Automazione di test per la caratterizzazione di sensori fotoelettrici

Author(s):
L. Grassi - ASPER

Industry:
ATE/Instrumentation

Products:
LabVIEW

The Challenge:
Realizzare un sistema di collaudo per la caratterizzazione automatica di sensori fotoelettrici con la capacità di coprire diagrammi di rivelazione da pochi centimetri a svariati metri con una risoluzione di posizionamento di alcuni micron.

The Solution:
Per automatizzare il processo di caratterizzazione si è sviluppato un sistema di movimentazione del target di misura su due assi ortogonali, gestito da un'elettronica di controllo e potenza dotata di ingressi digitali utilizzati per intercettare il segnale di attivazione/disattivazione del sensore. Il controllo è stato affidato ad un software, sviluppato in LabView, che per mezzo di un'interfaccia grafica semplice e robusta permette di gestire, in modalità automatica o manuale, la procedura di caratterizzazione dei sensori fotoelettrici.

Breve riassunto
AS_Corvus è un sistema di collaudo per la caratterizzazione automatica di sensori fotoelettrici con la capacità di coprire diagrammi di rivelazione da pochi centimetri a svariati metri con una risoluzione di posizionamento di alcuni micron.
Per mezzo di un'interfaccia grafica semplice ed robusta, AS_Corvus gestisce in modalità automatica o manuale, tramite un'elettronica di controllo e potenza collegata su bus seriale o ethernet, la movimentazione di due/tre assi, dotati di riga ottica di misura per tutta lo loro corsa di posizionamento, e il controllo di alcuni segnali di trigger provenienti dal sensore sotto test.

La caratterizzazione dei sensori fotoelettrici.
La caratterizzazione del diagramma di rilevazione dei sensori fotoelettrici utilizzati per la rilevazione della presenza di oggetti avviene misurando, nel piano di lavoro, la distanza operativa per la quale si ha l'attivazione del sensore.
Per i sensori fotoelettrici con funzione ottica di tasteggio diffuso o sbarramento a retro-riflessione, la misura della distanza operativa avviene ponendo di fronte al sensore un target costituito da un ostacolo piano di riflettanza nota, nel primo caso, o un retro-riflettore prismatico, nel secondo caso.
A seconda della tipologia del sensore fotoelettrico, il diagramma di rilevazione può estendersi da pochi centimetri a svariati metri; una sua caratterizzazione richiede di ripetere le misurazioni con accuratezza a distanze predefinite dal sensore fino a coprire l'intera area operativa.
Per automatizzare il processo di caratterizzazione si è previsto un sistema di movimentazione del target su due assi ortogonali, gestito da un'elettronica di controllo e potenza dotata di ingressi digitali utilizzati per intercettare il segnale di attivazione/disattivazione del sensore.

AS_Corvus: unità hardware.
L'hardware del sistema AS_Corvus prevede la movimentazione del target su due assi con le seguenti caratteristiche:
• due assi ortogonali di lunghezza rispettivamente 1m e 2m;
• ambedue gli assi dotati di riga ottica di misura per tutta lo loro corsa di posizionamento;
• gli assi con trasmissione a cinghia dentata sono movimentati da motori passo-passo;
• l'elettronica di controllo e potenza dei motori passo-passo è una unità stand-alone modello SMC Corvus di Micos GmbH;
• l'unità di controllo è dotata di ingressi digitali.
L'unità di controllo modello SMC Corvus garantisce su ambedue gli assi funzioni avanzate quali: rotazione dei motori esente da vibrazioni e riscaldamento (grazie ad esclusiva tecnologia di micropasso con 300.000 ppg), controllo manuale con joystick o via computer.

L'utilizzo della riga ottica e dell'unità di controllo in modalità close-loop garantisce una risoluzione di posizionamento e misura di 5µm su tutta l'estensione di 1m x 2m.
Il sensore fotoelettrico è fissato su supporto dotato di guide a serraggio manuale per un suo facile posizionamento xyz.
Al fine di estendere la capacità di misura del sistema il supporto per il sensore fotoelettrico è a sua volta fissato su una guida lineare a serraggio manuale di 4m, esterna all'area di movimentazione automatica.

AS_Corvus: unità software.
Un software dedicato, denominato AS_Corvus, è stato sviluppato da Asper per la gestione dei test automatici per la caratterizzazione dei sensori fotoelettrici.
Il software AS_Corvus, da installare su opportuno PC, comunica con l'unità di controllo SMC Corvus tramite bus seriale o ethernet e fornisce all'operatore una interfaccia grafica di semplice ed intuitivo utilizzo per mezzo della quale è possibile gestire in modalità automatica o manuale la movimentazione dei due assi.
AS_Corvus ha una configurazione software basata su architettura modulare; attualmente sono disponibili due moduli:
• un modulo dedicato alla gestione di test automatici per la caratterizzazione di sensori fotoelettrici con funzione ottica di tasteggio diffuso o sbarramento a retro-riflessione;
• un modulo dedicato al controllo manuale della movimentazione di due assi.
Il modulo per i test automatici permette l'acquisizione e la visualizzazione del profilo di rilevazione dei sensori fotoelettrici in presa diretta e l'archiviazione di tali profili.
Per ogni sessione di test l'utente può configurare il sistema in modo da adeguarlo alle esigenze del sensore sotto analisi. L'utente può configurare i limiti software di lavoro, la posizione del target relativamente al carrello, la posizione del sensore, la velocità e l'accelerazione per ricerca rapida e per quella accurata, i valori di default per l'archiviazione su file dei profili e aggiungere una descrizione ed un commento che saranno salvati con i profili archiviati.
La configurazione di lavoro può essere salvata su file e riletta da file così da permettere una efficiente gestione dei test nel caso si intenda lavorare in analoghe condizioni.
La routine di scansione automatica implementa un algoritmo di predizione lineare al fine di ottimizzare lo spostamento del carrello porta target e ridurre i tempi di acquisizione.
I dati acquisiti possono essere memorizzati su file di tipo testo formattato secondo lo standard "tab separated values" o esportati in formato Excel di Microsoft®.
Il modulo di controllo manuale replica sul monitor e sulla tastiera le funzionalità di un Joystick con in più la possibilità di impostare gli spostamenti in coordinate assolute e relative e la possibilità di arrestare la corsa del carrello.
Il modulo di controllo manuale visualizza un indicatore digitale della posizione, gli indicatori di fine corsa e un indicatore con lo stato del canale di input digitale; tutti gli indicatori sono aggiornati in presa diretta.
Utilizzando LabView è stato possibile sviluppare un'architettura software modulare che permette la facile integrazione di nuove tipologie di test senza richiedere sostanziali modifiche dell'hardware. È in fase avanzata di progetto il modulo per la caratterizzazione dei misuratori fotoelettrici di distanza.

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