傳感器技術在模塊化生產加工系統中的應用

黑龍江 胡江川

傳感器技術在模塊化生產加工系統中的應用

黑龍江 胡江川

傳感器是一種檢測裝置，將感受到被測量的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的應用領域涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、通信電子產品、消費電子產品和專用設備等方面。

模塊化生產加工系統是德國FESTO公司生產的教學設備，體現了機電一體化技術的實際應用。該設備是一套開放式的設備，用戶可根據自己的需要選擇設備組成單元的數量和類型。由多個單元組成的系統可以體現出自動生產線的控制特點。傳感器一般處于研究對象或檢測控制系統的最前端，是感知、獲取與檢測信息的窗口，是自動化系統不可缺少的組成部分，是實現自動控制的主要環節。

模塊化生產加工系統中主要用到了光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器和磁感應式傳感器等四類傳感器。

一、光電式傳感器

光電傳感器是把光信號轉變為電信號，不僅可測光的各種參量，還可把其他非電量變換為光信號以實現檢測與控制，又稱為光敏傳感器，或光電探測器。光電傳感器具有無損傷、不接觸測量元件、靈敏度高、精度高、測量范圍廣、響應速度快、體積小、重量輕、壽命長、可靠等特點。

1.對射式光電傳感器

對射式光電傳感器的光發射器和光接收器處于相對位置，面對面安裝。光纖（探頭）共有兩根，一根用于導出光線，一根用于導入光線，其作用只是傳導光。若有物體通過光路，發射器和接收器之間的光線被阻斷，引起傳感器輸出信號的變化。因此，對射式光電傳感器是檢測不透明物體最可靠的檢測模式。如安裝在模塊化加工系統供料單元送料模塊料倉中的對射式光電傳感器，就用于檢測料倉中有無工件。

2.反射式光電傳感器

反射式光電傳感器的發射端和接收端是做在一起的，在工業生產中用的最多的是漫反射式和鏡反射式光電傳感器。

（1）漫反射式光電傳感器

漫反射式光電傳感器集發射器和接收器于一體，二者處于同一側位置，利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作。由于沒有反光板，正常情況光反射器發射的光，接收器是無法接收到的，只有當被檢測物經過時，將光發射器發射的光部分反射回來，使光接收器得到光信號，傳感器才產生輸出信號。對于表面光亮或其反射率極高的被檢測物體，漫反射式光電傳感器是首選的檢測模式。

（2）鏡反射式光電傳感器

鏡反射式光電傳感器也是集發射器和接收器于一體，二者處于同一側位置，在其相對位置安置一個反光鏡。利用光反射鏡，發射器發出的光線經過反射回到光接收器。在光的傳輸路上如果沒有被檢測物體，則接收器可以接收到發射器發出的光線。如果在光的傳輸路上有被檢測物體，則接收器接收不到光線，引起傳感器輸出信號的變化。在檢測單元中，鏡反射式光電傳感器作為安全檢測之用。

二、電感式傳感器

電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數的變化來實現非電量電測的一種裝置，能對位移、壓力、振動、應變、流量等參數進行測量。它具有結構簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強及測量精度高等一系列優點，因此在機電控制系統中得到廣泛的應用。電感接近式傳感器屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，又稱為電感式接近開關。這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬物體。在加工單元，電感式接近開關用于旋轉工作臺的定位，驅動工作臺旋轉。

三、電容式傳感器

電容式傳感器是以各種類型的電容作為敏感元件，將被測物理量的變化轉換為電容量的變化，再由轉換電路（測量電路）轉換為電壓、電流或頻率，以達到檢測的目的。因此，凡是能引起電容量變化的有關非電量，均可用電容式傳感器進行電測變換。電容式接近開關亦屬于一種具有開關量輸出的電容傳感器，其檢測物體既可以是金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。當檢測物體是非金屬時，檢測距離要減小。在檢測單元中，電容式傳感器和漫反射式光電傳感器配合使用用于識別工件的顏色和材質。

四、磁感應式傳感器

磁感應式傳感器是一種將磁信號轉換為電信號的器件或裝置，具有體積小、慣性大、動作快等優點。磁感應傳感器用永久磁鐵驅動時，多作檢測之用，如作為限位開關使用，取代靠碰撞接觸的行程開關，可提高系統的可靠性和使用壽命，在PLC控制器中常用作位置控制的通訊信號。磁感應傳感器只能檢測磁性介質，檢測范圍與磁場強度有關。在操作手單元中，在磁性無桿氣缸的兩端分別安裝有磁感應傳感器，以檢測操作手運行位置。

下面以模塊化生產加工系統中的成品分裝單元為例，分析傳感器技術在模塊化加工系統中的應用。

成品分裝單元的作用是對加工后的工件按照材質和顏色進行分揀，將它們分別放置在3個不同的滑槽上。該單元由工料檢測模塊、傳送模塊組成。

工料檢測模塊：工料檢測模塊用于識別工件的材質和顏色。該模塊由漫反射式光電傳感器、電感式傳感器及光電傳感器和阻擋氣缸組成。漫反射式傳感器位于傳送帶的起始位置，當工件被放置在傳送帶的起始位置時，首先受到漫反射式傳感器的檢測。此時，傳感器的光線被遮擋后返回，就輸出信號“1”。所以，漫反射式傳感器用于檢測傳送帶有無工件傳送。電感式傳感器和光電傳感器用于檢測工件的顏色和材質。電感式傳感器在有金屬物質接近時就動作，輸出信號“1”；光電傳感器對于接近它的物體反射回的光線達到一定程度時發生動作，可以用于識別非黑色物體。所以，這3個傳感器單獨使用時，無法達到檢測的目的；當它們聯合檢測工件時，就可以實現工件和材質的識別。表1為傳感器檢測信號的真值表。

表1 傳感器檢測信號真值表

傳送模塊：傳送模塊實現對工件的分揀，主要由傳送帶模塊、導向模塊和滑槽模塊組成。導向模塊的作用是將被識別出顏色和材質的工件，按照需要導入相應滑槽。該模塊中的導向氣缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應式接近開關，用于標識氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸的活塞桿運動到端部時，端部的磁感應式接近開關就動作并發出信號。在PLC自動控制中，可以利用該信號判斷導向氣缸的運動狀態或所處的位置，從而間接判斷氣動撥叉是否轉動到所要求的位置，把3種不同顏色和材質的工件分別送入相應的滑槽中。在傳感器上設置有LED以顯示傳感器的信號狀態，供調試時使用。傳感器動作時，輸出信號“1”，LED燈亮；傳感器不動作時，輸出信號“0”，LED不亮。傳感器的安裝位置是根據要求來調整的。滑槽模塊由三根滑槽和一個鏡反射式光電傳感器組成。鏡反射式光電傳感器用于判斷傳送帶上的工件是否滑入滑槽，只要任一滑槽中有工件滑入，就會阻擋光線從發射端到達接收端，傳感器輸出信號就要復位，用此信號控制傳送帶停止工作。

（作者單位：哈爾濱職業技術學院）

（編輯 劉麗娜）