Mi Tacómetro High-Tech para Máquinas Herramienta.

[Valen]

Algunas reflexiones sobre qué es una velocidad lenta, y qué es una velocidad elevada.

En el día a día, eso está muy claro: Si algo gira deprisa o lento, es evidente, pero a la hora de elegir qué estrategia de medición de velocidad debemos emplear, hay que tener en cuenta más factores:

Pensemos en cuáles son los dos casos extremos.
A un lado, un tacómetro que mide a partir de un solo pulso (un solo imán), y al otro un encoder óptico que puede generar fácilmente más de 100 impulsos por vuelta.

Si además nuestra máquina de control es un Arduino, en el cual el ciclo de programa es de -por ejemplo- 50 mili Segundos de duración, podemos hacer algunas comparaciones.

Supongamos que la maquina está girando a 300 rpm :

En principio, no es gran cosa. Pero analicemos con más detalle lo que ocurre dentro de la placa de control, tanto si empleamos un encoder de 100 pulsos (número redondo para simplficar), como si usamos un sistema con un solo pulso (imán).

A esa velocidad, el encoder optico entregará una cantidad ingente de impulsos a la placa de control,ya que son 300rpm/60 = 5 rev por segundo, y en cada vuelta obtenemos 100 pulsos. Luego se están recibiendo 500 pulsos por segundo.....!
Es decir, el tiempo entre pulso y pulso es de tan solo 1/500 = 2 mili Segundos.....

Si pretendemos medir la velocidad de la máquina a partir del tiempo que transcurre entre pulsos, uno a uno, la placa de control debería de ser capaz de medirla cada 2milisegundos.

Sin embargo, hemos visto que un programa sencillo, que maneja una pantalla (y que es un disposivo muuuuuy lento), tarda 50 miliSegundos en completar un ciclo. Luego solo sería capaz de aprovechar un ciclo de cada 25 que le lleguen. Los demás se perderían.

(En un computador esto se puede solventar fácilmente mediante el uso de la multitarea (multithread), asignando el manejo de dispositivos lentos a hilos de control independientes, de forma que no afecten al bucle principal, pero en un sencillo microcontrolador, esta capacidad no está disponible).


Veamos ahora el caso de un puso por ciclo.
En ese caso, a 300 rpm,  se producen 300rpm/60 = 5 rev por segundo, y en cada vuelta obtenemos 5 pulsos. Es decir, en la placa de control se está recibiendo 5 pulsos por segundo

En este caso, el tiempo entre pulso y pulso es de 1/5 = 200 mili Segundos..... Como en este ejecicio de reflexión hemos supuesto un tiempo de ejecucón de programa de 50 milisegundos, vemos que al programa principal le da tiempo de sobra a leer los pulsos,ya que durante cuatro pasadas, el pulso será el mismo.

Conclusión nº1
Nada es rápido o lento, si no que lo es en función de la tecnología del equipo con el que vayamos a medir la velocidad.
Para un sistema que usa un encoder óptico y una placa de control Arduino, la cual gestiona también la pantalla, si se quiere medir el tiempo entre pulsos, de uno en uno, esa velocidad de giro es muy grande, mientras que para el sistema con un solo imán, es aceptable.
Al final todo depende de la capacidad de generar pulsos por vuelta, y de la capacidad de la placa de control para gestionarlos con suficiente rapidez.

Conclusión º2
Como vemos, si la placa de control es poco potente, y se generan muchos pulsos, es fácil desperdiciar pulsos, si pretendemos medir la velocidad de giro del eje, a partir del tiempo entre un pulso y el siguiente.

Por ello, a partir de una determinada velocidad -que dependerá de la potencia y características de cada equipo- es más eficiente contar los pulsos que han pasado en cada ciclo de programa, o cada vez que termine un temporizador prefijado. Esto tiene sus implicaciones en el filtro paso bajo, pero es una buena solución.

Peeeeeeero a su vez, este sistema de contar los pulsos que han pasado en cada ciclo de programa, no es válido a velocidades extremadamente bajas, ya que el tacómetro podría no recibir ningún puso en ese tiempo de control, y entonces aparecería una velocidad de giro igual a cero.....

Conclusión nº3:
Según el rango que queramos cubrir, es muy posible que la placa de control del tacómetro tenga que aplicar diferentes estrategias, en función del rango de velocidad en el que estemos midiendo en cada ocasion.


(Esta semana estoy en Londres, así que, lamentablemente, nuestro tacometro no avanzará....)

[jstony2000]

siempre que veo un hilo tuyo me quedo acongojado,... eres la repera, los conocimientos y las buenas explicaciones se escapan de mi intelecto, de verdad que te admiro, 
eres Un MAESTRO, ojalá no nos avandones nunca. Saludos

[fausto]

Hago mías las palabras de: Jstony2000, ya que no me ha dejado nada para agregar

Gracias por tus aportaciones!!!!

[Valen]

Hola, Jstony2000 es un alagador, porque somos viejos"conocidos" (aunque nunca nos hemos visto en persona) debido a algún problema que tuvo en el sistema de control del torno.
En cualquier caso, soy yo el que ha de daros las gracias a vosotros, por interesaros por estos hilos. gracias,
Saludos londinenses

[Vider]

Hola Valen, que tal el té ingles!!

He estado leyendo el último post, yo lo que hago es filtrar la señal antes de que llegue al micro con operacioneles/smitch trigger o lo que sea dependiendo del sensor, y utilizar uno de los contadores hardware del procesador, estos contadores los puedes descargar a demanda, y cuentan normalmente hasta 1/2 de la freq de trabajo, y así nunca pierdes un pulso, despues si quieres leer ese contador por ejemplo cada 20ms, generas otra interrupción con un timer, las interrupciones tiene prioridad absoluta, y el programa se para hasta que no termina,

Es mi "manera" aunque yo me dedico a soft no a hard,

Saludos!!

[Valen]

Hola Vider,

El post que escribí es una reflexíon sobre el problema, para que quede identificado, y luego cada uno vea cómo lo resuelve....

El mayor "quebradero de cabeza" del control del tacómetro es la gestión de la pantalla, que va a dos por hora. Sin ella, el Arduino se aburriría solo midiendo pulsos, y todo sería mucho más sencillo.

Sí, efectivamente, el uso de interrupciones internas es también obligado para mi, al necesitarse un periodo de muestreo fijo, que permita determinar el periodo T del filtro paso-bajo, y a partir de él, los coeficientes de la ecuación.

Es un proyecto muy entretenido, y agradable de implementar, aunque bastante trabajoso si quieres que sea preciso, que no oscile la medida, y que tenga un amplio rango de trabajo.

[Valen]

Ya de regreso en España, retomamos los trabajos con nuestro tacómetro.
hoy le he fabricado un eje con 4 imanes, con dos imanes, y con un imán, para seguir ajustando, calibrando, etc.

Sobre imanes y sensores de efecto Hall.

Los minúsculos imanes de neodimio que se ven en las fotos son de grado N52, lo que quiere decir que generan un campo de una inducción magnética, de 1.42-1.47 Teslas.

por su parte, el fabricante Melexis del sensor de efecto Hall nos indica en sus gráficas, que con solo 200 mili Teslas de variación del campo magnético, es suficiente para que sea detectada. Es decir, con variaciones de 200 mili Teslas podemos generar pulsos.

Otra conclusión es que un imán tan pequeño como éstos es suficiente para excitar el sensor de efecto Hall (no se requiere apilar varios, aunque se puede hacer), siempre y cuando la distancia entre el imán y el sensor sea pequeña.

Detalle del eje.




Pruebas con 4 imanes.




Pruebas a velocidades muy altas.
Valores con 5 cifras, el programa de control elimina la coletilla "rpm" que normalmente se muestra a la derecha de la imagen, y recalcula la posición de los números, para que quepan correctamente:

[Valen]

Como habíamos quedado, he abierto un hilo específico sobre fabricación de placas PCB,. Lo he hecho utilizando como ejemplo sencillo, la placa del sensor de efecto hall que diseñamos para nuestro tacómetro:

http://foro.metalaficion.com/index.php/topic,3744.msg43317.html#msg43317

Es un tutorial de auto-aprendizaje, con el fin de poder introducirse en esta técnica. A partir de la información recogida en el hilo, se puede crecer en muchas direcciones (y ese es su fin), pero también es cierto que incluye toda la información necesaria para empezar.
Espero que os guste.

[Valen]

Ya estamos acabando el proyecto..... He ampliado los márgenes de medida, de forma que sirva para cualquier necesidad.

Y éste es un vídeo de una de las pruebas más difíciles: Medir las bajas velocidades. La dificultad estriba en que las máquinas eléctricas rotativas tienen un giro irregular, que se nota más a medida que la velocidad disminuye.

Tacometro.wmv


Nuestro entorno de pruebas, que no para de trabajar.....

[Valen]

Sensor de efecto Hall.

El sensor elegido para desarrollar el tacómetro es un dispositivo complejo, que se activa al producirse una variación en el flujo magnético que le atraviesa. Para ello se vale del efecto hall:

"Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente".

A partir de este efecto, se añade algo de circuitería, con los siguientes objetivos:

• Regular la alimentación que le llega al sensor.
• Introducir un control basado en histéresis, de forma que la salida conmute de forma segura (no haya vibración de la señal a la salida).
• Aportar una salida de potencia, que permita manejar la etapa siguiente, conectada al sensor.

Para que el sensor se active, necesitamos someterle a una variación de flujo magnético. Vamos a ver dos formas de lograr esto:

Imán girando solidariamente con el eje de la máquina.
Al pasar delante del sensor Hall, el flujo magnético producido por el imán le atravesará, activándolo.

Ventajas: Sencillez.
Inconvenientes: Un solo pulso por vuelta.




Imán en la parte posterior del sensor, y una rueda dentada métálica, solidaria al eje.
Al pasar cada diente de la rueda dentada por delante del sensor Hall, el flujo magnético producido por el imán se verá modificado, ya que la reluctancia del circuito magnético total disminuirá mucho. Como consecuencia, el flujo a través del sensor aumentará.
Un efecto añadido es que al disminuir la reluctancia, la dispersión del flujo se reducirá, reforzando el efecto.
De esta forma, el sensor se activará.

Ventajas: Muchos pulsos por vuelta.
Inconvenientes: La rueda dentada es difícil de fabricar.



En concreto, el modelo empleado está diseñado para su uso en automoción, donde son muy útiles por su inmunidad a la suciedad.
La limitación para su uso en un tacómetro está en su velocidad de conmutación, que en este caso es de 15000 ciclos por segundo. A la hora de montar el sistema, será necesario revisar que no excedemos este límite.

[fausto]

Genial!!!

[Santiago]

Todo muy explicado, 

[Valen]

Un foto, probando la ubicación definitiva de la pantalla del tacómetro:



Igual a alguien le sirve de idea, para sus propios montajes.....

En cuanto me dejen el tacómetro óptico que he pedido prestado, y coteje los resultados de las medidas, ya estará terminado, y a disposición de los que lo quieran tener. En ese momento lo indicaré en el hilo.....

Ya tengo ganas de tenerlo finalizado.....!   

[Santiago]

Ya lo tienes practicamente, yo soy un poco cagabullas, y cuando me queda poco lo monto de cualquier manera para usarlo, y después ,claro, me da pereza ponerlo bien

[Fedvac]

Uf... a quien no le gustaría tener uno