Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) http://fbe.erciyes.edu.tr/ ISSN 0-354 OPTİK GÖZ SINIRLAYICILARLA ADIM MOTOR KONTROLÜ Mustafa GÖKTEPE a, Yavuz EGE b* a BAÜ, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Balıkesir b BAÜ, Necatibey Eğitim Fakültesi, Fizik Eğitimi Bölümü, Balıkesir ÖZET Bu çalışmada manyetik malzemelerde herhangi bir sebeple oluşan mekanik çatlakların belirlenebilmesi için, üç boyutta hareket edebilen 3D tarayıcı sistem geliştirilmiştir. Adım motor kontrollü ve optik göz sınırlayıcılı sistemde optik göz sınırlayıcılar hareketli bir platforma yerleştrilmiş ve bu sayede hall sensörün istenen koordinatlara ulaşması sağlanmıştır. Bu makalede 3D tarayıcı sistemde optik göz sınırlayıcılarla adım motor kontrolünün nasıl yapıldığı ayrıntılı olarak tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Tarayıcı sistem, Adım motor, Optik göz. CONTROL OF STEPPER MOTORS WITH OPTICAL SENSORS ABSTRACT In this study, 3D scanner system was constructed to inspection of the cracks on magnetic materials for industrial applications. 3D scanner system was operated by stepper motors in three dimensions. Optical device controlled stepper motors were delivered the hall sensor to the right position around the cracked region. Then surface leakage flux measurements were carried out at particular region to find out cracks in the sample. In this paper, electronic circuit of optical device controled 3D scanner system will be presented. Keywords: Scanner system, Stepper motor, Optical sensor. *E-Posta: yege@balikesir.edu.tr
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 63.GİRİŞ Günümüzde adım motorlar hassas konum kontrolü gerektiren pek çok elektronik alette kullanılmaktadır. Fotokopi makineleri ve bilgisayar yazıcıları bunlara örnek olarak gösterilebilir. Ayrıca endüstriyel uygulamalarda malzemelerdeki çatlakların belirlenebilmesini sağlayan tahribatsız test sistemlerinde adım motorlar etkin olarak kullanılmaktadır. Özellikle ultrasonik [-3], girdap akımları [,4] ve manyetik akı kaçakları [,3,5-9] testlerinde malzemedeki çatlakların fiziksel özelliklerinin tespit edilebilmesi için, kullanılan algılayıcının malzeme üzerindeki konumunun net olarak bilinmesi gerekmektedir. Bu yüzden algılayıcı iki ya da üç boyutta hareket edebilen bir platforma monte edilmelidir [0-6]. Tabiki algılayıcının bulunduğu bu platformun hassas konum kontrolü ancak adım motorlarıyla sağlanabilmektedir. Manyetik parçacık [,7], sıvı penetrant [,8], akustik emisyon [,9], radyografi [,7] gibi diğer tahribatsız testlerde ise algılayıcının konum kontrolüne gereksinim duyulmamaktadır. Bu önbilgilerle bu çalışmada ferromanyetik malzemelerin manyetik akı kaçakları testinin yapılabilmesi için, üç boyutta hareket edebilen adım motor kontrollü ve optik göz sınırlayıcılı 3D tarayıcı sistem geliştirilmiştir. Bu çalışmada, dizayn edilen 3D tarayıcı sistemin kısa tanıtımından sonra, sistemde optik göz sınırlayıcılarla adım motor kontrolünün nasıl yapıldığı ayrıntılı olarak tartışılmıştır.. 3D TARAYICI SİSTEM Bu çalışmada mıknatıslanmış malzemedeki çatlakların fiziksel özelliklerini tespit edebilmek için dizayn edilen 3D Tarayıcı sistemin mekaniğinde, manyetik özellik göstermeyen alüminyum levha, plexe glass ve kestamit türü malzemeler kullanılmıştır. Sistemde, yüzeydeki manyetik akı değişimini belirleyen algılayıcıyı taşıyan bir platform yer almaktadır. Bu platformun üç boyuttaki hareketi ise, herbir ekseni kontrol eden üç adım motoru tarafından sağlanmaktadır. Bununla birlikte 3D tarayıcı sistemde, algılayıcının üç boyuttaki hareketini sağlayan mekanik düzeneğin yanısıra yüzeyi taranacak malzemenin mıknatıslanmasını sağlayan U şeklindeki mıknatıslayıcı çekirdek de yeralmaktadır. Şekil de manyetik akı kaçakları testi için dizayn edilen adım motor kontrollü ve optik göz sınırlayıcılı 3D tarayıcı sistem gösterilmektedir. Şekil. Oluşturulan 3D Tarayıcı sistemin görünümü. Şekil de de görüldüğü gibi 3D tarayıcı sisteminde herbir ekseni kontrol eden adım motorlarının hareketini kontrol eden sınırlayıcı optik gözler yeralmaktadır. Bu optik gözlerin konumları değiştrilerek, üzerinde algılayıcının bulunduğu tarayıcı platformun hareket sınırları belirlenmektedir. Sistemde ayrıca eksenlerdeki hareket sınırlarını belirleyen optik gözlerin dışında sistemin başlangıç noktasını belirleyen optik gözler de yeralmaktadır. Bu optik gözler tarama sonrasında tarayıcı platformu sistemin başlangıç noktasına çekerken adım motorları kontrol etmektedirler. Bir de sistem üzerinde, tarama işleminin sonunu belirleyen ve üç adım motorunun hareketini durduran bir optik göz daha mevcuttur. Şekil ve Şekil 3 de bahsedilen optik gözler sistem üzerinde gösterilmektedir.
64 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) x ve y ekseninde başlangıcı belirleyen optik gözler y ekseninde hareket sınırlarını belirleyen optik gözler. x ekseninde hareket sınırlarını belirleyen optik gözler Şekil. x ve y ekseninde hareket sınırlarını ve başlangıç noktalarını belirleyen optik gözler. Tarama işleminin sonunu belirleyen optik göz z ekseninde başlangıcı belirleyen optik göz Şekil 3. Sistemin z eksenindeki başlangıcını ve sistemin durma noktasını belirleyen optik gözler. 3D tarayıcı sistemde, eksenlerde hareketi sınırlayan, başlangıcı belirleyen ve hareketi sonlandıran optik gözler gerilimle çalışmaktadır. Bu optik gözlerin içerisinde ta kırmızı ışık veren bir led ve onun karşısında da optik tetiklemeli bir transistör yer almaktadır. Sistemde optik gözlerin açık ya da kapalı olmasına, diğer bir değişle kırmızı led ışığının transistöre ulaşıp ulaşmamasına bağlı olarak adım motorların kontrolü sağlanmaktadır. Şekil 4 te optik gözdeki ledin ve optik transistörün konumları gösterilmektedir. Led Işık ilerleme yönü Optik Transistör Şekil 4. Optik gözdeki ledin ve optik transistörün konumları.
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 65 3. 3D TARAYICI SİSTEMİN OPTİK GÖZLERLE KONTROLÜ Bu çalışmada 3D Tarayıcı sistemin mekaniğini kontrol edebilmek için işlevleri farklı elektronik devreler geliştrilmiştir. Bunlar; a- 5, V DC güç kaynağı devresi b- Osilatör devresi c- Adım motor kontrol devresi (3 Adet) d- Adım motorların optik göz sınırlayıcılar arasında sürekli ve kesikli hareketini kontrol eden flip-flop devreleri ( Tane) e- Algılayıcının üzerinde bulunduğu platformu başa çekme devresi f- Sistemin x yönündeki hareketini sağlayan motorun kesikli hareketini kontrol eden devre g- Sistemi durdurma devresi h- xyz yönünde motorların kaç adım gittiğini gösteren ileri-geri yönde sayabilen sayaçlardır. 3. 5- V DC Güç Kaynağı Devresinin Tanıtımı U5 78L05 IN OUT C 4700uF COM C 00nF U4 78L05 IN OUT C9 4700uF COM C0 00nF U3 78L05 IN OUT C8 4700uF COM C7 00nF T DEFAULT C 00pF D BRIDGE U 78L05 IN OUT C 4700uF COM C3 00nF T DEFAULT C4 00pF D BRIDGE Şekil 5 5- V DC Güç kaynağı 78Ldevresi C5 4700uF IN U COM OUT C6 00nF V Şekil 5. 5- V DC Güç kaynağı devresi. Yukarıda blok diyagramını verdiğimiz devre, elektronik devrelere güç sağlamaktadır. Devrenin giriş kısmına 0 V alternatif gerilim uygulanmış, trafo kanalıyla 8 V ac gerilime düşürülmüş ve daha sonrada köprü diyotla doğrultulmuştur. Doğrultulan gerilim 7805 ve 78 regülatörleriyle 5 ve V DC gerilime dönüştürülmüştür. Devrenin giriş ve çıkışındaki sığaçlar ise, süzgeç görevi görmektedir.
66 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) 3. Osilatör Devresinin Tanıtımı V Gnd Trg Out Rst U 555 Vcc Dis Thr Ctl 47k 40% R 47k R 47k C uf ST Frekans Kontrol ST 8 Bacagi Şekil 6. Osilatör devresi. Yukarıda görüldüğü gibi osilatör devresi NE555 entegresiyle kurulmuştur. Bu entegreyle kurulan ösilatör devresinin avantajı frekansının kontrol edilebilir olmasıdır. Bu devre adım motorların kontrol devresini tetikleyecek istenilen frekansta kare dalgalar üretir. Entegrenin 3 numaralı bacağı çıkış ucudur. Entegrenin 5 numaralı bacağı ise, kare dalganın oluşup oluşmamasını kontrol eder. Entegrenin 5 numaralı bacağını kontrol ederek, adım motorlarını durdurup çalıştırmak mümkündür. Çünkü adım motorun kontrol devresi tetiklenmezse, adım motor hareket edemeyecektir. Entegrenin çıkış ucuna verilen kare dalganın frekansı C sığacıyla ayarlanmaktadır. Frekansın arttırılıp azaltılmasıyla adım motorunun dönü hızı değiştirilebilir. Yani, adım motorlarının hızı, herbir motor kontrol devresini tetikleyen osilatörlerin çıkış sinyalinin frekansıyla belirlenir. 3.3 Adım Motor Kontrol Devresinin Tanıtımı Şekil 7 de de görüldüğü gibi adım motor kontrol devresi L97, L98N ve 74LS00 entegrelerinden oluşmaktadır. L97 motor kontrol entegresi olup, L98N ise L97 entegresinden gelen tetiklemelere göre adım motorunu sürmektedir. 74LS00 da ve değil kapı (NAND) entegresidir.motor kontrol entegresi olan L97 nin, 0 numaralı bacağı motorları durdurup çalıştırmaya, 7 numaralı bacağı motorun dönü yönünü ayarlamaya, 0 numaralı bacağı ise entegreyi resetlemeye yaramaktadır. Entegrenin 8 numaralı bacağına ise, sürücü entegreyi tetiklemesi için istenilen frekansta kare dalga verilmesi gerekmektedir. Bunun için, deneysel çalışmada ösilatör devresinin çıkışı kullanılmıştır. L97 motor kontrol entegresinin 7 numaralı bacağına 0 V (GND) uygulanırsa motor saat ibrelerinin tersi yönünde, uygulanırsa saat ibreleri yönünde hareket etmektedir. Yine aynı entegrenin 0 numaralı bacağına 0 V uygulanırsa motor durmakta, gerilim uygulanırsa motor harekete başlamaktadır. L98N sürücü entegresinin, 3, 3, 4 numaralı bacak çıkışları 4 bobinli adım motoru sürmektedir. L97 entegresinin 5 ve 8 numaralı bacakları, aynı entegrenin 8 numaralı bacağına verilen kare dalga tetiklemeyi sürücü entegreye aktarır. Ayrıca bu bacaklardan alınan bir uçla Flip-Flop devresi de tetiklenmektedir. 5 ve 8 numaralı bacak çıkışları aynı zamanda (74LS00 entegresine) ve değil kapısına velirilmektedir. Bu durumda kapı çıkışı, sürücüye gönderilen her bir tetiklemeyi içerecektir. Bu yüzden deneysel çalışmada kapı çıkışı, adım sayaçlarını tetiklemesi için kullanılmıştır. 3.4 Flip-Flop Devresinin Tanıtımı Motorların sürekli ve kesikli hareketini kontrol eden flip-flop devresi, 74LS00, 74LS90, 74LS85, 74LS76, 74LS4, 74LS08 entegrelerinden oluşmaktadır. 74LS90 entegresi, adım motorunun kaç kere tetiklendiğini ya da kaç adım
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 67 attığını 0 defa sayarak ikili sayma düzenine çevirmektedir. Her 0 saymada entegre kendini resetler. Entegre 74LS00 entegresinin çıkışı ile tetiklenmektedir. 74LS85 entegresi ise, karşılaştırma yapmaktadır. Şöyleki, istenilen sayı entegrenin 9,, 4, numaralı bacaklarına ikili sayma düzeninde yazılır ve yazılan bu ikili değerle 74LS90 entegresinin bu entegreye gönderdiği ikili bilgi ile karşılaştırır. Yazılan bilgi ile 74LS90 entegresinin gönderdiği bilgi eşitse, entegrenin 6 numaralı bacağı çıkış vermektedir. Eğer eşitlik sağlanmamışsa, 6 numaralı bacağın çıkışı 0 V (GND) olacaktır. Bu çıkış devredeki flip-flop entegresini (74LS76) tetiklemek için kullanılmaktadır. Bu da devre çıkışında istenilen değişimi sağlamaktadır. Bu değişimle, y eksenini kontrol eden adım motorun (ST) durması, x eksenini kontrol eden adım motorun tekrar çalışması sağlanmaktadır. V k V3 V 9V C 4,7uF 6 0 4 9 6 8 7 7 9 L97 5 0 8 5 4 3 R / C 470uF R / 5 7 0 6 5 9 4 3 L98N 3 4 8 D D5 D D6 D3 D7 D4 R4 W 0R R5 W 0R R6 W 0R R7 W 0R D8 Şekil 7 Adım motor kontrol devresi 4 7400 3 7 7400 bacagi 7400 bacagi 555 3 bacagi 7400 çikisi ST 7 ST 0 Şekil 7. Adım motor kontrol devresi. 3.4 Flip-Flop Devresinin Tanıtımı Motorların sürekli ve kesikli hareketini kontrol eden flip-flop devresi, 74LS00, 74LS90, 74LS85, 74LS76, 74LS4, 74LS08 entegrelerinden oluşmaktadır. 74LS90 entegresi, adım motorunun kaç kere tetiklendiğini ya da kaç adım attığını 0 defa sayarak ikili sayma düzenine çevirmektedir. Her 0 saymada entegre kendini resetler. Entegre 74LS00 entegresinin çıkışı ile tetiklenmektedir. 74LS85 entegresi ise, karşılaştırma yapmaktadır. Şöyleki, istenilen sayı entegrenin 9,, 4, numaralı bacaklarına ikili sayma düzeninde yazılır ve yazılan bu ikili değerle 74LS90 entegresinin bu entegreye gönderdiği ikili bilgi ile karşılaştırır. Yazılan bilgi ile 74LS90 entegresinin gönderdiği bilgi eşitse, entegrenin 6 numaralı bacağı çıkış vermektedir. Eğer eşitlik sağlanmamışsa, 6 numaralı bacağın
68 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) çıkışı 0 V (GND) olacaktır. Bu çıkış devredeki flip-flop entegresini (74LS76) tetiklemek için kullanılmaktadır. Bu da devre çıkışında istenilen değişimi sağlamaktadır. Bu değişimle, y eksenini kontrol eden adım motorun (ST) durması, x eksenini kontrol eden adım motorun tekrar çalışması sağlanmaktadır. Flip-flop entegresinin çıkışını değiştiren diğer devre elemanları ise, x ekseni boyunca hareketin uzunluğunu sınırlayan optik gözlerdir. Devrede bunlar, optik göz ve optik göz olarak gösterilmektedir. Sistem x eksenindeki sınırlayıcı optik gözlerden birinin ışığını kestiğinde, flip-flop entegresi bir daha tetiklenir ve bu durumda y eksenini kontrol eden adım motor (ST) çalışmaya başlar, x eksenini kontrol eden adım motoru (ST) ise durur. V R 0k Q ST 5 ba. ST 8 ba. R4 0k R7 0k S S 74LS00 74LS90 74LS85 R6 0k R5 0k S3 S4 R 74LS76 74LS4 74LS08 S5 ST 555'in 5 Bacagina ST ileri/geri D Sayaçlarin 0 B R9 D R0,5k D3 ST E/D Optik Göz Q D4 Optik Göz R8 D C uf C uf R 00 00 Q3 R,5k D5 D6 R4,5k R5,5k S6 S7 Şekil 8. Flip-Flop devresi.
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 69 Yukarıda da belirtildiği gibi flip flop devresinin kullanım amacı, x,y,z eksenlerini kontrol eden adım motorların kordineli çalışmasını sağlamaktır. Bu kordineli çalışmayı da, devre çıkışını değiştiren karşılaştırıcı (compratör) ve eksenlerdeki hareketi sınırlayan optik gözlerin, flip-flop entegresini sırayla tetikleyerek çıkışı istenilen yönde değiştirmesiyle sağlanmaktadır. Flip flop devresinin üç çıkış ucu vardır. Bunların birincisi, x ekseninde hareketi sağlayan motorun (ST) osilatörünü kontrol etmektedir. İkincisi ise, yine x ekseninde hareketi sağlayan motorun dönü yönünü ve adım sayaçlarının sayma yönünü belirlemektedir. Sonuncusu da y ekseninde hareketi sağlayan motorun çalışıp çalışmamasını ayarlamaktadır. Şekil 8 de motorların sürekli ve kesikli hareketini kontrol eden flip-flop devresinin blok diyagramı gösterilmektedir. 3.5 Sistemi Başa Çekme Devresinin Tanıtımı R,5k V Optik Göz Sari Mavi 00 Q R R6,5k 3 4 5 6 7 744 D 4 S5 7 0 ST S8 S9 Optik Göz Sari Mavi R7 00 Q R5 R4,5k D D3 S6 S6 7 ST 0 7 0 ST3 S0 R9,5k Optik Göz Sari Mavi R8 00 Q3 R0 Şekil 9. Başa çekme devresi. Sistemin başa ya da başlangıç noktasına gelip gelmediğini, her eksende motorların harekete ilk başladığı yere yerleştirilmiş optik gözler belirlemektedir. Optik gözlerin ışıkları açık olduğu durumda her ekseni kontrol eden motorlar çalışır pozisyonda olacaktır. Sistem her eksende başlangıç noktasına geldiğinde optik gözlerin ışıkları kapalı duruma gelecek ve adım motorlar bu sayede duracaktır.
70 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) Şekil 9 da sağ bölümünde gösterilen kutular, sırasıyla.,., 3. adım motorlarının kontrol entegrelerini (L97) simgelemektedir. 3.6 Sistemin x Yönündeki Hareketini Sağlayan Adım Motorun Kesikli Kareketini Kontrol Eden Devrenin Tanıtımı V R 0k Q.Motorun L97 'nin 5 bacagi R4 0k S L97 'nin 8 bacagi.motorun 74LS00 74LS90 74LS85 R7 0k R6 0k S S3 R5 0k S4 R,5k STEPPER M.'in 0 bacagina V 9V R4 0k 40% C uf D NE 555 00k 00k 0k R Q3,5k C3 uf C4 50uF C 00nF Şekil 0. Kesikli hareketi sağlayan devre. Bu devre ile x ekseninde hareketi sağlayan adım motorunun istenilen adım miktarı kadar hareket edip, belirli bir süre bekledikten sonra tekrar istenilen adım kadar hareket etmesi sağlanmaktadır. Devre, x eksenini kontrol eden adım motorunun L97 entegresinin 5 ve 8 bacak çıkışlarıyla tetiklenmektedir. Devrede iki bacaktan gelen tetiklemeleri işlevselliği ile tek bir kanala aktaran 74LS00 entegresinin çıkışı, 0 kadar sayabilen ve ikili düzene çeviren 74LS90 entegresine verilmektedir. İkili düzene çevrilen tetikleme sayısı ile 74LS85 entegresine daha önce entegreye yazılan adım sayısı miktarı aynı entegre tarafından kontrol edilir. İki değer eşit olursa, entegrenin 6 numaralı bacağının çıkışı 5 V olmaktadır. Eşitlik sayesinde oluşan bacaktaki ani değişim türev devresiyle bir pals
V R R R0 R4 R9 R8 R0 R9 R8 R7 R R6 R5 R7 R6 R5 R4 R8 R R R4 R5 R R6 R7 Gnd a b c d e f g. DISP3 Gnd a b c d e f g. DISP Gnd a b c d e f g. DISP4 Gnd a b c d e f g. DISP Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 7 haline dönüştürülmüştür. Oluşan bu pals NE555 entegresiyle kurulmuş zamanlayıcı devresine verilmiştir. Entegrenin çıkışı, palsın etkisiyle x ekseninde hareketi sağlayan motoru belirli bir süre durdurmaktadır. Burada motorun durma süresi R4 direnciyle ayarlanabilmektedir. 3.7 Sistemi Durdurma Devresinin Tanıtımı R,5k V Optik Göz Sari Mavi 00 Q R 3 4 5 7476 6 5 4 3 Q 744 4 7 ST E/D (0 Bac.) Şekil. Sistemi durdurma devresi. Şekil de de görüldüğü gibi, devre 74LS76 ve 74LS4 entegrelerinden oluşmaktadır. Yine tetikleyici olarak optik gözden yaralanılmıştır. X ekseni üzerinde istenilen yere yerleştirilen optik gözün ışığı açıkken, devre çıkışı x-eksenini kontrol eden motorun çalışmasını sağlamaktadır. Optik göz ışığın kapalı duruma gelmesiyle, flip- flop entegresi tetiklenerek, 4 numaralı bacak çıkışı motoru durduracak yönde değişmektedir. x-eksenindeki motor hareketli iken zaten durgun halde olan diğer motorların yanısıra bu motorunda durması sistemin durmasını sağlamaktadır. 3.8 Dijital Sayaç Devresinin Tanıtımı Flip-Flop Q Çikisi 7400 Clock 409 45 5 5 5 5 36789 36789 36789 36789 409 45 409 45 409 45 Şekil. Sayaç devresi. Devre şemasından da görüldüğü gibi sayaç devresi, 409, 45 ve ortak katotlu görüntüleme elemanlarından oluşmaktadır. 409 entegresi, motor kontrol entegresinden (L97) gelen her tetiklemeyi 0 luk bölümler halinde saymaktadır. Sayılan değer de 45 sürücü entegresiyle görüntüleme elemanına aktarılır. 409 entegresinin 5 numaralı bacağı tetiklemenin uygulandığı yerdir. Bu entegrenin her 0 sayması sonunda, entegrenin 7 numaralı bacağında bir tetikleme oluşmaktadır. Bu da diğer 409 entegresini tetiklemektedir. 409 entegresi her 0 saymada
7 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) kendini resetlemektedir. Saymanın ileri mi yoksa geri yönde mi olacağını flip-flop devresinden gelen uç belirlemektedir. 409 entegresinin 0 numaralı bacağı saymanın yönünü kontrol etmekte kullanılmaktadır. 3.9 Adım Motorlarının Gitmesi İstenilen Adım Sayılarının Ayarlanması Sistemin x, y, z eksenini kontrol eden adım motorlarının gideyeği adım sayısının, sistemi harekete geçirmeden önce belirlenmesi gerekmektedir. Flip-flop devresinin bir parçası da olan, adım sayısının belirlendiği devre şeması Şekil3 de verilmektedir. V L97 nin 5 Bacagi L97 nin 8 bacagi 3 7 7400 4 V 5 V Bos Bos Bos 3 4 5 6 7 R4 0k 7490 4 7485 Bos 3 Bos 3 Bos 4 0 5 A=B 6 9 7 8 Bos 8 6 5 4 3 0 9 R7 0k R6 0k R5 0k R 0k R Q B0 B B B3 Şekil 3. Adım sayısının belirlendiği devre. Şekil 3 de de görüldüğü gibi adım sayısının belirlendiği devrede 74LS00, 7490 ve 7485 entegreleri yeralmaktadır. Adım motor kontrol entegresinin 5, 8 numaralı bacaklarından gelen (L97) her bir tetikleme, 74LS00 entegresinin 3 numaralı bacak çıkışına verilmektedir. 74LS00 entegresinin adım motora gönderilen herbir tetiklemeyi içeren 3 numaralı bacak çıkışıda bir yükselticiden sonra 7490 entegresine verilmektedir. 7490 entegresi de gelen herbir tetiklemeyi saymakta ve ikili sayma düzenine çevirmektedir. Her 0 saymada entegre kendini resetlemektedir. İkili düzende yazılmış tetikleme sayısı, 7485 karşılaştırıcı (compratör) entegresinin A0, A, A, A3 bacaklarına verilmektedir. İstenilen adım sayısı entegrenin B0, B, B, B3 bacaklarına ikili sayma düzeninde 0 dan 0 a kadar yazılmaktadır. 7485 entegresi de A ve B kodlu bu bacakların eşit olup olmadığını kontrol etmektedir. Eşitlik sağlanınca entegrenin 6 numaralı bacağının gerilimi, 0 dan gerilime yükselmektedir. Bu değişim, kesikli ve sürekli hareket devrelerinde adım motorun hareketini kontrol eden tetikleyici olarak kullanılmaktadır. Adım sayısına göre, 7485 entegresinin B0, B, B, B3 bacaklarına verilmesi gereken gerilimler Tablo de gösterilmektedir. Tablo. Adım sayısına göre B0, B, B, B3 ün alacağı değerler. Adım Sayısı B0 ( 0 ) B ( ) B ( ) B3 ( 3 ) 5 V T T T 4 5 V 5 V T T 6 5 V T 5 V T 8 5 V 5 V 5 V T
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 73 Tablo deki T harfi toprak ya da 0 V gerilimi temsil etmektedir. Her ekseni kontrol eden adım motorlar için belirlenen adım sayısı miktarları ayrıca adım sayaçları bölümünde görüntülenmektedir. Belirlenen adım sayısını görüntülemek için, 7 segmentli ortak katotlu minyatür görüntüleyici kullanılmıştır. Şekil 4 de ortak katotlu minyatür görüntüleyicinin önden görünüşü gösterilmektedir. Gnd g f e d e f d g a b a b c c Gnd Şekil 4. Ortak katotlu minyatür görüntüleyici. İstenilen adım sayısının görüntülenmesi için, ortak katotlu minyatür görüntüleyicinin hangi segmentlerinin yanması gerektiği belirlenmiştir. Belirlenen segmentlerin yanması için de görüntüleyicinin bacaklarına uygulanması gereken gerilimler Tablo de verilmektedir. Tablo. Adım sayısına göre, görüntüleyinin bacaklarına uygulanması gereken gerilimler. Görüntüleyicinin Bacak Numaraları Adım Sayısı 3 4 5 6 7 8 9 0 T - Boş Boş - 4 - - T Boş - Boş 6 T Boş - - Boş 8 T Boş Boş Bu çalışmada yukarıda işlevleri açıklanan devreler önceden bord üzerinde tasarlanmış ve işlevsellikleri test edilmiştir. Daha sonra bu devrelerin elektronik kartlarının bilgisayarda çizimi yapılmıştır. Yapılan çizimlere göre elektronik kartların basımı yapılmış ve elektronik elemanları monte edilmiştir. Bir sonraki aşamada da bu elektronik kartların bir ünite içinde birbiriyle olan bağlantıları yapılmıştır. Bu elektronik ünite sayesinde, sistem 4 faklı hareketi yapabilmektedir. Bunlar, a. Başa Çekme Hareketi Tarayıcı sistemin başa çekme hareketi sırasında herbir ekseni kontrol eden adım motorları, algılayıcının üzerinde bulunduğu platformu başlangıç noktasına getirecek yönde dönmeye başlarlar. Her ekseninin başlangıç noktasında optik gözler yer almaktadır. Tarayıcı sistemi kontrol eden adım motorların durmasını bu optik gözler sağlamaktadır. Bu harekette adım motorlar birbirinden bağımsız çalışırlar. Tarayıcı sistem x ekseninde başlangıç noktasına geldiğinde x eksenini kontrol eden adım motoru optik göz sayesinde durur. Fakat bu sırada y ve z ekseninde başlangıç noktasına gelinmemiş olabilir. Bu durumda y ve z eksenini kotrol eden motorları, eksenlerde başlangıç noktasına gelene kadar çalışmasına devam ederler.
74 M. Göktepe, Y. Ege / Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi (-) 6-75 (006) b. Sürekli Hareket Sistemin sürekli hareketinde x eksenini kontrol eden adım motoru eksene yerleştirilmiş sınırlayıcı optik gözler arasında sürekli çalışmaktadır. Sistem sınırlayıcı optik gözün ışığını kestiğinde x eksenini kontrol eden motoru durmakta, y eksenini kontrol eden motor çalışmaktadır. Bu adım motoru istenilen adım kadar hareket ettikten sonra durmakta ve x ekseninde hareketi sağlayan adım motor geri dönü yönünde çalışmaya başlamaktadır. x-y düzleminde tarama işleminin bittiğini, y eksenine yerleştirilmiş sınırlayıcı optik gözler belirlemektedir. Sistem hem x hem de y eksenindeki sınırlayıcı optik gözlerin ışığını kestiyse, bu durumda z eksenini kontrol eden adım motoru çalışmaya başlayacaktır. z eksenini kontrol eden adım motoru daha önceden belirlenen adım sayısı kadar hareket ettikten sonra duracak, y eksenini kontrol eden adım motoru belirlenen adım kadar geri yönde hareket edecektir. Daha sonra x eksenini kontrol eden motoru çalışmaya başlayacaktır. Sistem y eksenindeki diğer sınırlayıcı optik gözün ışığını kesene kadar, y eksenini kontrol eden adım motoru geri yönde hareket edecektir. Bu hareketler dizisi, x eksenine yerleştirilmiş ve sistemin durmasını sağlayan optik gözün ışığının, sistem tarafından kesilmesine kadar devam etmektedir. c. Kesikli Hareket Sistemin kesikli hareketinde x eksenini kontrol eden adım motoru eksene yerleştirilmiş sınırlayıcı optik gözler arasında istenilen adım miktarı kadar gidip orada bir süre bekledikten sonra tekrar istenilen adım kadar gitmesi süretiyle kesikli olarak çalışmaktadır. Sistem sınırlayıcı optik gözün ışığını kestiğinde x eksenini kontrol eden motoru durmakta, y eksenini kontrol eden motoru çalışmaktadır. Bu adım motor istenilen adım kadar hareket ettikten sonra durmakta ve x ekseninde hareketi sağlayan motor ise geri dönü yönünde çalışmaya başlamaktadır. X- Y düzleminde tarama işleminin bittiğini, y eksenine yerleştirilmiş sınırlayıcı optik gözler belirlemektedir. Sistem hem x hem de y eksenindeki sınırlayıcı optik gözlerin ışığını kestiyse, bu durumda z eksenini kontrol eden adım motoru çalışmaya başlayacaktır. Z eksenini kontrol eden adım motoru daha önceden belirlenen adım sayısı kadar hareket ettikten sonra duracak, y eksenini kontrol eden adım motoru belirlenen adım kadar geri yönde hareket edecektir. Daha sonra x eksenini kontrol eden motoru çalışmaya başlayacaktır. Sistem y eksenindeki diğer sınırlayıcı optik gözün ışığını kesene kadar, y eksenini kontrol eden adım motor geri yönde hareket edecektir. Bu hareketler dizisi, x eksenine yerleştirilmiş ve sistemin durmasını sağlayan optik gözün ışığının, sistem tarafından kesilmesine kadar devam etmektedir. d. Sistemin Eksenlerdeki Bağımsız Hareketi Sistemin eksenlerdeki bağımsız hareketinde, adım motorlarının birbirinden bağımsız çalıştırılması sağlanmıştır. Harekette, istenilen motoru istenilen yönde çalıştırılabilmektedir. Çalıştırılan motorun gitmiş olduğu adım miktarıda adım sayaçları tarafından görüntülenmektedir. KAYNAKLAR. Ekinci, Ş., Tahribatsız Test : Ultrasonik - Seviye I, Ç.N.A.E.M. Endüstriyel Uygulama Notları, İstanbul, 990. Cartz, L., Nondestructive Testing : Radiography, Ultrasonic, Liquid Penetrant, Magnetic Particle,Eddy Current, ASM Intl, 988, ISBN: 08770576 3. Silk M. G., Ultrasonic Transducers for Nondestructive Testing, Adem Hilger Ltd., Bristol, 984. 4. Hagemaier, D.J., Fundamentals of Eddy Current Testing, ASNT, 9, 990, ISBN 0-93403-90-5. Bubenik, TA., Nesdroth, J.B., Eiber, RJ., Saffell, B.F., Magnetic flux leakage (MFL) technology for natural gas pipeline inspection., NDT & E International, Volume 3, Issue 5, 379, 998. 6. Crouch, A.E., Beissner, R.E., Burkhardt, G.L, Creek, E.A., Grant, T.S., Magnetic flux leakage inspection of gas pipelines., NDT & E International, Volume 30, Issue, 3, 997. 7. Katragadda, G., Lord, W., Sun, Y.S., Udpa, S., Udpa, L., Alternative magnetic flux leakage modalities for pipeline inspection, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 3, No. 3, 58 584, 996, 8. Altschuler, E., Pignotti, A., Nonlinear model of flaw detection in steel pipes by magnetic flux leakage, NDT & E International, Vol. 8, Issue, 35-40, 995. 9. Porter, P.C., Use of magnetic flux leakage (MFL) for the inspection of pipelines and storage tanks, NDT & E International, Vol. 30, Issue, 33, 997.
Optik Göz Sınırlayıcılarla Adım Motor Kontrolü 75 0. Göktepe, M., Ege, Y., Bayri, N. and Atalay, S., Non-destructive crack detection using GMI sensor, Phys. Stat. Sol., No:, 3436-3439, Almanya,004.. Paulsen, J.A., Jiles, D.C., A magnetic imaging system for evaluation of material onditions using magnetoresistive devices, IEEE Transactions on magnetics, Vol. 39, No. 5, 003.. Park, G.S., Park, E.S., İmprovement of the sensor system in magnetic flux leakage-type nondestructive testing, IEEE Transactions on magnetics, Vol.38, No., 00. 3. Gotoh, Y., and Takahashi, N., Study on problems in dedecting plural cracks by alternating flux leakage testing using 3-D nonlinear eddy current analysis, IEEE Transactions on magnetics, Vol. 39, No. 3, 003. 4. Chady, T., Ekokizono, M., Todaka, T., Tsuchida, Y. And Sikora, R., A family of matrix type sensor for dedection of slight flaws in conducting plates, IEEE Transactions on magnetics, Vol. 35, No. 5, 999. 5. Oka, M. and Enokizono, M., A detection of backside crack using rotational magnetic flux sensor with search coils, IEEE Transactions on magnetics, Vol. 3, No. 5, 996. 6. Oka, M. and Enokizono, M., Evaluation of a reverse-side defect on stainless steel plates by the residual magnetic field method, IEEE Transactions on magnetics, Vol. 36, No. 5, 000. 7. Üstüner, A., İmalat Tekniğinden Kaynaklanan Hatalar, Ankara, 98 8. Prokhorenko, P., Migoun, N., Introduction in Theory of Penetrant Testing, Minsk: Science & Technology, Russian, 988. 9. Beattie, A.G., Acoustic Emission, Principles and instrumentation, Journal of Acoustic Emission, 983.