Impiego di sonde e trasduttori lineari LVDT per il controllo dimensionale e geometrico

I trasduttori LVDT consentono misure di precisione su particolari meccanici o su qualsiasi oggetto che possa essere misurato con una sonda a contatto.

Abbinati ad appositi amplificatori di segnale permettono la misura di caratteristiche dimensionali ( spessori, larghezze, posizioni, altezze, diametri, ovalità) e geometriche ( planarità , parallelismo, perpendicolarità, oscillazione, eccentricità e coassialità ) con precisione millesimale anche su particolari meccanici complessi.

Sono realizzabili trasduttori LVDT con sistema di azionamento a molla ( con precarico meccanico fisso ) oppure trasduttori LVDT con azionamento pneumatico particolarmente adatti per sistemi di misura automatici.

Alcune famiglie di sonde LVDT possono essere realizzate con meccanismo di spostamento basato sul vuoto.

Sono realizzabili trasduttori con uscita del cavo radiale , con uscita del cavo assiale oppure con sistemi di connessione e disconnessione rapida.

RODER realizza sistemi completi “chiavi in mano” costituiti da sonde LVDT, amplificatori e controllori elettronici, sistemi di acquisizione dati, software per controllo statistico e meccanica appositamente progettata.

I sistemi di misura RODER trovano applicazioni in molti settori industriali : meccanica di precisione, lavorazione lamiere, stampaggio plastica, elettromedicale, metallurgico e siderurgico.


Applicazioni dei trasduttori LVDT

Applicazioni tipiche dei sistemi di misura basati su trasduttori LVDT sono relativi alla misurazione di particolari meccanici, prodotti in materie plastiche, nel settore del vetro, nel settore delle lavorazioni per deformazione.

Misure e controlli dimensionali e geometrici su particolari stampati e tranciati

Le sonde LVDT, abbinate ai sistemi MODULCHECK di produzioner RODER, consentono la misura in tempi rapidi e direttamente in linea di produzione della planarità di particolari stampati, tranciati, laminati o pressofusi. La misura di planarità viene realizzata con una matrice di sensori in grado di rilevare differenze rispetto ad un master di calibrazione certificato. Il risultato della prova è una mappatura delle zone verificate con il relativo valore numerico di scostamento rispetto la forma ideale. 

Una presentazione grafica molto intuitiva consente di determinare in modo veloce e affidabile la zone di non conformità. Tutti i dati ottenuti possono essere utilizzati per calcoli statistici ( Sigma, Cp, Cpk, Cm, Cmk ) oppure per la realizzazione di carte di controllo ( XS, XR, tendenza di processo, distribuzione della popolazione ).

Controlli di forma su particolati di grandi dimensioni

Le sonde LVDT, abbinate ai sistemi MODULCHECK di produzione RODER, consentono il controllo di forma di oggetti di qualsiasi dimensione e materiale. Il controllo di forma viene effettuato per confronto con un master di riferimento e tutte le differenze vengono evidenziate in modo veloce ed intuitivo. E’ possibile generare dei segnali di fuori tolleranza o di non conformità parziale del prodotto. Il sistema può anche essere installato in aree di controllo robotizzate e banchi di controllo automatici non presidiati. In questa configurazione tutte le operazioni di verifica possono essere controllate direttamente da un PLC o da un sistema automatico di produzione.

Misure di oscillazione ed eccentricità su particolari in rotazione

Le sonde LVDT, abbinate ai sistemi MODULCHECK di produzioner RODER, consente la determinazione di caratteristiche geometriche di particolari sottoposti a rotazione su contropunteE’ così possibile misurare diametri, ovalizzazioni e oscillazioni ma anche rotondità, cilindricità e dati del profilo radiale dell’oggetto ( importante in applicazioni come la misura di alberi a camme ). La misura può essere anche acquisita da macchine di misura appositamente sviluppate per questo tipo di controllo in laboratorio metrologico o in linea di produzione ( macchine di misura 3D, profilometri, macchine ottiche ).

Caratteristiche comuni dei sistemi proposti da RODER

  • Eccellente ripetibilità, durata e longevità.
  • Tutte le sonde LVDT RODER sono montate su cuscinetti a sfera, ad eccezione di sonde assiali in miniatura.
  • La guida a sfere è altamente insensibile alle forze radiali esercitate sull’asta di misura. Un dispositivo antirotazione assicura un perfetto movimento del sistema di guida meccanica.
  • Le guide delle sonde assiali sono altamente protette contro la penetrazione di liquidi (olio) o solidi (polvere) attraverso soffietti protettivi di qualità elastomerica.
  • Gli inserti (inserti di misura) possono essere sostituiti o sostituiti. È disponibile un’ampia scelta di forme geometriche e dimensioni.
  • La forza di misura può essere regolata cambiando la molla, a seconda del modello di sonda.
  • Diametro della custodia della sonda di 8 mm. Può essere bloccato su tutta la sua lunghezza.
  • Grado di protezione IP65 secondo IEC 60529.
  • Ampia gamma di accessori, tra cui inserti di misura, set di molle, ecc.
  • Sonde LVDT compatibili con apparecchiature di misura di altri produttori disponibili su richiesta.

RODER offre una famiglia completa di sensori LVDT (sonde elettroniche analogiche ) e strumenti di misura dedicati per le applicazioni più esigenti.

Sonde standard LVDT RODER

Le sonde standard, note anche come sonde a mezzo ponte, funzionano secondo il principio elettrico dell’accopiamento magnetico. Le sonde LVDT possono esser utilizzate in combinazione con strumenti di misura di altri costruttori, per ottenere una gamma completa di misure e di rilievi geometrici.

Queste sonde sono note come sonde LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Tutte le sonde elettroniche RODER possono essere utilizzate sia con strumenti manuali, interni o esterni, sia in combinazione con altri tipici strumenti di misura e supporti.

RODER è in grado di fornire sonde assiali con spostamento lineare dello stelo di misura, sonde angolari con leva inclinabile o sonde a guida parallela, appositamente progettate per dispositivi multiquota e qualsiasi altra apparecchiatura per il controllo in-process, consentendo così di risparmiare molti componenti di assemblaggio, che, con pochissime eccezioni, eseguono essenzialmente misure comparative.

Sulla base di un master principale, che può essere un blocco di misura, un anello di regolazione o qualsiasi altro pezzo accettato come tale, vengono confrontate diverse dimensioni del pezzo in prova – Tutte le misurazioni sono effettuate con elevata precisione.

Che cos’è un LVDT?

LVDT è l’acronimo di Linear Variable Differential Transformer. E’ un tipo di trasduttore elettromeccanico in grado di convertire il moto rettilineo di un oggetto a cui è accoppiato meccanicamente in un corrispondente segnale elettrico. I sensori di posizione lineare LVDT sono possono misurare movimenti di pochi milionesimi di millimetro fino a diversi millimetri.

La struttura interna del sensore LVDT consiste in un avvolgimento primario centrato tra una coppia di avvolgimenti secondari, simmetricamente distanziati rispetto al primario. Le bobine sono avvolte su un unico supporto termicamente stabile, incapsulato contro l’umidità, avvolto in uno scudo magnetico ad alta permeabilità, e poi fissato in un alloggiamento cilindrico in acciaio inossidabile. Questo gruppo bobina è solitamente l’elemento stazionario del sensore di posizione.

L’elemento mobile di un LVDT è un’armatura tubolare separata in materiale magneticamente permeabile. Questo è chiamato nucleo, che è libero di muoversi assialmente all’interno del foro cavo della bobina e accoppiato meccanicamente all’oggetto di cui si sta misurando la posizione. Durante il funzionamento, l’avvolgimento primario dell’LVDT è eccitato da una corrente alternata di ampiezza e frequenza adeguate, nota come eccitazione primaria.

Il segnale elettrico di uscita dell’LVDT è la tensione CA differenziale tra i due avvolgimenti secondari, che varia con la posizione assiale del nucleo all’interno della bobina dell’LVDT. Di solito questa tensione di uscita AC viene convertita da circuiti elettronici adeguati in tensione DC di alto livello o corrente che è più conveniente da usare.

Perché usare un LVDT ?

Risoluzione infinita

Poiché un LVDT opera secondo i principi dell’accoppiamento elettromagnetico in un sistema totalmente analogico può misurare variazioni infinitesimamente piccole nella posizione del nucleo. Questa capacità di risoluzione infinita è limitata solo dal rumore in un condizionatore di segnale LVDT e dalla risoluzione del display di uscita. Questi stessi fattori conferiscono a un LVDT la sua eccezionale ripetibilità.


Ripetibilità del punto zero

La posizione del punto di azzeramento centrale di un LVDT è estremamente stabile e ripetibile, anche nel suo ampio intervallo di temperatura operativa. Questo fa sì che un LVDT funzioni bene come sensore di posizione di rifermento nei sistemi di controllo ad anello chiuso e negli strumenti di bilanciamento servo ad alte prestazioni.


Risposta dinamica veloce

La particolare costruzione permette ad un LVDT di rispondere molto rapidamente ai cambiamenti di posizione del nucleo. La risposta dinamica di un sensore LVDT stesso è limitata solo dagli effetti inerziali della leggera massa del nucleo.


Uscita assoluta

Un LVDT è un dispositivo di uscita assoluta, in contrapposizione ad un dispositivo di uscita incrementale. Ciò significa che, in caso di interruzione dell’alimentazione, i dati di posizione inviati dall’LVDT non andranno persi. Quando il sistema di misura viene riavviato, il valore di uscita dell’LVDT sarà lo stesso di prima dell’interruzione dell’alimentazione elettrica.

Alcuni esempi di sensori LVDT

Il trasduttore di spostamento induttivo, noto anche come LVDT, è un dispositivo elettromagnetico usato per la misura di piccoli spostamenti. Il trasduttore LVDT presenta elevate precisioni e ripetibilità anche in condizioni di lavoro gravose ed in presenza di contaminanti.

I Trasduttori di posizione e spostamento sono robusti ed affidabili, assicurano una lunga vita operativa. Offrono campi di misura compresi tra 0,2 e 10 mm. Sono disponibili versioni economiche, miniaturizzate, pressurizzate, con tastatore a molla, con o senza elettronica incorporata.

Sono realizzabili anche sensori LVDT con campi di misura più grandi, forme costruttive personalizzate e campi di escursione termica più elevati.

Note costruttive di un sensore LVDT

Il trasduttore è realizzato mediante un tubo composto da tre avvolgimenti disposti con assi paralleli e con all’interno un nucleo cilindrico ferromagnetico mobile. L’avvolgimento centrale è detto primario e gli altri due secondari: quello primario è collegato ad un generatore di tensione AC, ai capi dei secondari invece si misura la tensione d’uscita.

Quando il nucleo è al centro, la tensione indotta sugli avvolgimenti secondari, essendo questi avvolti in senso discorde è uguale ma opposta, di modo che il segnale di tensione misurato sia praticamente nullo. Allo spostarsi del nucleo, invece, le mutue induttanze cambiano, e a seconda che si sposti a sinistra o a destra risulterà maggiore l’accoppiamento induttivo con il secondario rispettivamente di sinistra o destra. Di conseguenza il segnale in uscita varierà proporzionalmente allo spostamento del nucleo.

Amplificatori per sensori LVDT

Per tradurre il segnale di uscita del LVDT si usano i cosiddetti demodulatori discriminatori di fase. Questi sono dei dispositivi elettronici che permettono di estrarre il valore efficace della tensione che rappresenta lo spostamento, e interpretare da quale parte dello zero avviene lo spostamento. Il più noto di tutti utilizza un doppio ponte di Graetz che raddrizza il segnale alternato proveniente dagli avvolgimenti secondari e ne fa la somma algebrica. A seconda del segno della somma si è in grado di capire da quale parte dello zero è avvenuto lo spostamento.

L’LVDT è un trasduttore molto sensibile in grado di misurare spostamenti dell’ordine delle frazioni di micròmetro. A seconda della frequenza di alimentazione del primario e della massa del nucleo si hanno frequenze di taglio di alcune centinaia di hertz e quindi buone risposte dinamiche a spostamenti velocemente variabili nel tempo.