Per la mia cnc ho potuto provare diversi sensori di finecorsa e ognuno ha i suoi pregi e i suoi difetti.

Per esempio c’è il sensore ottico  che permette una alta velocità di commutazione ma ha il difetto di poter essere raggiunto dalla polvere prodotta dalla cnc.   C’è il sensore magnetico basato sul reed ma il tempo di risposta è troppo lento e non può essere usato per posizionamenti di precisione.

Per la cnc esistono sensori appositi, induttivi, capacitivi, etc etc, ma tutti hanno il difetto di costare uno sproposito per una cnc di classe amatoriale come la mia.

Non mi rimaneva che cercare sensori a livello di componente elettronico e lavorarci sopra per ottenere diversi vantaggi:

 

1- altissima precisione di posizionamento e ripetibilità.

2- interfacciabile direttamente alla mia interfaccia parallela senza usare adattatori e ulteriori interfacce.

3- che sia alimentabile a soli 5 volt

4- bassissimo costo.

5– immunità ai trucioli prodotti dalla cnc e alle polveri.

 

Nella ricerca individuo il componente della honeywell siglato SS443A che altro non è che un piccolissimo sensore ad EFFETTO HALL, gli faccio un adeguato contenitore e una controparte magnetica particolarmente potente e fin dalle prime prove scopro subito che la precisione permessa è sempre superiore all’errore della mia macchina.

Ottengo errori massimi inferiori ai +- 5 millesimi di millimetro rilevabili da programma e strumentalmente.

Ciò e fondamentale in una cnc perché permette di avere uno zero macchina sempre affidabile e con cui riprendere quei lavori interrotti per mancanza di corrente o altri motivi.

EFFETTO HALL

 

Prima di andare avanti è opportuno spiegare un attimo cosa è l’effetto hall, così comprendiamo meglio il funzionamento di questo sensore.

In prima istanza posso riportare la frase copiata da wikipedia:

l'effetto Hall è la formazione di una differenza di potenziale (potenziale di Hall) sulle facce opposte di un conduttore elettrico dovuta a un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre in esso. L'effetto prende il nome dal fisico Edwin Hall che per primo lo scoprì nel 1879..

In altre parole si prende un conduttore elettrico, gli si fa scorrere una certa corrente e lo si immerge in un campo magnetico.

Il flusso di elettroni presente nel conduttore tenderà a deviare il suo percorso su uno dei lati del conduttore stesso per effetto appunto del campo magnetico applicato.

Tale deviazione comporta che sui due lati del conduttore siano presenti due zone a diversa concentrazione di carica elettrica (essendo diverso il numero di elettroni presenti) da cui si crea una differenza di potenziale. (tensione)

Tale tensione viene presa a riferimento per la commutazione a noi necessaria.

Inoltre il sensore una volta posizionato è sensibile soltanto ad una ben precisa direzione del flusso magnetico.

Questo offre garanzie di funzionamento nelle nostre cnc dove le lavorazioni prevalenti sono materie plastiche e metalli non ferrosi (non magnetici),. quindi è praticamente immune alla polvere e ai trucioli prodotti

Ora che abbiamo capito il principio di funzionamento passiamo all’aspetto pratico che è il succo di questa pagina.

Insieme al sensore ho realizzato anche la controparte magnetica consistente in un blocchetto di pvc con feritoie per la registrazione meccanica e un foro di alloggiamento del magnete al neodimio.

Ecco come si presenta il sensore vero e proprio.

È più piccolo di un transistor, ha solo 3 terminali, due servono per l’alimentazione e uno è l’uscita.

Elettricamente il componente va trattato come se fosse un transistor e come tale lo tratterò, richiede ben poco per essere usato e riesco anche ad aggiungere un diodo led nel contenitore in modo da avere anche la segnalazione locale dell’intervento del sensore.

Il sensore ha un tempo di risposta di soli 1,5 uS e permette anche rilevazioni continue fino a 100 KHz.

Inoltre presenta una uscita senza rimbalzo e ciò permetteva di usare tale sensore in alcuni tipi di tastiera.

Quindi può essere usato anche come sensore di numero di giri in altre applicazioni.

Per tutte le ulteriori informazioni che dovessero servire potete far riferimento al datasheet che trovare cliccando qui : DATASHEET

Possiamo ora analizzare lo schema elettrico:

 

Da perfetto ignorante che sono non ho trovato il simbolo elettrico del sensore hall.

Quindi ho disegnato un rettangolo con 3 pin sui lati.

È presente il led con resistenza limitatrice e un diodo.

Il diodo serve a far si che i sensori messi in parallelo possano funzionare singolarmente senza far accendere i led sul sensori che non coinvolti nell’evento magnetico.

La scelta di un valore relativamente alto del resistore è dovuto al fatto di non voler caricare troppo l’uscita del sensore dovendo ancora alimentare il diodo incorporato dell’optoisolatore integrato nell’interfaccia.

Come potete vedere dallo schema elettrico è semplicissimo, va collegato a massa e al positivo 5 volt provenienti dall’elettronica e il pin out va collegato direttamente ad uno dei 5 ingressi disponibili sull’interfaccia parallela presentata in questo sito, il quale provvede già di suo a fornire il pull up al sensore.

 

Qui mostro i contenitori del sensore e del magnete nei due colori che avevo disponibili.

Il materiale è PVC rigido e il tutto è lavorato a cnc completamente in automatico mentre i fori e la finestrella per il sensore sono realizzati in maniera semiautomatica, ma sempre a cnc.

La foto a destra mostra il lato dove è presente la finestra del sensore.

La foto a sinistra mostra le prove di chiusura del contenitore con resina poliestere mentre a destra si vedono le prove di scrittura e di marchiatura.

Notare che anche il sensore è inglobato in resina nella sua finestrella, in questo modo sarà ben saldo e il suo funzionamento stabile

Qui vediamo il magnete al neodimio con il suo supporto.   E’ piccolissimo ma  ha una forza di attrazione di ben 0,97 kg.

Le rimanenti foto mostrano come ho montato i sensori sulla mia fresatrice cnc e le loro controparti magnetiche.

Ovviamente mi sono divertito a sperimentare diversi contenitori per trovare la forma che da meno problemi nel montaggio avvalendosi di staffe di alluminio reperibili al ferramenta.

Collegamenti

 

Il sensore così come è costruito, è possibile collegarlo in parallelo in modo che una unica uscita vada al relativo ingresso dell’iterfaccia parallela.

In questo modo è possibile usare tre configurazioni diverse per ogni asse

1– un solo sensore e due magneti.

2– due sensori e un magnete.

3– due sensori e due magneti.

A seconda delle necessità sarà possibile usare una, due o tutte e tre le soluzioni.

Tenete presente che per l’asse ZETA è necessario solo un punto sensore per proteggere per la parte superiore mentre la parte inferiore (il lato della fresa)  occorre prevedere un sistema di azzeramento diverso, come ad esempio la piastra conduttiva collegata al sensore.

Qui sotto gli schemi dei collegamenti possibili.

È richiesto solo di collegare il positivo 5 volt, la massa e infine collegare il terminale di segnale ad uno dei 5 ingressi della scheda interfaccia parallela..

Il magnete può essere avvicinato al sensore da tutte le direzioni ma deve avere un verso ben preciso, cioè deve presentare al sensore sempre lo stesso polo magnetico.

Per provare il sensore e il verso del magnete basterà fornire una tensione di 5 volt e avvicinare il magnete.

Si dovra vedere il led accendersi e se ciò non avviene occorrerà “girare” il magnete, ovvero invertire i poli magnetici.

Sulla scheda parallela sono presenti 5 ingressi di cui uno è destinato al tasto di emergenza, rimangono disponibili ben 4 ingressi.

Tre dei quali vanno destinati ai rispettivi assi e il quarto può essere destinato all’azzeramento separato della ZETA.

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Fin da subito noterete il perfetto funzionamento e l’estrema precisione che se ne ottiene negli azzeramenti macchina ma ovviamente dovrete configurare opportunamente il programma di controllo che andrete ad usare (mach3 o EMC2).

Per eventuali richieste potete scrivermi alla E-mail presente alla pagina principale