傳感器在機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)設(shè)備中的應(yīng)用

賀占紅

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

文章分析機(jī)電一體化自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備功能需求的基礎(chǔ)上，依據(jù)傳感器功能特點(diǎn)，進(jìn)行合理的選用，以達(dá)到實(shí)訓(xùn)設(shè)備的功能需求。主要從以下幾個(gè)方面分析概括。

1 各類氣缸活塞位置檢測功能需求

基于YL-335B、FESTO 等實(shí)訓(xùn)設(shè)備的研究，檢測各類氣缸位置主要用磁感應(yīng)傳感器，它是一種非接觸式位置檢測開關(guān)，對被測器件不產(chǎn)生損傷，響應(yīng)速度比較快，由兩個(gè)磁感應(yīng)傳感器來檢測氣缸伸出和縮回到位的位置。

工作原理，磁感應(yīng)傳感器顧名思義檢測磁性物質(zhì)，當(dāng)有磁性物質(zhì)接近磁感應(yīng)傳感器達(dá)到檢出距離時(shí)，傳感器迅速反應(yīng)并輸出信號(hào)。磁感應(yīng)傳感器對安裝要求比較高，如傳感器的尺寸位置、安裝方式、布線工藝以及周圍工作環(huán)境等因素對傳感器的工作影響。在生產(chǎn)線應(yīng)用中，氣缸缸筒外面的兩端位置，各安裝一個(gè)磁感應(yīng)傳感器，用這兩個(gè)傳感器，分別標(biāo)識(shí)出氣缸動(dòng)作的兩個(gè)極限位置如圖1 所示。接線如圖2 所示，棕色線接PLC 的輸入端，藍(lán)色線接公共端，當(dāng)附近有磁場的時(shí)候，舌簧開關(guān)吸附使電源接通二極管發(fā)光，判斷附近有磁場。

圖1 氣缸與磁性開關(guān)

圖2 磁性開關(guān)內(nèi)部接線圖

2 工件是否存在及其顏色判別檢測的需要

可以用光電接近開關(guān)，利用物體對光的反射程度進(jìn)行檢測。

工作原理，光電接近開關(guān)從字面上理解就是有光產(chǎn)生電信號(hào)，故在無粉塵污染環(huán)境條件比較好的場合下使用。光電檢測對被測對象的影響幾乎可以忽略，因此，被廣泛的使用在各類生產(chǎn)線上，如自動(dòng)供料單元中料倉工件的檢測、物料臺(tái)上工件的檢測、加工站中物料臺(tái)有無物料以及自動(dòng)分揀系統(tǒng)中對工件顏色的識(shí)別等都可以利用光電接近開關(guān)來完成。

以自動(dòng)供料單元中料倉工件的檢測為例，料倉外側(cè)裝設(shè)有兩個(gè)光電開關(guān)如圖3 所示，通過兩個(gè)光電開關(guān)信號(hào)分別用于缺料和供料不足檢測。在該單元中采用細(xì)小光束放大器內(nèi)置型漫反射式光電開關(guān)，其外形和調(diào)節(jié)方法略。

圖3 料倉工件檢測

常用的光電開關(guān)有3 種：漫反射式光電開關(guān)集發(fā)射器和接收器于一體，首選用來檢測表面光亮或其反光率極高的物體；對射式光電開關(guān)，結(jié)構(gòu)上發(fā)射器和接收器相互分離且光軸相對放置，用于檢測不透明物體最可靠；鏡反射式光電開關(guān)也是一體式，它利用紅外線能檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化，只要能反射光線的物體（不局限于金屬）均可檢測。

光纖傳感器也是光電開關(guān)的一種，它由相互分離的光纖檢測頭和光纖放大器兩部分組成，光纖檢測頭的尾端分成兩條光纖，使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖口。

光纖傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)，可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠(yuǎn)，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，此外，安裝空間受限時(shí)小巧的光纖頭能輕松勝任，再者光纖傳感器放大器的調(diào)節(jié)范圍廣、靈敏度高，可以檢測到不同強(qiáng)度的反射光。基于以上傳感器的特點(diǎn)，光電開關(guān)可以用來判斷有無物料，光纖傳感器可以根據(jù)物體反光的強(qiáng)度判斷物體的顏色。

3 工件材質(zhì)檢測的需要

生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品外殼主要分為金屬和非金屬，如果需要把工件按材質(zhì)分類，就可以通過電感式接近開關(guān)來進(jìn)行區(qū)分。

電感式接近開關(guān)是檢測金屬材質(zhì)工件的。有種電感式接近開關(guān)由高頻振蕩器和放大處理電路組成，是利用電渦流效應(yīng)制成的有開關(guān)量輸出的位置傳感器，這種接近開關(guān)廣泛應(yīng)用在各種機(jī)電一體化國賽、世賽設(shè)備上，用于檢測工件是否為金屬材質(zhì)如亞龍、棟梁、三向、FESTO 等機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)設(shè)備。電感式接近開關(guān)在安裝與選用中，對距離要求比較高，必須安裝到位，才能保證生產(chǎn)線上的傳感器的動(dòng)作可靠。

電感式接近開關(guān)機(jī)械位置的安裝，將開關(guān)安裝上，但是注意先不要固定，在調(diào)試好后進(jìn)行固定。其次，檢查確認(rèn)電感式接近開關(guān)的接線方式，將電感式接近開關(guān)的三根線正確接到端子排上。一共有三根引出線，棕色線接到端子排的24V 電源端，藍(lán)色接到0V 接地端，黑色線接到信號(hào)端。在電感式接近開關(guān)通電狀態(tài)下，把金屬工件放到電感式接近開關(guān)的有效工作范圍內(nèi)，觀察電感式接近開關(guān)的指示燈是否發(fā)光，如果發(fā)光代表檢測到金屬物體，同時(shí)再把傳感器的機(jī)械位置固定。只要用到金屬材料來確定檢測位置的，就可以使用電感式接近開關(guān)。

第四、速度與位置角度檢測的需要，可以使用光電編碼器來完成。例如YL-335B 生產(chǎn)線的自動(dòng)分揀系統(tǒng)中，傳送帶的定位就是由光電編碼器來控制的，同時(shí)光電編碼器還要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量。

工作原理，光電編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換，將機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置角度的檢測。一般來說，根據(jù)光電編碼器產(chǎn)生的脈沖方式不同，可以分為增量式和絕對式。

生產(chǎn)線上常采用的是增量式光電編碼器，光電編碼器的碼盤條紋數(shù)決定了傳感器最小分辨角度，也就是分辨角。分辨角α=360°/條紋線，如果條紋數(shù)為500，則分辨角α=360°/500=0.72°在光電編碼器的檢測光柵上有兩組條紋A 和B，AB 條紋錯(cuò)開1/4節(jié)距，兩組條紋對應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)彼此相差90°，用于分辨方向。此外，在光電編碼器的碼盤里圈有一個(gè)透光區(qū)，用于每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖成為轉(zhuǎn)移信號(hào)或零標(biāo)值脈沖，其輸出波形圖略。A、B 兩相輸出端直接連接到PLC 的高速計(jì)數(shù)器輸入端。

計(jì)算工件在傳送帶上的位置時(shí)候，需計(jì)算脈沖當(dāng)量即相鄰兩個(gè)脈沖之間的距離。分揀單元中主動(dòng)軸的直徑為d=43mm，則傳送帶上工件在減速電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周移動(dòng)距離L=πxd=3.14x43=135.09mm。故脈沖當(dāng)量μ=L/500=0.27mm，即工件每移動(dòng)0.27mm，光電編碼器就發(fā)出一個(gè)脈沖。

生產(chǎn)線上常用的傳感器，除了上述介紹的五種以外，還有位移、壓力、流量測量傳感器和濕度溫度檢測傳感器，根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)備能實(shí)現(xiàn)的功能和檢測要求不同，綜合考慮環(huán)境、安裝檢測距離、輸出接口、安裝方式、電氣特性與執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器等因素，選擇合適的傳感器，可以說沒有傳感器技術(shù)，就沒有機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。