Arduino.ru

Аналоговый не пойдёт? https://www.google.ru/search?q=%D0%BA%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%B...

Бесконтактный? С такой точностью? Голова CD-привода... Но, если найдётся такой датчик, мне тоже будет инетерсно о нём узнать. Судя по дефектоскопам, снимающим размеры по микронам, механический подпружиненный щуп - булавка рулит.

Кстати, а поставить электронные уровни на стол и на голову не получится? Один раз отюстировать и пусть оно потом само стол регулирует по уровню головы.

В прошлой жизни для таких измерений применяли токовихревые, интерференционыые микроволновые  и оптические проксиметры.

Дешевых бытовых устройств не знаю, но задавай в поиске проксиметры.

Удачи!

Утром на свежую голову вспомнил, что были еще индуктивные датчики довольно крупных размеров, но которые легко повторить на нынешней микроэлектронике.

П или Ш образный магнитопровод размещался на небольшом расстоянии от железной поверхности примерно 3-5 мм. При уменьшении/увеличении зазора менялась индуктивность системы и напряжение на обмотках. Зависимость не сильно линейная, поэтому применялся кулачок с весьма хитрой формой, который к тому же приходилось иногда подтачивать напильником.

В нынешних условиях леххко можно обойтись без кулачка.

Принцип работы описан тут http://5fan.ru/wievjob.php?id=69186

Почему хочется именно бесконтактный датчик:

1. Его можно жестко закрепить на головке, тогда как контактный нужно будет переводить в рабочее положение при измерении и обратно в нерабочее при печати (чтобы не мешал). Соответственно, лишняя механика и лишние источники погрешности из-за нежесткого соединения.

2. Рама принтера не слишком жесткая. Соответственно, подпружиненный щуп будет деформировать конструкцию принтера, внося искажения.

3. Стол регулируется подпружиненными винтами по углам. Степень сжатия пружин может бытиь различной. Соответственно, при одинаковой силе, прилагаемой в разных точках стола, прогиб стола будет неодинаков.

Честно говоря, не очень понимаю, почему для бесконтактного датчика погрешность порядка 0.001-0.01 от полной шкалы трудно достижима.

Стол может быть изготовлен из разных материалов. В частности:

- алюминиевое основание, покрытое слоем малярного (бумажного) скотча,

- алюминиивое основание, покрытое полимерным скотчем,

- стеклянная пластина.

Поэтому рассчитывать на то, что стол непременно металлический и что поверхность стола совпадает с поверхностью металла, не приходится.

По законам физики, если стол не металл, то остается два типа измерений - аккустика и оптика. УЗ датчик, для разрешения в 20-30 микрон должен работать на частоте более 10Мгц, ничего страшного, сделать можно, но измерения будут постоянно плыть от темпрературы, влажности и давления. И это - хрен бы с ним, но они будут плыть на от сегодня к завтра, а от левого угла к правому.

Поэтому остается только оптика. Чтобы получить требуемую точность не получится делать измерения на фокусировке и считывать положение фокусирующей линзы енкодером, как это делает фотоаппарат. Остается только прямое измерение.

То есть светим одним или, что лучше, двумя лазерами, под небольшим углом к поверхности, в этом случае положение светового пятна будет больше смешяться при изменении высоты источника света, причем чем меньше угол, тем "параллельнее" мы светим, тем больше смещение. Смещение фиксируем самой простой камерой - чем выше разрешение камеры тем выше точность измерения. Но мощи Ардуинки для обработки такого датчика не хватит. Дешевле Малину использовать. Просто памяти для картинки с камеры нужно много. Так то все просто: крепкая аллюминиевая платформа, два лазера навстречу, посередине - копеечный глазок, очень простая программа обработки... но не на ардуинке... к сожалению.

Вы не видели, наверное, эти щупы... У них усилие очень-очень малое. Но да - они мешать будут.

Тогда по оптическому пятну, либо, всё же электронные урони на голову и на стол, что намного проще, ибо оптическое пятно надо 4 зара по углам рисовать, а тут две микросхемки всего-то прилепить.

Если использовать фазовые методы, то частоту вполне себе можно снизить раза в три или более. Ну и ввести термокомпенсацию. А перед серьезным замесом калибровать плитками Иогансона.
Мы так делали в свое время.

И пусть поправит меня мудрейший...

емкостной датчик. Неметалическую поверхность можно оклеить фольгой, станет металическая.

Вообще-то к поверхности и так предъявляются довольно противоречивые требования:

1. На нагретой поверхности модель должна держаться железн - чтобы проще было сломать, чем отлепить.

2. От холодной должна отлепляться сама - без всякого устлия.

Если от этой же поверхности потребовать еще и электропроводность, боюсь, задача станет совсем нерешаемой.

Сегодня зешел к друзьям-экспериментаторам. Правда, того, у кого есть такие щупы, найти не удалось, поэтому сам проверить не смог, но те, кто с ними работал, оценивают усилие в десятки-сотни гс.

Начну с последнего: минимум в половине случаев поверхность стола будет стеклянная. При этом красить (как и наклеивать фольгу) ее нельзя. Так что с оптикой не все так просто.

По поводу акустики - я тоже оценил частоту в 10 МГц, правда, к датчику эта частота никакого отношения не имеет.

Как я это себе представляю:

- счетчик устанавливается в 0,

- на излучатель подается импульс, синхронно с ним вход счетчика подсоединяется к генератору на 10 МГц,

- по приходу эха сигнал генератора осоединяется от входа счетчика,

- сигнал с остановленного счетчика считывается тем или иным способом.

На мой взгляд вполне достаточно 16-разрядного двоичного счетчика.

По поводу дрейфа показаний от температуры:

- кварц, как представляется, обладает достаточной стабильностью,

- скорость звука пропорциональна квадратному корню от температуры, следовательно, при изменении температуры на 1 градус показания поплывут примерно на 1/600. 3 градуса - 1/200. Если измерять также температуру и ввести термокомпенсацию, вряд ли погрешность будет больше 1-3 градусов. Значит, наихудшую погрешность в 0.05 мм мы получим при расстоянии 1 см. А ультразвуковые датчики, как написано, работают от 4 см и выше. Надо бы понять, с чем именно связано ограниение снизу.

Во первых, температурную коррекцию легко сделать и без термодатчиков. Ставишь свой датчик на какой-нибудь образец типа стакана  с точно известным расстоянием до донышка и по нему вносишь коррекцию.  Твой станок довольно точный, а в промышленности подобные высокоточные станки обычно ставятся в отдельных термостабильных иногда стеклянных помещениях-"аквариумах". Чисто и красиво.

Ограничение снизу у импульсных датчиков, как, кстати, у импульсных радиолокаторов  мертвая зона, связано обычно с сильной перегрузкой приемника импульсом передатчика. Импульс передатчика имеет какую-то длительность, которая должна быть меньше, чем двойная ширина зазора. Еще вспоминается мне, что для 10 МГц в воздухе очень сильное затухание. Это надо искать в справочнике.

Как то  так...

Имеет. Потому что точность измерения чем-либо, неважно какое физическое явление используется, в общем случае, не превосходит половину длины волны того, чем меряем. Например, чтобы увидеть молекулярную структуру используют электронные микроскопы, так как длина волны видимого света - порядка 0.5 микрона. А длина волны электронного потока - на порядки меньше (зависит от энергетики потока).

Олег упомянул про возможности повышения точности за счет анализа фазы, но для  простого датчика на отражении не стоит расчитывать на волшебство - раз, и измерения в ближней зоне Френеля - это два. Поэтому длина волны, применяемого УЗИ должна быть порядка 30 микрон, то есть частота, с учетом скорости звука в воздухе - около 10 Мгц.

Как насчет Sharp GP2Y0A41SK0F + компаратора от датчика препятствий?

У него диапазон измерений от 4 до 30 см

Я тестировал этот датчик с листом бумаги, все ок

Датчик был жестко закреплен на расстоянии примерно 3см от стола, настроил компаратор, сдвигаю под датчик лист А4 и компаратор срабатывает

Единственный момент, я обвесил питание датчика и компаратора конденсаторами, для фильтрации помех. А то датчик сильно шумит по питанию

Не понял.

Как мне использовать стакан, если датчик жестко рикреплен к головке принтера?

И как стакан поможет мне в ситуации, когда из-за неравномерного нагрева стола скорость звука над разными его участками будет существенно различаться?

Ну, насколько мне известно, дельта функция обладает равномерным спектром до бесконечности. А импульс конечной ширины обладает равномерным спектром в низкочастотной и 6 дБ/октаву в высокочастотной, причем частота среза определяется шириной импульса. Т.е. в измерении принимает участие не одна частота, а сигнал широкого спектра с крутым фронтом, отраженный сигнал которого и должен зафиксировать приемник.

Естественно, при измерении в миллиметровом диапазоне ширина импульса должна быть поменьше, чем в метровом. Но и мощность сигнала падает обратно пропорционально квадрату расстояния. Значит, для коротких расстояний мощность импульса можно существенно уменьшить. В том числе и за счет его ширины, расширив таким образом его спектр. Если в стандартном случае (от 4 см до 2 м) ширина импульса выбирается обычно 10 мс, то здесь, думаю, можно ограничиться 50-100 нс.

А он, звук, вобще на такой частоте бывает? Это как бы за пределами известного мне. И чем его излучать и принимать?

Если нельзя клеить фольгу на стекло - то можна под стекло, но хуже по точности.

Минимальное расстояние 4-8 см - это много. Кроме того, если мне не изменяет паиять, на уменьшение расстояния датчик реагирует так же, как и на увеличение (т.е. имеет немонотонную характеристику с перегибом у моего экземпляра в районе 7 см). Значит, 0.05 мм - это погрешность не более 0.001 от диапазона измерения. Датчик, насколько я помню, аналоговый и сильно шумит. В общем, я сомневаюсь, что от него можно получить требуемую точность.

Звук бывает на любой частоте. Там, где кончается слышимый диапазон, начинается ультразвук. Правда, в такой разреженной среде как воздух, наблюдается сильное затухание высоких частот.

Фольга под стекло - не очень хорошее решение: толщина стекла 2 мм, вряд ли обычное оконное стекло выпускается с допусками по толщине лучше 5%.

Можна еще эффект муара попробовать, превратив микро- в макро- перемещения,  но он для перемещений, абсолютное расстояние наверно не выйдет.

Кстати, фольга под стеклом это - зеркало.

Оптический вариант мне как-то ближе, там вмместо матрицы можно применить недорогую ФПЗС линейку, она очень проста в управлении и имеет высокую чувствительность. На границе раздела сред что-то все одно отразится. Учитывая мощности нынешних лазеров очень может быть что и достаточно.

Но измерять видимо придется фронт, а центр тяжести. В общем, НИРом попахивает.

Измерительные щупы:

http://www.cnc1.com/Content/Milling_Inspection_and_Tool_Setting.asp
http://www.ebay.tv/sch/i.html?_sop=12&_nkw=touch+probe&_frs=1

В случае измерения электропроводящих предметов можете заменить обычной иголкой на вход

А в  CNC обычно есть программа измерения ( копирования) предметов.
 

Фазовый метод позволяет измерять измение расстояния на много порядков меньше длины волны.
Классический пример - недавнее обнаружение гравитационных волн лазерными интерферометрами.
Если верить статье, оптическими методами фиксировалось изменение расстояния порядка "...4*10^-16 см, что в тысячу раз меньше, чем размер протона..." и, соответственно, многократно меньше "...половины длины волны того, чем меряем..."

Опять-таки, ссылка на нелюбимую Википедию: "Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станко- и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом" .

Ключевое выражение "Импульсный и фазовый метод измерения дальности" и Гугл/Яндекс вам в помощь.

Удачи, господа!

Ёмкостные датчики

Ёмкостный датчик,измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механические усилия, давления, влажности и др.) в значения электрической ёмкости. Конструктивно емкостный датчик представляет собой электрический конденсатор плоскопараллельный или цилиндрический . Различают емкостные датчики, действие которых основано на изменении зазора между пластинами или площади их взаимного перекрытия, деформации диэлектрика, изменении его положения, состава или диэлектрической проницаемости.

Ёмкостные датчики замечательны своей простотой, что позволяет создавать прочные и надежные конструкции.

Основная формула для расчета емкостных датчиков, определяет емкость конденсатора, из двух одинаковых пластин, каждая площадью S (м²) и расстоянием между ними D (м).

, [Ф]

[Ф/м]

Формула определяет возможные сферы применения датчиков, т.е.

- Реакция на изменение геометрии (S или D).
- Реакция на изменение диэлектрической проницаемости

Характерные области применения емкостных датчиков - прецизионные измерения механических перемещений, толщиномеры, измерение уровней и давления, определение химического состава и влажности вещества, охранные системы. От температуры диэлектрическая проницаемость зависит сильнее у диэлектриков с полярными молекулами.

В датчиках перемещения диэлектриком обычно служит воздух, так что параметры конденсатора зависят только от геометрических характеристик и не зависят от свойств используемых материалов. Сделав датчик дифференциальным, можно избежать влияния температуры: изменения размеров малы и они взаимно уравновешены. Влажностью также можно пренебречь, ибо при изменении влажности от 0 до 100 процентов диэлектрическая проницаемость воздуха меняется на одну сотую процента. Вредное влияние на датчик может оказывать поверхностное сопротивление изоляторов, на которые крепятся детали емкостного датчика: с поверхности изоляторов наводятся паразитные сигналы. Этот недостаток может быть устранен конструктивными решениями.

http://ru.aliexpress.com/item/1PCS-TCD1304AP/32552622231.html?spm=2114.10010208.100010.5.2K4wF0

при общей длине фоточувствительной части около 3см, там стоит более 3 тыс. фоточувчтвительныз элементов.  Ничего суперсложного в управлении датчиком нет, всего 3 сигнала управления и все реализуется на 3-5в уровнях.

да за 300 р это считай даром=)

А можно из сканера выдрать фоточувствительную линейку. :)

Конечно можно. Желательлно только предварительно определитьее марку и разобраться, подходит ли она.

Правильнный линк вставляется вот так:

http://ru.aliexpress.com/item/1PCS-TCD1304AP/32552622231.html

Стрелочку зелёную с кружком видите в вашем линке?
Наведите на неё мышкой.

можно на пальцах пояснить, через встаку ссылки все одно так получается

http://ru.aliexpress.com/item/1PCS-TCD1304AP/32552622231.html 

 хвост просто отрезать после **.html ?

Спасибо. Ща куплю. Не подойдет так хоть поиграюсь, штука интересная. Но в подключении не простая. Тактировать высокой частотой нужно,   и аналоговое вводить. 

ПС. Исходная ссылка открылась без проблем.

Да, не, это предельно простой прибор, никаких тебе 3 шт. четырехуровныех фаз и еще + 4-х 2-х уровневых с частотой 10-15МГц. И все это со строго фиксированными временными сдвигами и перекрытием. Это уже речь о ФПЗС матрицах.

Линейки широко используются во всякой фотометрии, оценке спектров и прочая, и прочая.

Так все относительно. Его ж к ардуине 16МГц с встроеным тормознутым АЦП надо подключить. И ввести 3648 отсчетов в 2КБ ОЗУ.  

Это точно =)

До како-то степени частоту тактирования линейки можно снизить, в результате время накопления увеличится.

Тут надо понимать что есть три фактора:

1- тепловые(темновые) электроны, которые создают шум, Х

2- фоновая засветка, У

3- полезный сигнал, Z

Глубина потенциальной ямы элемента накопления постоянна, т.е. это фактически некий объем, V, и

он д.б. V>= X+Y+Z , иначе элемент войдет в насыщение.

Увеличивая время накопления, тем самым практически линейно увеличиваются  X+Y  и сужается возможный диапазон полезного синала. Понятно. что фоновая завестка обычно доминирует в этой сумме. Можно в твоем случае уменьшить фонововую засветку или нет, это уже на месте видее.  Но снижение частоты - реальный путь  облегчить жизнь Ардуине.

Я пока планирую оставатся в рамках даташита, там нижнее значение чатоты 800КГц, выдать вполне реально таймером или ногодрыгом. С вводом сложней, АЦП за 13мксек введет 2,6 пикселя. Плохо, точность понизится, но для начала сойдет. И в ОЗУ полторы тысячи отсчетов со скрипом влезут. А как пощупаю, на что годно посмотрю, так может включу через компаратор.

О какой микронной точности идет речь если у вас система настолько нежесткая что микронный индикатор ее способен прогнуть? Тогда у вас наполовину напечатанная деталь будет давить с такой силой что смещение будет для вас катастрофическим (вес детали может доходить до сотен грамм). К тому же вы собираетесь калибровать стол перед каждой печатью? Какую схему принтера вы собираете, на каких комплектующих?

зы Репрап достаточно жесткий для индикатора. Вот посмотрите для примера: https://www.youtube.com/watch?v=BFeuMy1MgtM (не советую так делать - автор не понимает что такое измерение ниочем).

Я так понял, nevkon не про мою "систему", она у меня крепкая, не ниже 70 об после голов на первой перегонке ;) А ТС пустой стол надо калибровать, микронная точность может и излишня, но датчики из доступных выбираем. Соглашусь с вами в том, что при отсутствии жесткости высокая точность недостижима.

Спасибо всем за участие.

Заказал себе http://ru.aliexpress.com/item/1PCS-TCD1304AP/32552622231.html?spm=2114.10010208.100010.5.2K4wF0 , точнее, такое же, но в другом месте, т.к. в том месте уже закончились. Поэкспериментирую, посмотрю, что с этим можно сделать.

Провел небольшие эксперитменты с датчиком типа http://ru.aliexpress.com/item/HC-SR04-ultrasonic-distance-sensor-module-ultrasonic-range-finder-send-complete-information/1943543662.html?spm=2114.30010708.3.11.91XcEY&ws_ab_test=searchweb201556_10,searchweb201602_1_10037_10034_507_10032_508_10020_10017_10005_10006_10021_10022_10009_10008_10018_10019,searchweb201603_1&btsid=c0d998ca-c620-4472-b0fb-c12183895737

Минимальное расстояние около 25 мм. Погрешность порядка 1 мм. Причем, получил интересный эффект: при неизменном расстоянии показания меняются, например, принимая значения 187, 188 и 193. При этом в диапазоне 189-192 показаний нет. Зависимости от ширины импульса не выявлено. В общем, уверенности, что аппаратный счетчик сможет улучшить точность в несколько десятков раз, нет.

Необходимую точность я оцениваю из того факта, что толщина слоя печати начинается примерно от 0.15 мм и обычно увеличивается с шагом в 0.05 мм. Соответственно, и погрешность, насколько я понимаю, не должна превышать этой величины.

Принтер такой (если кого интересует): http://ru.aliexpress.com/item/Black-Factory-High-Quality-Precision-Reprap-Prusa-i3-DIY-3d-Printer-kit-with-2-Rolls-Filament/32357171936.html

(нет, не совсем такой, в ноябре именно по этой ссылке был чуть-чуть другой принтер)

Насколько часто нужно будет калибровать стол:

- каждый раз пи переносе принтера  в другое место,

- каждый раз при смене покрытия стола (например, с малярного скотча на стекло и обратно),

- возможно, при переклейке изношенного скотча,

- возможно, при каждом снятии стекла со стола (например, чтобы отделить от него модель),

Самая неприятная деталь в настройке - то, что, как известно, в одной плоскости всегда лежат только 3 точки, а четвертая - нет. Вот, чтобы вогнать эту четвертую точку а плоскость, помимо четырех регулировочных винтов стола приходится еще и подкладывать прокладки под различные фрагменты опоры принтера.

Если конструктив тот же, то есть смысл использовать часовой индикатор.

Хотелось бы услышать аргументацию.

Доводы "против" изложены в посте №5.

Что это за фигня такая, пару слов расскажите, пожалуйста. Чем оно мериет?

Понятия не имею. Пришлют - посмотрю. В принипе, должно позволять построить профиль освещенности на некотором отрезке в пространстве. Соответственно, можно приспособить, чтобы измерять положение зайчика, интерференционную картинку или что-то подобное, что поможет оценить расстояние оптическим способом.

Понятно - исходя из чего? Опять же, теоретические оценки категорично достаточную точность не отрицают, а если можно быстро и недорого что-то пощупать руками - почему нет?

Что касается влияния температуры - эффект пронозируемый, равно как и способы борьбы с ним. Не вижу ничего плохого в том, чтобы рядом с дальномером установить термодатчик.

Вы что-то пмисали относительно "разве не было понятно, что имеет малую точность?".

Берем первый попавшийся электронный уровень http://www.techport.ru/katalog/products/instrumenty/izmeritelnoe-oborudo...

Смотрим характеристики:

Точность (электронное измерение) ± 0.05 град.

Переводим эти 0.05 градуса в размеры стола ~200 мм и получаем погрешность в ± 0.18 мм.

Я даже не говорю о том, что уровень в принципе способен уменьшить необходимое количество измерений расстояния, но в принципе не способен заменить такие измерения.

ИМХО, Вы спорите о 2-х разных девайсах.

Внесу в спор и свои 5 копеек, ибо с датчиками HCSR-04 повозился изрядно.

1. Минимальное расстояние - 25..30мм. На самом деле ограничено расстоянием промеж его ушей. Слишком близкое отражение надо пересчитывать с учетом ширины между излучателем и приемником, ибо сигнал движется не по прямой и угол уже велик.

2. Точность датчика упирается в посылку из 8 импульсов, 40кгц, а не 1. соответственно время посылки (отразится и дойти может не первый импульс) влияет на точность, особенно в "ближней зоне".

3. Угол рассеяния и приема около +-15грд. Сигнал способен отразиться "не от того" предмета. Одеванием на уши датчика фетровых (лучше войлочных) конусов можно существенно заузить ТТХ, вплоть до +- 5грд. Но, при этом значительно падает чувствительность в дальней зоне. Фактически, дальняя зона сокращается до 2.5м и менее.

4. Измерение расстояний до плоских поверхностей, отражающих сигнал не в сторону приемника - проблематично. Эффект "стелс" технологий. Можно запросто словить 2-ы и трижды отраженный сигнал "совсем не оттудова", с соответствующей ошибкой расстояния.

5. Замер длительности импульса ожиданием в цикле - неточен (прерывания таймера + "проскакивающий" millis). Точный замер - по прерываниям и на прямом значении счетчика таймера и его переполнений. При неподвижном датчике и перпендикулярном препятствии - показания стабильны до 1 мм.

Вот, так как-то.

1. Плотность воздуха особо не интересует, т.к. сама по себе на скорость звука не влияет.

2. А вот насчет использования головки CD - это интересно. Можно подробнее?

1. Как это не влияет? А что же влияет на скорость распространения волн в среде с определённой плотностью? :)

2. Вы ведь видели работу CD привода голяком? Замечали как там в магнитном поле катушки линза двигается? Вверх/вниз для фокусировки и горизонтально для точного позиционирования. Учитывая плотность записи и размер этих, как его - элементов данных :) на CD, там очень точное измерение, но в небольших пределах.

1. Ну так - не влияет. Скорость звука зависит от отношения давления к плотности, а это отношение для идеального газа при постоянной температуре - константа. Поэтому скорость звука зависит только от температуры.

2. Нет, не видел. Если не трудно, опишите в общих чертах, как можно организовать алгоритм измерений с помощью головки CD-привода. Пусть и в узких пределах.

От отношения давления и его производной - плотности... Интересно, конечно. Ну, ладно - не суть. Учитывая, что воздух есть смесь газов... :)

Об этом примерно говорили в начале - световое пятно. Линза в приводе подвешена внутри катушки, и эту линзу можно двигать, подавая напряжения на катушку, измеряя при этом уровень отражённого сигнала, делать вывод о расс тоянии. Откройте корпус старого CD, воткните диск и посмотрите на голову при подаче напряжения.