光電檢測技術在機械設計制造中的應用

國兆飛

摘 要：光電檢測技術作為一種借助光學和電子學原理開展檢測作業的技術形式，它的應用一般會涉及光源、受光器、信號處理器，而且具備不用接觸物體、使用壽命長、檢測效率高以及信息運算能力強等優勢。本文主要分析了光電檢測技術在機械設計制造中的應用有關內容，可供參閱。

關鍵詞：光電檢測技術;機械;設計;制造

1光電檢測技術的基本應用

1.1機器測量與表面質量檢測

在機器測量的光電檢測技術應用中，光電開關、光電式轉速傳感器屬于其中關鍵。光電開關一般分為反射型、投射型兩種，光電式轉速傳感器主要負責轉速丈量。以透明材料的檢測為例，光電檢測技術在其中的應用需綜合使用超聲裝置、光電傳感器，配合機器手，即可開展高質量的機器測量;光電檢測技術同樣可較好服務于各類機器零部件表面質量檢測，這一檢測的高質量開展需得到成像光學系統、成像探測器件、軟件算法的支持。

1.2無觸摸檢測

以牙膏包裝機械設計為例，包裝作業流水線需要設置性能控制工位，牙膏傳送至此后，凸輪驅動杠桿，牙膏連同底座在所需要的位置托起并跟隨電動器做旋轉運動，當牙膏管表面印刷商標與光電接收頭位置重合后，有色標記不會發出反射光，受光器所采集到的光信號會以電信號形式進行轉換，電動機運行狀態會根據由此放大的信號實現實時控制，由此即可保證產品生產質量，光電檢測技術在機械設計制造領域的應用價值可見一斑。

2應用實例

2.1研究背景

本文研究的圓盤切刀實時角度調整系統主要用于軟包裝生產中的分切工序，該機械主要負責將寬幅薄膜或紙張分切成多條窄幅材料，三大功能結構為放卷、驅動和收卷。表面控制屬于現階段分切臺產品質量控制的主要方向，這雖然能夠解決橫皺、線皺、縱皺、啟皺以及毛邊等問題，但是在機床抖動、母帶不平整等因素影響下，機器復雜的運行狀況很容易導致端面質量出現問題，因此設計了具備反應速度快、測量精度高等性能優勢的圓盤切刀實時角度調整系統，產品質量、分切成本由此得到了較好保障。

2.2光電檢測技術應用

在機械設計制造領域，角度、位置、平面檢測屬于光電檢測技術的主要應用方向，可以實現無接觸、微細檢測則屬于其性能優勢，這就使得光電檢測技術的應用能夠通過光電靜態檢測取代微小機械動態檢測，機械結構簡化自然能夠由此實現。

2.3角度實時調整

2.3.1基本構成

在光電檢測技術的支持下，圓盤切刀實時角度調整系統即可通過集成現代控制技術、現代數值計算理論、精密機械技術、光電檢測技術，實現二維及三維運動目標的空間坐標實時測量與檢測，這一檢測具備高穩定性、動態監測、實時性、高精度等優勢，該系統也由此可較好用于汽車、船舶等精密機械制造領域。本文研究的圓盤切刀實時角度調整系統采用了精密的角度調整機械裝置與伺服電機構成角度實時調整系統，其中的機械裝置采用了PLC控制，主要構成包括角度調整機械控制模塊、角度驅動系統、角度測量系統、PLC控制系統、伺服電機，系統的調節滯后僅為0.1s。

2.3.2角度實時調整控制系統

深入分析不難發現，伺服電機系統具備抗干擾能力強、穩定性好、響應速度快、控制精度高、線性度高等優勢，PLC控制則具備使用維修方便、高性價比、高可靠性、實用性等特點，二者的強強結合自然能夠滿足系統需要。作為控制機械元件運轉的發動機，伺服電機后端的旋轉編碼器負責控制精度的保障，PLC控制器則負責提供控制脈沖（對象為伺服電機驅動器），由此即可提高控制精度;角度調整控制系統包含機械控制模塊、驅動電路、單片機控制系統、角度檢測電路、電源電路、顯示電路，具體的閉環系統控制流程如下：①圓盤切刀的相對角度由角度檢測電路負責監測，以此轉換光電信號，并向PLC控制系統傳輸端面偏差值;②結合光線1、2的信號差，采用一定數值計算與變換算法，以此向驅動電機傳遞PWM驅動信號;③控制方式的給出由驅動電機控制角度調整組件負責，圓盤切刀的角度通過機械控制模塊實現實時調整。通過循環步驟①、②、③，即可實現圓盤切刀實時角度調整系統的閉環控制，切材與圓盤切刀的相對角度也能夠始終得到高質量控制。

2.3.3角度實時調整機械控制模塊

該模塊主要負責角度實時調整的執行，切材與圓盤切刀的相對角度精度直接受到模塊的控制精度影響。角度實時調整機械控制模塊由角度調整模塊、聯軸器、伺服電機組成，為減少調整過程中軸肩與圓盤切刀的沖擊，采用橡膠作為柔性調整原件材料，由此圓盤切刀實時角度調整系統即可更好保證材料處理后的高端面質量。

3結語

綜上所述，光電檢測技術可較好服務于機械設計制造。從光電檢測技術的工作過程看，這實際上是一個機電一體化的典型范例.也就是說，對設計人員來說既要掌握機械結構的基本知識，又要對光電器件的工作原理有所了解這樣才能充分發揮光電技術的作用。

參考文獻：

[1]馮義超，劉啟航.機械設計中光電檢測技術的應用分析[J].山東工業技術，2018（09）：26.

[2]華晉.光電檢測技術在機械設計中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（24）：237.

[3]李龍龍.光電檢測技術在機械設計制造中的應用[J].中國科技縱橫，2017，（9）：70.

[4]李慶鵬.淺談光電檢測技術在機械設計制造中的應用[J].探索科學，2016，（12）：34.

[5]朱忠捷.基于光電檢測技術磁懸浮球形主動關節轉子位姿檢測系統的設計與研究[D].江蘇：揚州大學，2018.

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