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Llave Óptica para Automatismos (ART550S)

Este circuito puede ser utilizado como actuador por posición, para ser accionados por objetos, rotores, o aún partes móviles de una máquina. En robótica se puede utilizar como actuador para posiciones de brazos y otras partes móviles. El mismo circuito básico que utiliza un múltiplo comparador de voltaje en lugar de un operario se puede convertir en un lector de tarjetas perforadas identificando un código de actuación en un sistema de cerradura u otros dispositivos similares.

Las llaves ópticas se pueden utilizar en numerosos dispositivos de control que involucran aplicaciones industriales, robótica, así como aplicaciones recreativas y didácticas.

El diseño básico que describimos puede cambiar o expandirse a una infinidad de aplicaciones prácticas que incluyen las siguientes posibilidades: sensores de posición industrial, sensores de posición para robótica, identificación de códigos en tarjetas perforadas contadores de vueltas o pasajes.

El circuito básico se alimenta con una tensión de 6 a i2 V, pero se puede cambiar fácilmente a otros valores de fuente.

Los pocos elementos usados y el único ajuste hacen su operación e instalación fáciles principalmente cuando se pretende su adaptación en mecanismos ya listos.

 

CARACTERÍSTICAS

Tensión de alimentación: 6 o 12 V

Consumo en reposo: 50 mA (tip)

Carga máxima seleccionada: 2 A

Radiación usada en el sensor: infrarrojo

 

COMO FUNCIONA

Un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo se alimenta con la tensión de la fuente emitiendo su radiación sobre un foto-transistor. El foto-transistor y el diodo emisor forman parte de un único componente, una llave óptica NW-SHBB o NW-5J3B (a diferencia de los tipos está en los diferentes modos de montaje - la primera es para fijación con tornillo y la segunda para fijación en placa de circuito impreso), como muestra la figura 1.

 

Figura 1 - Tipos de sensores
Figura 1 - Tipos de sensores

 

La salida del foto-transistor se lleva a través del potenciómetro de ajuste a un amplificador operacional 741 montado como comparador de tensión.

La tensión de referencia es dada por el divisor formado por R3 y R2 y el ajuste de ganancia dado por R4.

Cuando el foto-transistor está iluminado, la tensión en el cursor del potenciómetro debe estar por encima de la tensión de referencia en el pino 2 del circuito integrado.

Esto significa que la salida del pino 6 del circuito integrado, está cerca de la tensión de alimentación y el transistor Q2 polarizado en el corte.

El relé estará entonces energizado.

Si el haz de radiación infrarroja se interrumpe con el paso de un objeto o la introducción de un objeto en la llave óptica, la tensión en el cursor del potenciómetro se reduce a un valor por debajo de la tensión de referencia y con ello la tensión en la salida operacional cae prácticamente a cero.

El resultado es que el transistor Q2 se lleva prácticamente a la saturación energizando la bobina del relé.

Ver que este circuito no tiene ningún tipo de temporización esto significa decir que el relé se mantiene cerrado durante el tiempo en que el objeto obstruye el paso de luz en el sensor.

Para una acción temporal necesaria la operación con piezas que se mueven o pasen con mucha velocidad en el sensor necesitamos una configuración diferente.

Se debe entonces considerar la inercia del relé en la actuación sobre cargas externas para aplicaciones que involucran tiempo.

Para una aplicación con 6 V es necesario seleccionar un circuito integrado apropiado, preferiblemente un equivalente de menor tensión.

El cuádruple comparador de tensión LM339 puede usarse en esta aplicación, en cuyo caso podremos tener un múltiple accionamiento de relés, (fig 2)

 

Figura 2 - Uso del LM339
Figura 2 - Uso del LM339

 

 

El relé indicado en el proyecto admite cargas de 2 A, pero nada impide que otros tipos sean usados, pero con sólo un contacto reversible.

Por otro lado la velocidad de acción puede ser mejorada con la alteración de ganancia del 741, lo que puede lograrse con cambio de valor de R4.

Este resistor puede quedar entre 10 k ohmios y 1 M ohmios.

 

MONTAJE

En la figura 3 tenemos el diagrama básico de nuestro accionador.

 

Figura 3 - Diagrama del accionador
Figura 3 - Diagrama del accionador

 

Una sugerencia de placa de circuito impreso para este montaje se muestra en la figura 4.

 

Figura 4 - Placa para el montaje
Figura 4 - Placa para el montaje

 

Los transistores Q1 y Q2 admiten cualquier equivalente. El diodo D1, por ejemplo, puede ser el 1N4148 o cualquier equivalente.

La elección del acoplador depende de la aplicación ya que tenemos tipo para fijación con tornillo en la placa de circuito impreso. P1 es un trimpot y los resistores son todos de 1/8 W con tolerancia de 5 a 20%.

Para el circuito integrado sugerimos el uso de zócalo DlL y el único condensador es de 12 V de tensión de trabajo.

Su valor tampoco es crítico ya que se trata de un desacoplador para la fuente de alimentación.

 

PRUEBA Y USO

Conecte la alimentación del circuito y una carga de prueba en los contactos del relé.

Ajuste P1 hasta que el relé abra los contactos.

A continuación, introduzca un objeto opaco en la ranura de la llave óptica. El relé debe cerrar sus contactos.

Comprobado el funcionamiento es sólo hacer la instalación definitiva del aparato.

Para mayor sensibilidad, la fuente debe ser regulada.

Una inversión del modo de actuación del sistema, con el cierre de los contactos del relé cuando el objeto es retirado de la llave óptica podemos cambiar el transistor Q2 por un NPN de uso general ligándolo de la forma mostrada en la fig. 5.

 

Figura 5 - Accionamiento inverso
Figura 5 - Accionamiento inverso

 

 

CI-1 - 741 - circuito integrado - amplificador operativo t

OPT-1 - NW-SHB-B o equivalente - llave óptica Newtronic

Q1 - BC548 o equivalente transistor NPN de uso general

Q2 - BC558 o equivalente transistor PNP de uso general

D1 - 1N4148 - diodo de uso general

K1 - micro relé de 6 o 12 V - equivalente

P1 - 47 k ohms - trimpot

R1 - 470 ohms o 1,2 k ohms- resistor (según la alimentación)

R2 - 22 k ohms x 1/8 W - resistor (rojo, rojo, naranja)

R3 - 10 k ohms x 1/8 W - resistor (marrón, negro, naranja)

R4 - 100 k ohms x 1/8 W - resistor (marrón, negro, amarillo)

R5 - 2,2 k ohms x 1/8 W - resistor (rojo, rojo, rojo)

C1 - 220 uF x 16 V - capacitor electrolítico

Varios: placa de circuito impreso, zócalo para el integrado, caja para montaje, hilos, soldadura, etc.

 

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