transistor come interruttore e NE567

[davidde]

Eccomi qui, vengo subito al dunque.

Per rendere l'idea sulle dimensioni, la realizzazione ed i commerciali utilizzati per la costruzione del gruppo in esame comincio con qualche foto :



La tastiera di comando:



Nelle foto successive invece l' attenzione viene focalizzata sulla testina la parte più delicata e precisa di tutta la macchina:



In questa foto invece si può notare l'ingresso delle fibre nella testina per il riconoscimento del verso di rotazione dell' ago:



Queste invece sono le reali dimensioni dell' ago rispetto ad un diodo zener da 1/2 W :



Ora metto i disegni in sezione e wireframe per far vedere la testina al suo interno:






Il ciclo di funzionamento della macchina è il seguente:

al momento dello start ciclo il vibratore si accende, gli aghi cominciano a salire la rampa e si presentano uno dopo l' altro davanti al tubicino che grazie ad un venturimetro è tenuto in aspirazione.
Essendo l'ago molto leggero viene risucchiato all' interno della cannuccia fino a fermarsi a battuta sul carrello (particolare di colore verde nei disegni) che in quell' istante gli nega il passaggio.
Nel momento in cui il venturimetro rileva un' aumento della depressione (causata dall' ago che ostruisce il canale) un sensore indica al plc che si può iniziare la fase successiva.
Entrano ora in gioco i due photoswitch che come si può notare nei disegni allegati si trovano a compiere l' operazione di riconoscimento verso. Essendo le fibre posizionate ad interasse ben conosciuto il gioco diventa piuttosto semplice e precisamente, se la fotocellula 1 vede passare la luce e la fotocellula 2 è oscurata il verso dell' ago è punta avanti, se le condizioni dei sensori sono invertite il risultato sarà opposto.
Chiaramente il riconoscimento è reso possibile dal plc che grazie al programma interpreta le varie possibilità, così se l'ago è girato correttamente il carrello (azionato dal solenoide tramite la leva) si sposta, liberandolo e consentendogli di proseguire, altrimenti il canale rimane interdetto ed un getto d'aria in direzione opposta lo spinge fuori (rimandandolo nella tazza del vibratore) per permettere una nuova elaborazione.

Per evitare allarmi con conseguente sospensione del ciclo causa riconoscimento non avvenuto sono state associate all' operazione di espulsione tutte le condizioni per cui l'ago non venga identificato dai photoswitch (ad esempio: battuta non corretta, dimensioni particolare non conformi, vibrazione dell' ago nel momento della misura etc.) .

Tornando al caso in cui l' orientamento dell' ago sia ritenuto idoneo le fasi successive sono le seguenti:

il carrello (particolare verde) viene spostato, questa traslazione rende possibile l'allineamento tra l' asse della cannuccia di aspirazione e un foro presente sul carrello stesso che mette in comunicazione il canale di ingresso con il tubo di scarico (particolare giallo), appena il plc rileva la coassialità tra i due canali eccita una elettrovalvola che apre un getto d' aria studiato per fare avanzare l'ago all' interno del tubo di scarico.

A questo punto le uniche operazioni che rimangono da fare sono: rilevare il passaggio dello spillo nel tubo di scarico, contarlo e resettare il ciclo per permettere alla macchina di tornare alle condizioni iniziali e quindi ricominciare.
Per rispondere a tutte queste incognite contemporaneamente l' unico modo è collocare un' ulteriore sensore nel tubo di uscita in modo che un solo impulso riesca a soddisfarle tutte.

A mio avviso il sensore che meglio si presta a svolgere questa funzione è un photoswitch, ma tutti quelli che ho provato vanno in crisi e riescono a rilevare il passaggio solo poche volte.
Da qui nasce l' esigenza di costruire un qualcosa capace di garantirmi con precisione indiscutibile il rilevamento dell' oggetto in passaggio.

Ho cercato di spigare nella maniera più chiara e sintetica possibile il funzionamento di questo gruppo, sapendo fin d'ora che i dubbi non saranno pochi e le mie spiegazioni insufficienti lascio la parola a chiunque sia interessato per chiedere eventuali chiarimenti.

Se qualcuno ha poi da darmi consigli è pregato di farsi avanti, la macchina è ancora in fase di progetto e i suggerimenti sono più che graditi .

Riguardo al filmato della macchina in funzione appena mi sarà possibile lo inserirò, la cosa mi riesce più difficile del previsto.

Ciao David

P.S.

Per Bruno:
comincio ora a ricontrollare tutti i collegamenti sul PCB per verificare eventuali errori, corto circuiti o componenti difettosi.
Ne approfitto per mandarti alcune foto del sensore sviluppato secondo l' ultimo schema elettrico preso in considerazione.
Ho seguito il tuo consiglio (quello relativo al tardare la realizzazione del PCB) fino a che mi è stato possibile, ma viste le condizioni ormi indecenti del vecchio circuito stampato (causa stagnature incerte e componenti rovinati) ho deciso di rinnovarlo e di costruirne uno nuovo soprattutto per evitare errori di valutazione in merito ai vari segnali.
Mi farebbe piacere sapere cosa ne pensi e se guardandolo noti evidenti errori sulla disposizione dei componenti o altro.
Per ridurre i problemi legati al rumore ho poi schermato entrambe le facce senza sapere con esattezza le modalità di schermatura.

[ginfizz]

Accipicchia !
Questa si che e' una realizzazione con i fiocchi ! Adesso so a chi rivolgermi nel caso mi servisse un pezzo meccanico particolare
Veramente complimenti.
Ma venendo al tuo problema ho l'impressione di non aver capito bene
Allora, la testina di riconoscimento del verso del'ago gia' funziona, e resta solo da riconoscere il passaggio dell'ago all'uscita della testina. Ho capito bene ?
Se e' cosi', perche' ti serve una portante a 50 kHz, (se ben ricordo il valore) ?.
Basterebbe un riconoscimento on/off e il gioco e' fatto.
Se non ho capito nulla chiedo venia.
Adesso devo scappare via, ci si risente domani.

[davidde]

Ciao e grazie per i complimenti che si accettano sempre volentieri.

Il riconoscimento del verso già funziona a meraviglia ed è praticamente infallibile, dico questo perché sono stati fatti dei test, e su circa 10.000 aghi controllati nessuno orientato male è riuscito a passare.

Riguardo al controllo che rimane da fare hai capito bene, ovvero rimane solo da verificare il passaggio dell' ago in uscita dalla testina (puoi vedere dove avviene questa fase se guardi la quarta foto del secondo gruppo, si nota un blocchetto di ottone sostenuto da un tubo nel quale sono invitate tre viti a brugola brunite, due di quelle servono proprio a fermare la fibra ottica in corrispondenza del foro di controllo).

Riguardo al riconoscimento quello che si stà cercando di fare è proprio quello che tu definisci con on/off, cioè ottenere un impulso a 24 V ogni volta che il fascio luminoso viene interrotto.
Per fare ciò ero partito da una barriere a infarossi (utilizzata in un plastico per rilevare il passaggio di un trenino) che basandosi sul circuito integrato NE567 generava impulsi ad una data frequenza che venivano inviati alla base di un transistor per poi pilotare un diodo a infrarossi. Dall' altra parte come ricevitore vi era un fotodiodo che rilevava gli impulsi ed attraverso un' amplificatore li "rispediva" all NE567. Quando il fascio infrarosso veniva interrotto (dal passaggio del treno) il circuito sentiva la mancanza del segnale e come out metteva a massa il suo pin di uscita.

Ora appare chiaro che i tempi di interruzione del segnale erano ben più lunghi e quindi la portante era di frequenza molto più bassa (circa 5Khz).

Viste le dimensioni dell' ago e la sua velocità si è fatta una stima approssimativa secondo la quale il tempo di interruzione del fascio luminoso non supera i due millesimi di secondo e perciò secondo le istruzioni del data sheet e grazie al sapere di Bruno si è deciso di alzare la portante a fo=50 kHz con una banda passante del 5% di fo.

L' onda generata dall' NE567 è di tipo quadro e non di tipo lineare per evitare che più photoswitch nelle immediate vicinanze possano interferire e quindi disturbarsi tra di loro. Basterebbe infatti diversificare le frequenze di lavoro (del 5%) per permettere un montaggio adiacente di più dispositivi (caratteristica importante da non trascurare).



Vorrei ora porre qualche domanda a Bruno (o a chi gentilmente vorrà rispondermi) per capire meglio il funzionamento dell NE567:


Come prima cosa ho misurato il guadagno del primo stadio (quello in cui è presente anche il filtro passa basso), in entrata al pin 6 dell LM358 ho un segnale generato dal fotodiodo di circa 10 mVpp, in uscita sul pin 7 ho invece un segnale di circa 150 mVpp.
Se non erro l' amplificazione dovuta a questo stadio dovrebbe essere 15 volte, essendo la frequenza 50 kHz non dovrei avere problemi di attenuazione, infatti all' oscilloscopio l' onda in uscita appare nitida e regolare.

Per fare un' altro controllo ho poi misurato anche l'impedenza del fotodiodo che risulta Z=3100 ohm , questo dato mi sembra in accordo con i valori misurati infatti calcolando il guadagno 47000:3100 = 15 volte circa.
L' onda in uscita dall LM358 dovrebbe quindi già risultare compatibile per l'ingresso dell NE567 senza bisogno di ulteriori amplificazioni.


1- non riesco a capire il significato del tensione in ingresso al pin 3 dell NE567, devo fare in modo che con la massima amplificazione impostabile (tramite trimmer) il valore di tensione in ingresso non superi i 200 mVpp oppure è l'integrato che non accetta in ingresso valori superiori e quindi anche amplificando fino ad esempio a 500 mVpp non ottengo alcuna miglioria ?

2- non capisco se Vin sempre al pin 3 dell NE567 deve essere al massimo 200mVpp oppure il valore di 200mV si riferisce a meta dell' onda, cioè solo alla parte positiva del segnale, se così fosse la massima tensione d' ingresso diventerebbe 400mVpp ?

3-Se quello che ho scritto all' inizio è corretto potrei abbassare il valore dell' amplificazione del primo stadio (ricalcolando anche il valore del condensatore che determina la frequenza di taglio) per lasciare un più ampio margine di guadagno al secondo stadio in modo da rendere possibile una regolazione tramite trimmer ?

[ginfizz]

L' onda generata dall' NE567 è di tipo quadro e non di tipo lineare per evitare che più photoswitch nelle immediate vicinanze possano interferire e quindi disturbarsi tra di loro. Basterebbe infatti diversificare le frequenze di lavoro (del 5%) per permettere un montaggio adiacente di più dispositivi (caratteristica importante da non trascurare).

Quindi avevo capito bene. Ma una cosa che non riesco a capire e' perche' possa esserci l'eventualita' di una interferenza.
Capirei che questa eventualita' si verifichi nella testina di riconoscimento del verso dell'ago, dato che ci sono due-tre fibre ottiche affiancate, ma all'uscita della testina ne dovrebbe bastare una sola, che quindi non dovrebbe avere la possibilita' di interferire con segnali simili.
Oltre all'utilizzo della lente nel mio precedente messaggio, un altro sistema per riconoscere il passaggio dell'ago potrebbe essere quello di utilizzare una cannuccia metallica, magari in ottone, divisa in due-tre sezioni tenute in asse da una cannuccia piu' grossa in materiale plastico isolante.
La sezione di cannuccia metallica intermedia e' caricata elettricamente rispetto a quella adiacente con una tensione preferibilemente altina, e collegata ad un circuito rivelatore ad alta impedenza d'ingresso. Quando l'ago passa tra una sezione e l'altra collega elettricamente le due sezioni tra loro, generando un impulso.
Non ci dovrebbe essere il problema di un mancato contatto perche' l'ago, nel transito nelle cannuccie precedenti, verrebbe ripulito da eventuali materiali estranei isolanti, e le cannuccie che dovrebbero rilevare il contatto verrebbero continuamente ripulite dal passaggio degli aghi.
Inoltre basterebbe anche un contatto spurio e "sporco" perche' l'alta impedenza d'ingresso el circuito rivelatore non dovrebbe avere difficolta'.

Per quanto riguarda il sensore magnetico penso che si potrebbe facilemente fabbricare forando un cilindretto di plastica con una punta da 1 millimetro, e avvolgendo su di esso un centinaio di spire di rame smaltato sottile. Il tutto verrebbe immerso in un campo magnetico prodotto da un magnete permanente. L'ago durante il suo passaggio dovrebbe produrre una perturbazione nel campo magnetico generando un debole potenziale nell'avvolgimento.
Non capisco come mai con i sensori commerciali non hai avuto risultati.

Non mi pronuncio sul circuito con l'NE567 perche' e' un integrato che non ho mai usato e non conosco in pratica: Bruno Valente e' molto piu' bravo di me in queste cose.
Di nuovo complimenti per la tua realizzazione !

PS: due parole su un ipotetico sensore capacitivo: ai lati di una cannuccia in materiale isolante sono incollate due placchette sottoposte ad una tensione piuttosto alta tramita 1 resistenza da parecchie decine di Megaohm.
Durante il passaggio dell'ago si dovrebbe produrre una variazione di capacita' di pochi pF, con consegunte variazione della ddp ai capi della resistenza facilmente (si fa per dire) amplificabile da una serie di operazionali. Lo svantaggio e' che i primi 1-2 operazionali dovrebbero essere a stretto contatto con le placchette, in quanto penso che un cavetto coassiale non sarebbe usabile. Chissa' se funzionerebbe ...

[davidde]

Grazie per le numerose soluzioni proposte, ma le mie capacità elettroniche o elettrotecniche non mi danno la possibilità di sviluppare (in tempi ragionevoli) i congegni da te suggeriti.

Se dovessi scegliere, il sensore capacitivo sarebbe il più adatto da approfondire, infatti terrei a debita distanza eventuali calamite (o campi magnetici) dalle vicinanze degli aghi perché se si dovessero magnetizzare diventerebbero intrattabili.

Anche la soluzione delle lenti, utilizzate per focalizzare il fascio luminoso non è affatto una cattiva idea ma necessiterei dell' aiuto di qualche ottico per farmele studiare e realizzare, credo proprio che data la irrisoria quantità di pezzi di cui avrei bisogno nessuno mi prenderebbe in considerazione. Ricordo che in passato trovandomi di fronte un problema simile (cioè creare un punto luminoso simile a quello prodotto dal laser) mi rivolsi ad uno studio che si occupava di questo genere di realizzazioni ma dovetti abbandonare poiché il numero minimo di lenti che mi avrebbero prodotto era eccessivo.

L'idea del canale guida diviso in due-tre sezioni invece è a mio avviso da scartare a priori, l'ago che deve passarvi all' interno sospinto da aria compressa ha un determinato gioco su di esso e nulla garantisce che in corrispondenza del punto di contatto non sia completamente sospeso e quindi isolato dall' aria che lo deve fare avanzare.

Riguardo alle fotocellule invece la questione è un po' diversa da come la ho descritta. Nel canale di uscita non vi è alcuna possibilità di interferenza tra i vari sensori perché come correttamente notavi ve ne è uno soltanto.
Quello che però ritenevo giusto considerare è la possibilità di usare il photoswitch prodotto anche in altre applicazioni a valle del gruppo che stiamo discutendo dove le cose sarebbero diverse.
Data la fortuna di aver trovato qualcuno con la voglia e le capacità per aiutarmi mi piaceva l'idea di sviluppare un sensore che potesse essere il più duttile e selettivo possibile così, una volta funzionante potrei utilizzarlo in altre situazioni sostituendo anche i rilevatori che ora riconoscono l' orientamento.

A parte ciò sappi che se mai avrai bisogno del supporto di un meccanico sarò ben lieto di aiutarti.

Ciao e grazie.

David

[BrunoValente]

Mi associo senz'altro a ginfizz nel farti i complimenti per "l'opera d'arte" e sopratutto per i circuiti stampati che non sembrano affatto disegnati da un principiante in elettronica.
Veniamo al dunque: L'NE567 accetta in ingresso un segnale minimo di 20-30 mV rms per iniziare a riconoscerlo, un segnale di 200mV rms lo fa lavorare correttamente e questo è considerato il valore ottimale. La banda passante derivante dal calcolo secondo il datasheet è riferita a questo valore ed è dichiarato chiaramente che, in una certa misura, dipende da questo: nel datasheet è presente un grafico che evidenzia quanto varia la banda passante teorica in funzione della ampiezza del segnale di ingresso per valori compresi da 20-30mV rms a 300mV rms. Per valori del segnale di ingresso superiori a 200 mV rms il funzionamento dell'integrato dovrebbe rimanere invariato, cioè non dovrebbe più dipendere dall'ampiezza del segnale di ingresso. Dico dovrebbe perché in effetti non mi ricordo se esiste un valore limite oltre il quale il funzionamento viene compromesso. Ho lavorato con quest'integrato più di trenta anni fa e non mi ricordo di questo particolare, nel datasheet non ho trovato riferimenti a quest'aspetto ma, analizzando lo schema interno dell'integrato, mi sentirei di dire che è in grado di lavorare correttamente anche con segnali molto più ampi di 200mV rms.
Cosa sono i mV rms? Non sono la metà dei mV picco-picco il rapporto è il seguente. mVpp= 2,82 x mV rms quindi un segnale di 200mV rms vale 564 mVpp. Questo vale solo per segnali sinusoidali, per l'onda quadra invece mVpp= 2 x mV rms.
Domanda: se hai già due sensori ottici con i quali riesci a discriminare correttamente il verso dell'ago, perché non ne usi uno simile a quelli per contarli?

[davidde]

Ciao Bruno, grazie sia per i complimenti che per la risposta.

Riguardo alla tua domanda:

i sensori che vengono utilizzati per il riconoscimento "funzionano" per due motivi,

-il primo è che il ciclo della macchina prevede che l' orientamento avvenga ad elemento fermo (e cioè a questa fase è associato un tempo di pausa di 30 msec). Quindi il particolare viene risucchiato, si ferma contro al carrello, viene identificato poi, se il verso è corretto il carrello si sposta e l'ago può quindi procedere, altrimenti il carrello continua ad interdire il proseguimento dello spillo lungo il canale di uscita ed un getto d' aria lo rispinge nella tazza del vibratore.

-Il secondo motivo secondo me molto più importante è il seguente,
non tutti gli aghi che arrivano al punto di riconoscimento orientati correttamente riescono a procedere, l' apparecchio infatti è in grado di respingere qualsiasi elemento che non venga riconosciuto e la percentuale data da questo tipo di errore dovuto soltanto alla bassa sensibilità dei sensori commerciali è ancora elevata (circa il 10-15 %).
In questa fase però a me non interessa avere il rendimento al 100% perché comunque sia la macchina non si blocca, cioè scarta automaticamente l' ago non riconosciuto (eventualità che si verifica anche in seguito ad un corretto orientamento) e si appresta a compiere un nuovo ciclo.

Per il sensore d' uscita invece le cose sono molto differenti, innanzi tutto l' ago non ha assolutamente tempi di pausa per farsi controllare dal photoswitch poi, per come è impostato il programma nel plc è l' avvenuta commutazione del sensore a dare lo start al nuovo ciclo.
Mi spiego meglio, per non dare la possibilità a due aghi di "tamponarsi" all' interno del canale di uscita (eventualità catastrofica poiché se si incastrano data la forma affusolata diventa impossibile scastrarli per liberare il tubo) devo necessariamente fare in modo di gestire all' interno del gruppo un solo elemento per volta.
Ho quindi bisogno di un sensore che con assoluta certezza mi rilevi l' avvenuta uscita dell' elemento per dare il via ad una nuova elaborazione.

Fatte le considerazioni posso quindi affermare con certezza che le barriere utilizzate per il riconoscimento verso non funzionano assolutamente in maniera impeccabile ma data la loro posizione nel gruppo e la loro utilità all' interno del ciclo possono essere utilizzate senza particolari problemi incidendo soltanto sul rendimento della macchina.
Se lo stesso sensore lo utilizzo (prova che chiaramente ho già fatto) per verificare l' ago in uscita la sua deficenza diventa molto più gravosa e per ogni suo errore i danni sono molto più considerevoli.

Infine aggiungo che entrambi i photoswitch utilizzati per il riconoscimento lavorano già al massimo della sensibilità consentita e quindi volendo fare i pignoli sarebbero comunque da sostituire.

Spero di aver chiarito, se però ci sono altri dubbi o commenti sono a disposizione.

Ciao

David

[davidde]

Ciao,

ieri sera ho fatto alcune misure con un oscilloscopio a doppia traccia, non riuscendo a interpretare con certezza quello che vedo volevo chiedere cosa ne pensiate considerando che l' onda quadra è misurata al pin 5 dell NE567 e l'onda sinusoidale al pin 3 del medesimo integrato.





Grazie

[BrunoValente]

David , per favore dovresti misurare la tensione al pin 2 con un tester digitale. Questa misura dovresti farla nelle stesse condizioni (luminosità, regolazione guadagno ecc.) in cui hai rilevato gli oscillogrammi che ci hai fatto vedere. fammi sapere, poi ti spiego.

[davidde]

La tensione misurata al pin 2 dell Ne567 è 4.06V dc.

Se hai altre richieste sono a disposizione.

Grazie