SENSORES São dispositivos que são sensíveis à um fenômeno físico (luz, temperatura, impedância elétrica etc.) e transmitem um sinal para um dispositivo de medição ou controle. 1
CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES Erro é a diferença absoluta entre o valor real do sinal de saída entregue pelo sensor e o sinal ideal que este deveria fornecer para esse valor da grandeza física. 2
CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES Linearidade se para variações iguais da grandeza física medida obtém-se variações iguais do sinal entregue, então define-se o sensor como linear. V(v) s = 0, 5 v rad θ max θ (rad)
Sensibilidade CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES É a capacidade de perceber mudança. É a relação entre o sinal elétrico entregue na saída e a grandeza física medida.
Range CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES Quanto consegue medir. São todos os níveis de amplitude da grandeza física medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada.
CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES Histerese Oscilação ou não. Se o estímulo de entrada, que excita o sensor, crescer até um determinado valor u1, o sensor entregará um determinado sinal de saída y1. Mas se o estímulo começar num valor mais elevado e decrescer até o mesmo valor anterior u1, o sinal fornecido poderá ter um valor y2, diferente daquele entregue anteriormente, y1. Neste caso, se diz que há uma histerese. y y2 y1 u1 u
CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES Resolução o menor incremento da grandeza física medida que provoca uma mudança no sinal de saída do sensor. V(v) 3 2 1 Res=2 rad 2 4 6 8 10 θ (rad)
Eletrônica Básica
Eletrônica Básica Resistor i i + - v R Resistores Variáveis: Potenciômetro; Strain-Gage. R 1/R = G v
Eletrônica Básica Indutor v = L di dt i + - v L Capacitor i = C dv dt i + - v C
TIPOS DE SENSORES Sensores de posição e orientação Sensores de força Sensores de tato Sensores de velocidade Sensores de pressão Sensores de aceleração Sensores de temperatura Sensores de proximidade/presença: Sistemas de visão 11
SENSORES QUE VEREMOS Chaves de fim de curso Interruptor de lâminas Sensores potenciômetros strain-gage ou extensômetro elétrico Encoder incremental Encoder absoluto Tacogerador 12
CHAVES FIM DE CURSO São interruptores que são acionados pela própria peça monitorada. Basicamente, a chave fim de curso tem um atuador que é acionado pelo objeto a ser detectado e que, por sua vez, atua um contato elétrico que irá enviar a informação.. 13
Objeto a ser detectado Contato elétrico que enviará a informação 14
INTERRUPTOR DE LAMINAS. Conhecido como reed-switch (em inglês), compõe-se de duas lâminas de ferro próximas, dentro de um pequeno envoltório de vidro. Ao se aproximar um imã ou solenóide as duas lâminas se encostam, fechando os contatos externos. 15
Medição da Velocidade: INTERRUPTOR DE LAMINAS. Instalando-se um imã na periferia de uma roda, que gira poucos milímetros em frente ao interruptor de lâminas, este fechará os contatos a cada volta. Se o interruptor de lâminas for ligado a uma tensão contínua, gerará pulsações numa freqüência proporcional à rotação da roda. 16
SENSORES POTENCIOMÉTRICOS É um sensor que mede a rotação de um eixo cujo princípio de funcionamento se baseia na variação de resistência de um potenciômetro conectado mecanicamente a um eixo para monitorar sua posição. MOVIMENTOS DE ROTAÇÃO DE UM EIXO Em uma articulação de um braço mecânico por exemplo, são utilizados potenciômetros de rotação com um ângulo máximo de rotação de quase 360º. Estes potenciômetros, conectados como divisor resistivo, apresentam uma variação linear da tensão de saída com a rotação do eixo. 17
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Strain Gage O strain-gage ou extensômetro elétrico, é um resistor elétrico que muda sua resistência quando sofre deformação. 19
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Aplicações Com a variação da resistência do strain gage a tensão de saída é altera permitindo medir grandezas ( ex: força aplicada ) que causaram a deformação do material 22
ENCODER INCREMENTAL Mede a posição angular de um eixo O princípio de funcionamento baseia-se na interrupção de um feixe luminoso que incide sobre um sensor óptico por meio de um disco fixo ao eixo. Este disco possui regiões transparentes e opacas para o feixe luminoso, distribuídos igualmente pela circunferência. 23
ENCODER INCREMENTAL O disco possui normalmente 2, 4, 36, 180, 360, 720, 1000,1024, 1800, 3000, 10000 regiões transparentes (pulsos por revolução (volta no disco)). O número de pulsos por revolução pode variar com o tipo de disco utilizado. 24
Exemplo de encoder comercial com 500 pulsos por volta. Para a determinação da posição angular do eixo os pulsos obtidos devem ser contabilizados num contador digital, de modo que a saída deste contador terá um valor proporcional a uma variação do ângulo do eixo do atuador. 25
Para determinação do ângulo de rotação do eixo do atuador e também da direção de rotação é necessário a utilização de um sensor adicional. Fase A Fase B Movimento em sentido horário: primeiro fase A, depois fase B. Movimento em sentido anti-horário: primeiro fase B depois fase A 26
ENCODER ABSOLUTO A principal diferença em relação ao encoder absoluto é que o disco é codificado já em binário (variando entre 8, 10, 12, 16, 24 bits). A este disco, estão-lhe associados LEDs (emissor de luz) e fototransistores (elementos sensíveis a luz). Variando de sistema para sistema, a leitura dos fototransistores será 1 ou 0 consoante a intensidade do feixe de luz, ou seja, luz fraca ou nula para os casos da parte escura do disco (1) ou luz forte (0). 27
ENCODER ABSOLUTO Assim irá ser gerado um código binário que permite saber o ângulo de rotação do a que pertence a rotação do disco. 28
O número de anéis utilizados em um disco depende do grau de resolução de que se necessita. A figura abaixo mostra um disco contendo 4 anéis de perfurações e está dividido em 16 seções da arcos iguais, contendo cada uma um arranjo diferente de furos. Resolução 360 o /16 = 22,5 o 29
Tacogerador Mede a velocidade angular de um eixo É essencialmente um pequeno gerador de eletricidade em que, quanto mais rápido a bobina é girada, maior a força eletromotriz nela induzida Se as conexões elétricas forem feitas à bobina e a saída levada a um voltímetro, então a leitura do voltímetro estará relacionada à velocidade angular da bobina. Ímã permanente N S Bobina rotativa A forma mais comum de utilização é a ligação direta ao eixo do motor que se deseja medir a velocidade.
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SISTEMAS DE VISÃO São equipamentos automáticos compostos por câmeras, elementos ópticos, hardware e software de processamento de imagem, que simulam a visão humana. Essas imagens são processadas e fornecem informações para que o sistema tome decisões e controle processos. Essa tecnologia é aplicada em diversos segmentos industriais. 32
Obtenção da imagem Controlador do robô 33
Formação de Imagens O olho humano forma uma imagem invertida da cena em sua retina. A retina, por sua vez, captura a imagem, codifica-a e transmite esta imagem codificada ao cérebro. A câmera de um sistema de visão computacional executa um papel análogo ao do olho no sistema visual humano. 34
Formação de Imagens Imagem Digital Um sinal que tenha um domínio continuo e uma faixa de variação continua é chamado de sinal analógico; já um sinal que tenha um domínio discreto e uma faixa de variação também discreta é chamado de sinal digital. A Imagem Digital é uma matriz de inteiros, onde cada inteiro representa o brilho da imagem num tempo discreto e num ponto discreto do plano da imagem. Um ponto desta matriz é denominada pixel. pixel 35
A transformação da imagem elétrica numa imagem digital envolve um processo de amostragem e um de quantização. A amostragem fornece para cada ponto discreto (pixel) o valor da função em cada ponto a um valor dentre vários valores discretos que em uma imagem monocromática variam de 0 (preto) a 255 (branco). A figura a baixo mostra uma imagem e sua matriz correspondente. 36
EXEMPLO DE APLICAÇÕES (apenas para conhecimento) 37
Mini Robô Móvel Guiado por Visão Local Trata-se de um Mini Robô Móvel Autônomo capaz de seguir um caminho desenhado na superfície o qual se move a partir de imagens capturadas localmente. 38
Imagem adquirida pela câmera do robô, indicando o trajeto a seguir. Digitalização da Imagem, mostrando a linha limiarizada e o centro de referência. 39
Robô seguindo o caminho 40
Inspeção de Qualidade de Costura Capas de vinil para encosto de cabeça são costurados com linha preta. Um operador monta cada capa em um dispositivo de inflar. Uma chave é acionada pelo operador para disparar o sensor de inspeção. Costuras incompletas ou faltando registram uma contagem baixa de pixels pretos. O sensor responde, travando o dispositivo de inflar até um supervisor inspecionar a capa. Objetivo: Inspeção de qualidade de costura em capas de encosto de cabeça de bancos automotivos. 41
Posicionamento de Rótulo Objetivo Inspeção de presença, posicionamento e orientação de rótulo e um frasco de gel de barbear 42
Posicionamento de Rótulo É medida a distância do topo do rótulo até o topo do frasco em duas posições, verificando altura e alinhamento, e mede a distância de um lado do rótulo até o lado do frasco, verificando a posição lateral, dependendo do formato do frasco. 43
Aplicação e Detecção de Rótulo Um rótulo com o logo da empresa é aplicado em um isqueiro descartável. O rótulo é opaco sobre uma bobina transparente de material de fundo. O isqueiro passa sob a bobina de rótulos e o rótulo é retirado do material de fundo e aplicado no isqueiro. 44
Aplicação e Detecção de Rótulo Se o rótulo foi aplicado corretamente no isqueiro, todo o rótulo terá saído da bobina. Se o rótulo foi aplicado incorretamente no isqueiro, parte do ou todo o rótulo estará na bobina. Qualquer rótulo que permaneça na bobina causará uma área escura de pixels que será detectada pelo. Objetivo - Detecção aplicação do rótulo no produto 45
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Inspeção de Embalagem de Frasco Nessa aplicação, a quantidade de frascos embalados em uma caixa precisa ser confirmada. O sensor de visão é montado diretamente sobre a caixa de frascos e fotografa a tampa dos frascos assegurando que o número correto de frascos está embalado em cada caixa. Objetivo - Verificação do número correto de frascos embalado em caixas. 47
Inspeção de Frasco de Vidro O sensor assegura que a borda superior de cada frasco não está lascado ou trincado por causa do bico metálico usado no processo de enchimento. Se algum dano for detectado, o sensor rejeita a peça. Objetivo - Inspeção de danos em frascos de vidro em uma estação automatizada de enchimento de líquido. 48
Verificação de Peças Corretas À medida que prendedores são ejetados em um transportador, prendedores corretos em qualquer orientação devem ser verificados e prendedores incorretos devem ser rejeitados. Objetivo - Classificação de peças corretas para inserção em um pacote de acessórios. 49
Área de trabalho robótica Guarda do ponto de carga e descarga de um robô. Objetivo - O robô não pode trabalhar quando a cortina de luz é interrompida. O trabalho é reiniciado quando os feixes de luz forem desbloqueados. 50