous les matériaux;– Très sensible pour la détection;– Très sensible à l'environnement;

• Température, humidité.

– Portée de quelques centimètres.

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Détecteursde proximité

• Choix d ’un détecteur de proximité

– Courant résiduel Ir

– Tension de déchet Ud

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Détecteursde proximité

• Exemple– Détecteur de proximité inductif, deux fils,

alimentation non polarisée• Réf. 3S1.M DA 210 TELEMECANIQUE

• Courant résiduel (Ir), état ouvert 0.6 mA

• Tension de déchet (Ud), état fermé 5.2 V

– Carte automate SIEMENS• Module d ’entrée de l ’API SIEMENS

• Réf. 6E S5. 430 8MB1

• Caractéristiques d ’entrée pour un signal 4,5 mA sous 24V

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Détecteursde proximité

• Branchement– Technique 2 fils

• Alimentation en courant continu (DC)

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Détecteursde proximité

• Branchement– Technique 2 fils

• Alimentation en courant alternatif ( AC) et alternatif - continu (AC-DC)

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Détecteursde proximité

• Branchement– Technique 3 fils

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Détecteursde proximité

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Détecteursde proximité

(-)

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La détection par ultrasons est un principe sans contact qui permet de

travailler sur des objets solides ou des liquides quelques soient leur couleur,

leur brillance et leur opacité.

Détecteur à ultrasonultrasonic sensor

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Mode Barrage & Proximité

En mode barrage, un détecteur émet l’onde sonore et un autre détecteur, monté en face de l’émetteur, la reçoit.

En mode proximité, un seul et même détecteur émet l’onde sonore puis écoute l’écho renvoyé par un objet.

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Zone Morteblind zone

La face de détection des détecteurs à ultrasons comporte une zone morte. La taille de la zone morte dépend de la fréquence du capteur. Il est impossible de détecter les objets situés dans la zone morte de façon fiable.

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Environnement

La vitesse du son diminue avec l'augmentation de la température de l'air ou de la pression atmosphérique ou du taux d’humidité relative.

les détecteurs ultrasoniques ne fonctionneront pas dans le vide.

Les matériaux souples tels que le tissu ou le caoutchouc mousse sont difficiles à détecter par les ultrasons parce qu’ils ne renvoient pas les sons.

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Précautions de Montage

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Applications

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Exemple

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Détecteur magnétiqueMagnetic sensors

Technologie magnéto-inductive

 sensibilité : très bonne (0,8 mT)

fréquence : très élevée (jusqu'à 5000 Hz)

résistance aux vibrations : très bonne

Technologie ampoule reed

 sensibilité : bonne (2 mT)

fréquence : faible (jusqu'à 500 Hz)

résistance aux vibrations : mauvaise

Coût : peu élevé

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Détecteur mécanique

tête de commande avec son dispositif d'attaque + corps & contacts électriques

Interrupteur de fin de course :

Sortie logique tout ou rien

Contact avec l’objet à mesurer

Vie utile de 30 000 000 cycles

Usure et fatigue

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Détecteur mécanique

• Mise en œuvre d ’interrupteur de position

Alimentation et raccordement

Unité de traitement

A.P.I.

Alimentation

Carte d ’entrée automate

Raccordement

Détection

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Détecteur mécanique

• Mise en œuvre d ’interrupteur de position

Alimentation et raccordement

RaccordementAlimentation

Unité de traitement

A.P.I.

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Détecteur mécanique

• Mise en œuvre d ’interrupteur de position

Alimentation et raccordement

RaccordementAlimentation

Unité de traitement

A.P.I.

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Détecteurs Photoélectriquesphotoelectric sensor

Tous les détecteurs photoélectriques ont un émetteur à diode électroluminescente (DEL) et un récepteur à phototransistor. Selon les modèles de détecteurs et les impératifs de l’application, l'émission se fait en lumière non visible infrarouge (cas le plus courant), en ultraviolet (détection de matériaux luminescents), en lumière visible rouge ou verte (lecteurs de repères) et en laser rouge (grande portée et petite focale).

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Détecteurs photo-électriques

• Méthodes de détection possibles:

– Méthode de la barrière;

– Méthode rétro-réflective;

– Méthode diffuse;

– Méthode du champ-fixe;

– Méthode spéculaire.

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Système barrage

Avantages : Détection de produit très réfléchissants Détection de petits objets sur de grandes distances (avec utilisation de diaphragmes) Grande portée : jusqu’à 300m (laser)Bonne répétabilité de la détection due à la forme bien définie du faisceau Forte puissance permettant une utilisation dans de mauvaises conditions (Pluie, brouillard, fumée,

poussières ) Inconvénients : Seule contrainte : le montage de deux éléments Alignement précis de l'émetteur et du récepteur

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Détecteurs photo-électriques

• Méthode de la barrière:

– Mesure + précise de détection de position

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Marge de gain

Afin de prévenir d'éventuelles salissures, lors d'une utilisation en ambiances difficiles (poussières, fumées, brouillard), il faut tenir compte de la courbe de gain.

Gain = Signal reçu par le photo-récepteur / Signal nécessaire à la commutation

La portée maximale est donnée pour un gain égal à 1.

Ambiance poussiéreuse : utiliser un gain > 5 Ambiance polluée (brouillard) : utiliser un gain > 10 Ambiance très polluée (fumées) : utiliser un gain > 50

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Système Reflex

Avantages :Emetteur et récepteur dans un seul boîtier Solution et montage économique : moins de câbles Ajustage simple sur le réflecteur (+/- 15° par rapport à l’axe optique) Coût réduit d’installation Forte puissance permettant une utilisation dans de mauvaises conditions (Pluie, brouillard, fumée, poussières )Portées: jusqu'à 23 m (75') ; LASER: jusqu'à 70 m (225');Précaution d'emploi : Pas de sûreté de détection des petits objets à grande distance (sauf barrière réflex Laser) Sensible aux objets réfléchissants (sauf si filtre de polarisation) Dans le cas de produits transparents, l'utilisation de barrière reflex "spécial verre" est recommandée.

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Détecteurs photo-électriques

• Méthode rétroréflective (objet réfléchissant):

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Choix du réflecteur

Le réflecteur fait partie intégrante d'un système de détection reflex. Son choix, son installation et sa maintenance conditionnent le bon fonctionnement du détecteur qui lui est associé.

Un réflecteur doit toujours être plus petit que l'objet à détecter.

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Marge de gain

Ambiance standard: utiliser un gain > 3 (portée utile) Ambiance poussiéreuse: utiliser un gain > 5 Ambiance polluée (brouillard): utiliser un gain > 10 Ambiance très polluée (fumées): utiliser un gain > 50

Afin de prévenir d'éventuelles salissures, lors d'une utilisation en ambiances difficiles (poussières, fumées, brouillard), il faut tenir compte de la courbe de gain.

Gain = Signal reçu par le photo-récepteur / Signal nécessaire à la commutation

La portée maximale est donnée pour un gain égal à 1.

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Système proximité

Avantages : Un seul boîtier à alimenter Pas de réflecteur à fixer Coût réduit d’installation

Précaution d'emploi :La nature de l’objet et en particulier ses propriétés de ré-émission auront une influence sur les performances de détection Difficultés sur objets brillants (verre, métal) Portée très réduite (<6m)

Son utilisation en environnement pollué est déconseillée. La portée dépend :

de la couleur de la cible et de son pouvoir réfléchissant (un objet de couleur claire peut être détecté à une distance plus grande qu'un objet de couleur sombre),

des dimensions de la cible (la portée diminue avec les dimensions).

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Détecteurs photo-électriques

• Méthode du Champ-fixe:– Portée:

• jusqu'à 400 mm (16")– Objet:

• mince

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Détecteurs photo-électriques

• Matrices de capteurs:

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Système reflex à élimination d’arrière plan

Ce type de détecteur est couramment utilisé dans les deux cas suivants : 

Détection d'objets très sombres.

Détection d'un objet avec une surface complexe ex : métal strié ou inox lisse.

le capteur détecte en permanence le fond et l’information de la présence d’un objet est donnée par la non-détection. La sortie est alors désactivée.Le fonctionnement est donc similaire à celui d'une barrière réflex. Le rôle du réflecteur est joué par l'arrière plan

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Système reflex polarisé

La lumière est par nature la résultante de 2 ondes électromagnétiques, l’une verticale, l’autre horizontale.

En l'absence de cible

Le faisceau émis, polarisé verticalement, est renvoyé par le réflecteur après avoir été dépolarisé par ce dernier. Le filtre récepteur laisse passer la lumière réfléchie dans le plan horizontal.

 En présence de cible

Le faisceau émis est renvoyé par la cible sans subir de modification. Le faisceau réfléchi, polarisé verticalement, est donc bloqué par le filtre horizontal du récepteur.

Pour détecter des objets ayant une surface très brillante ou réfléchissante (acier, inox, aluminium ou fer-blanc par exemple)

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Détecteurs photo-électriquesMise en oeuvre

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Détecteurs photo-électriques

• En conclusion:

– Ils détectent tous les matériaux;

– Ils peuvent avoir de très longues portés;

– Ils sont sujet à certains problèmes en présence de:

• Poussières, chocs, radiations, ...

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Capteurs de déplacement: Potentiomètre

• L'usage d'un potentiomètre est une façon simple de mesurer un angle ou une distance.

• En distance, la portée peut atteindre 20'.

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Capteurs de déplacement: Potentiomètre

• Conclusion:– Ce capteur est très économique et simple;– La course est relativement étendue;– Le problème majeur est celui de l'usure;– Un potentiomètre n'est pas étanche;– Besoin d'un lien (fil) avec l'objet;– La vitesse de l'objet est limité.

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Capteurs de déplacement:LVDT

• LVDT:– Linear Variable Differential Transformator

• Principe de fonctionnement:

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Capteurs de déplacement:LVDT (2)

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Capteurs de déplacement:LVDT (3)

• Principe de fonctionnement:

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Capteurs de déplacement:LVDT (4)

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Capteurs de déplacement:LVDT (5)

• En conclusion:– Étendues de mesure: ±1 à ±1000 mm– Ils sont très linéaires (jusqu’à 0.05%);– Ils ont une excellente résolution (0.1 um);– Ils sont fiables et robustes (MTBF 228 ans)– Ils sont sensibles aux champs magnétiques;– Les LVDT-AC exigent une électronique de conditionnement pour convertir le signal

AC du capteur en signal DC (4-20mA ou autre).

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Codeurs de déplacement

• Principe de fonctionnement:– Absolu Incrémental.

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Codeurs Optiques

• Codeurs optique absolu:– Principe de mesure de position:

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Codeurs Optiques

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental

– Exemple d ’utilisation d ’un codeur optique incrémental

Caractéristiques de la machine :

– Longueur des profilés : 0.02 m < L < 1m

– Précision de la longueur de coupe : 1 mm

– Vitesse de rotation des rouleaux d ’entraînement : 60 tr . Min -1

– La prise de cote de à longueur du profilé est contrôlée par un codeur incrémental.

– Contrôle barre en position initiale avant prise de cote, longueur pièce (L), réalisé par le détecteur inductif.

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental

– Choix du codeur incrémental• Calcul du nombre de point (n) nombre d ’impulsion électrique par tour du codeur.

PKPrécision

1n

• K : rapport de réduction entre le rouleau et le codeur– axe du codeur monté sur l ’axe du rouleau K = 1

• P : conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation

mm3141003.14DπP

– D ’où 31411

1n

tourpoints314n

Le nombre de points par tour d ’un capteur se nomme la résolution

CODEUR CHOISI / RESOLUTION 360 POINTS / TOUR

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental

– Calcul de la fréquence (f) des impulsion de sortir du codeur RN60

1f

N : vitesse de l ’axe d ’entraînement en tr/mn

R : résolution du codeur choisi en points/tour.Hz36036060

60

1f

Remarque : pour un codeur incrémental, il est indispensable de calculer la fréquence maximale d ’utilisation afin de s ’assurer des compatibilités des caractéristiques électriques avec les entrées du système de traitement (fréquence de traitement des cartes d ’entrées de base, des cartes de comptage rapide, des comptages rapides intégrés à l ’automate…)

Caractristiques du codeur optique incrémental choisi :TELEMECANIQUE XCC - HD 0 H 20

Résolution 360 p.tr-1Étage de sortie PNP

nombre de voies, A,B,Z

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique incrémental

– Raccordement

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique absolu

– Exemple : contrôle du positionnement d ’un plateau

• Contrôle du positionnement d ’un plateau dont le déplacement linéaire est obtenu par une chaîne cinématique avec vis à billes entraînées par un moteur asynchrone

• Vis à bille :

Pas : 20 mm * tour -1

Longueur : 1 mètre

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Codeurs Optiques

Calculs :

• Calcul du nombre de points (n) nombre de solutions codables par tour

K : rapport de réduction entre la vis et l ’axe du codeur si l ’axe du codeur est monté directement sur l ’axe de la vis : K = 1

P : conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation

pas de lavis : 20 mm.tr-1

Précision du positionnement 0.01 mm

n = 2000 points par tour : RESOLUTION DU CODEUR

• Il faut choisir un codeur absolu de plus de 2000 points en puissance de 2 211 = 2048 points

• Si l ’on souhaite également connaître le nombre de tours effectuées, il faut choisir un codeur absolu multi-tours permettant de compter au minimum jusqu ’à :

Capteur choisi : 2048 points par tour et 26 (64 tours)

PKPrécision

1n

2010.01

1n

tours5020

1000

visladepas

visladelongueur (25 < 50 < 26)

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique

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Codeurs Optiques• Choix et mise en œuvre d ’un codeur optique• Exemple

– Calcul du déplacement du plateau

– Position initiale :• état de sorties du codeur G1 à G17 : état binaire (0)• soit l ’état suivant des sorties du codeur :

Code gray

Code Binaire

Code Décimal

G17 G16 G15 G14 G13 G12 G11 G10 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G3 G2 G10 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 10 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0

61174

• Nombre de points pour un déplacement de 1 mètre– 50 tr x 2048 points * tr-1 = 102 400 points

• Déplacement du plateau pour le code Gray ci-dessus :

597.461174102400

1000codeursortiecode

m1pourptsdenbre

(mm)vislongueur

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Codeurs Optiques

• En conclusion:– La précision des codeurs optiques est bonne;– Ils sont sensibles à l'environnement:

• Température• Chocs et vibrations• Poussière

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Rappel sur le fonctionnement des Interfaces d ’Entrée et Sortie Tout Ou Rien (T.O.R.)

Schéma de principe : interface d ’entré 24 V Alternatif A.P.I.

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Rappel sur le fonctionnement des Interfaces d ’Entrée et Sortie Tout Ou Rien (T.O.R.)

Schéma de principe : interface de sortie à triac 24 V Alternatif A.P.I.