超聲波開關的應用

■濟南二機床集團有限公司 （山東 250022） 王紅娜 趙樹濤 崔曉艷

超聲波開關的應用

■濟南二機床集團有限公司 （山東 250022） 王紅娜 趙樹濤 崔曉艷

摘要：本文介紹了通過超聲波開關實現限位開關的例子，為一種全新的嘗試應用，解決了因機械安裝位置限制無法安裝普通限位開關的難題，并介紹了所選用超聲波開關的技術特點及應用方法。

XK2720x50數控定梁雙龍門移動鏜銑加工中心屬于濟南二機床集團有限公司所簽訂的第一臺雙龍門機床，因每個龍門都有在X軸全行程范圍內加工的要求，兩龍門相撞的可能性非常大。為解決此問題，已經將兩套數控系統通過PROFIBUS-DP進行通信，實現了軟件限位，根據國家標準和協議要求，可靠的硬件限位開關也是必不可少的。因機械安裝位置所限，無法用普通接觸開關實現此功能，所以選用了無接觸式的超聲波開關，防止兩套龍門相撞。

1. 選型

根據我們機床的使用要求，美國邦納、日本歐姆龍和德國倍加福三家所生產的超聲波開關均能滿足要求。但通過尋價比對，德國倍加福公司生產的超聲波開關性價比最高，最終確定選用德國倍加福公司型號為UB6000—30GM—E4—V15的超聲波開關（見圖1、表1和表2）。

2. 設置開關點

傳感器有一個開關量輸出，對應的兩個開關點可以用Teachin輸入端進行設置：Teach-in與 -UB連接設置A1點；Teach-in與+UB連接設置A2點（設置過程中連接時間至少1s）設置過程中，指示燈指示是否檢測到目標。

3. 設置輸出方式

圖1　倍加福超聲波開關

可選擇下列5種輸出方式：

（1）窗口模式，常開。將目標放在近開關點，連接Teach-in與

-UB設置A1點；將目標放在遠開關點，連接Teach-in與+UB設置A2點（見圖2）。

表1　UB6000—30GM—E4—V15超聲波開關的主要技術參數

表2　超聲波開關指示燈顯示

圖2

（2）窗口模式，常閉。將目標放在近開關點，連接Teach-in與+UB設置A2點；將目標放在遠開關點，連接Teach-in與-UB設置A1點（見圖3）。

圖3

（3）開關模式，常開。將目標放在所需的開關點上，連接Teach-in與+UB設置A2點；用手遮住傳感器或移開檢測范圍內的所有物體，連接Teach-in與-UB設置A1點（見圖4）。

圖4

（4）開關模式，常閉。將目標放在所需的開關點上，連接Teach-in與-UB設置A1點；用手遮住傳感器或移開檢測范圍內的所有物體，連接Teach-in與+UB設置A2點（見圖5）。

圖5

（5）檢測物體是否存在。用手遮住傳感器或移開檢測范圍內的所有物體，連接Teach-in與-UB設置A1點；連接Teach-in與+UB設置A2點。發現物體：開關閉合；未發現物體：開關斷開。

4. 響應特性曲線

檢測距離與檢測范圍響應特性曲線（見圖6）。

圖6　響應特性曲線

根據雙龍門機床的使用要求，本機床將超聲波開關設定為窗口模式，常閉點輸出，軟件限位開關設定兩龍門間隔為2m，將硬件（超聲波）限位開關的發訊范圍設定為1.8～2.0m；當兩龍門之間距離在1.8～2.0m時，數控系統發出報警510004，即“X軸到達龍門硬件限位開關位置，I39.7=1正常 (DB2.DBX0.4)”，機床所有軸同時停止運動，X軸只能在手動狀態下向相反方向開動。因很難保證兩超聲波開關同時發信號，一方開關有動作，通過兩數控系統的PROFIBUS通信，將此開關狀態傳到另一數控系統，同時報警，兩龍門同時停止運動。通過此設置能保證兩個開關一個有動作即可讓兩個框架同時停止運動。

在檢驗超聲波開關的響應速度時，X軸高速運行，發現軸有過沖現象。這是因為開關有一定的響應時間，數控系統報警后，機床會立即停止，機床兩龍門中間還有2m多的安全距離，最大12mm的過沖不會使機床相撞，所以超聲波開關可以安全可靠地起到硬限位的作用。

5.　結語

通過以上設置，雙龍門機床可解決X軸的防撞問題，滿足技術協議所提出的在兩個龍門之間設置硬限位的要求，超聲波開關的成功應用，為今后雙龍門機床的防撞問題打下了堅實的基礎。此類開關第一次在數控機床上應用，開拓了我們的設計思路，節省了安裝空間和機械部件，使機床更加美觀可靠。

參考文獻：

[1] 倍加福公司. 超聲波傳感器技術資料[E].德國：倍加福公司，2000.

收稿日期：（20150520）