光電傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

鄧吉利

摘要：近年來(lái)，社會(huì)進(jìn)步迅速，我國(guó)的自動(dòng)化建設(shè)的發(fā)展也有了改善。光電傳感器具有物理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信號(hào)處理方式便捷等特點(diǎn)，因而在結(jié)構(gòu)化環(huán)境、低成本產(chǎn)品中有著廣泛而深入的應(yīng)用。雖然，其存在檢測(cè)距離較勁、預(yù)測(cè)性不強(qiáng)等缺陷，但在信息處理軟件、魯棒控制策略等的支持下，可滿足自動(dòng)尋跡等簡(jiǎn)單環(huán)境的應(yīng)用需求。本文基于光電傳感器探討了智能車尋跡系統(tǒng)軟硬件的開發(fā)，并對(duì)其自動(dòng)尋跡、避障及速度控制的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：光電傳感器;自動(dòng)化生產(chǎn)線;應(yīng)用

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)工業(yè)企業(yè)之間的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，在此背景下，工業(yè)企業(yè)逐漸開始重視提高生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，以此提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。通過在企業(yè)生產(chǎn)線中應(yīng)用光電傳感器，可以有效提高企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的工作效率。為此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)光電傳感器的分析，明確其原理和分類，從而充分發(fā)揮光電傳感器的作用，提高企業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，為企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展保駕護(hù)航。

1光電傳感器的原理及分類

1.1光電效應(yīng)

光電傳感器在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)用最多的是光電效應(yīng)原理，這也是光電傳感器名稱的由來(lái)，下面就光電效應(yīng)做簡(jiǎn)單分析。一個(gè)物體如果受到了光的輻射，物體內(nèi)部的電子會(huì)接收光粒子中的能量，這些能量被物體內(nèi)部的電子吸收后也會(huì)發(fā)生一定的變化，如粒子本身的特性會(huì)發(fā)生變化，其變化過程被稱為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。其中，外光電效應(yīng)主要指的是物體被光照射以后，出現(xiàn)的一種電子外溢現(xiàn)象，人們生活中較為常見的光電管就是根據(jù)這個(gè)原理制作而成的;內(nèi)光電效應(yīng)則主要指的是物體被光照射以后，沒有出現(xiàn)電子外溢現(xiàn)象，但是，物體的電導(dǎo)會(huì)發(fā)生一定的變化，或者物體的電動(dòng)勢(shì)會(huì)發(fā)生一定的變化，人們生活中的二極管就是利用這個(gè)原理造成的。

1.2光電傳感器的分類

目前，我國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)的光電傳感器的類型有很多，根據(jù)其發(fā)射源、光源、接收源以及光電元件的不同，可以將光電傳感器分成4種類型，即槽型類光電傳感器、對(duì)射型光源傳感器、反光版型光電傳感器以及漫反射性的光電傳感器。其中，槽型類的光電傳感器和對(duì)射型光源傳感器在我國(guó)工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用較為普遍，而反光版型光電傳感器以及漫反射性的光電傳感器則通常被應(yīng)用在較大規(guī)模的企業(yè)中，在小型的企業(yè)中不常見。

2光電傳感器在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

2.1光電傳感器的設(shè)計(jì)

智能尋跡系統(tǒng)需要加裝各類光電傳感器實(shí)現(xiàn)道路識(shí)別、路況判斷、線路優(yōu)化等功能，主要涉及反射式光電傳感器、光電編碼器、光敏電阻、紅外遙控等。本系統(tǒng)采用兩組反射式光電傳感器：一組為自制傳感器陣列，負(fù)責(zé)尋線，光源為16個(gè)LED發(fā)射管，并借助光敏電阻接收反射光線，所接收光強(qiáng)信號(hào)通過系統(tǒng)檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為電壓輸出信號(hào)Vout，作為反射面與傳感器間距x的函數(shù)，當(dāng)反射面介質(zhì)不同，Vout與x呈非線性關(guān)系。系統(tǒng)可依據(jù)白色標(biāo)記線、深色背景反射率的差異，借傳感器陣列將反射光強(qiáng)劃分為16個(gè)index區(qū)間，通過index值組合獲知智能車與道路標(biāo)記線的位置，繼而完成尋線控制;另一組為商用紅外光電傳感器，負(fù)責(zé)識(shí)別障礙及控制車速，該傳感器加設(shè)在車輪兩側(cè)，采用048W型封裝，對(duì)于障礙識(shí)別而言，該傳感器采用性能較高的FS-359F傳感器，其在無(wú)強(qiáng)烈陽(yáng)光干擾下探測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)8cm，可有效滿足測(cè)距需求。

2.2光電傳感器在機(jī)械加工生產(chǎn)線中的應(yīng)用

目前，我國(guó)工業(yè)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)工作中，通常情況下采取數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)線作業(yè)，可以有效提高企業(yè)的生產(chǎn)量，但是，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量，需要企業(yè)進(jìn)行人工檢測(cè)，但是人工檢測(cè)常出現(xiàn)誤差較大的問題，而將光電傳感器應(yīng)用到產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中，可以提高質(zhì)量檢測(cè)的自動(dòng)化水平和精確度，有效避免人工誤差。另外，將光電傳感器應(yīng)用在機(jī)械加工生產(chǎn)線中，還可以有效提高生產(chǎn)物品的精準(zhǔn)度、運(yùn)行速度等指標(biāo)，從而促進(jìn)工業(yè)企業(yè)的高效生產(chǎn)。最后，成產(chǎn)品制作以后，還可以利用光電傳感器進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，進(jìn)而保證企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

2.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與布局

對(duì)于智能尋跡系統(tǒng)而言，其硬件組成涉及光電傳感器、傳感器信號(hào)處理電路、主控制器電路、調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)速電機(jī)等部分，由于硬件開發(fā)涉及雙邊軌跡，需要選擇具有較強(qiáng)定向性及亮度的激光管，依循檢測(cè)功能的差異將其劃分為上、下、前三排，使之面向兩側(cè)呈“八”字分布，采用伺服舵機(jī)實(shí)現(xiàn)上排搖動(dòng)檢測(cè)，配合光電傳感器的科學(xué)排布與信號(hào)采集電路的合理設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)雙邊尋跡及尋線檢測(cè)過程。其中，上、下排負(fù)責(zé)提供雙邊尋線功能，其借助八字型排布成功將電路板劃分為兩部分，左、右各設(shè)5個(gè)激光管，可實(shí)現(xiàn)路徑兩側(cè)黑線的同步檢測(cè)，而小車上排電路板與搖頭舵機(jī)連接，后者設(shè)置與小車上，行駛時(shí)可借該裝置控制上排激光管隨動(dòng)于道路兩側(cè)黑線，使之始終保持均勻照射與尋線檢測(cè)。但應(yīng)注意的是，十字路口未設(shè)黑線，上坡時(shí)車身上部偏高，激光無(wú)法隨線，此時(shí)需調(diào)節(jié)舵機(jī)改由下排尋線。因前排負(fù)責(zé)對(duì)起止線、坡道等進(jìn)行識(shí)別，因而根據(jù)起止線接近道路中間，因而采用的是“一”字型分布，即左、右兩側(cè)各設(shè)3個(gè)激光管。本文所設(shè)計(jì)智能尋跡系統(tǒng)中，小車上、下排信息采集電路是借助650nm激光管分時(shí)點(diǎn)亮，并利用譯碼器逐次加以選通，耗時(shí)約5ms。在信息采集過程中，調(diào)制管會(huì)產(chǎn)生160-180KHz方波，經(jīng)由三極管完成光電信號(hào)調(diào)制過程，使其滿足接收管靈敏區(qū)間要求，并成功被接收管接收，其中，一個(gè)接收管負(fù)責(zé)三個(gè)激光管信號(hào)接收，如此有效控制了管的數(shù)量與傳感器的重量，也削弱外部環(huán)境光線可能帶來(lái)的不良影響。本系統(tǒng)中，前排選擇的是980nm紅外反射式激光管，確保其常亮且由二極管接收對(duì)應(yīng)的返回信號(hào)，設(shè)計(jì)過程中要注意將各二極管進(jìn)行遮光處理，以防日光影響。

2.4光學(xué)測(cè)量傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器在刀具制造企業(yè)和汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

光學(xué)測(cè)量傳感器和其他傳感器可以快速捕捉各個(gè)車間分散的數(shù)據(jù)，通過快速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行牡碾娔X上，達(dá)到機(jī)械制造的自動(dòng)化控制。現(xiàn)代三維高精度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)在刀具制作過程中可精確測(cè)量刀具的外型，將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到控制中心，控制中心根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)刀具生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)控制，提高了刀具生產(chǎn)質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和刀具生產(chǎn)成本。高精度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)利用激光傳感器對(duì)復(fù)雜幾何形狀測(cè)量，精度可達(dá)1微米。傳感器典型應(yīng)用為機(jī)器人，機(jī)器人使用內(nèi)部和外部傳感器：內(nèi)部傳感器協(xié)調(diào)機(jī)器人自身各部分;外部傳感器識(shí)別外部環(huán)境。在內(nèi)、外傳感器配合下，機(jī)器人的自動(dòng)化程度極大提高。安裝在機(jī)器人電源上的溫度傳感器為內(nèi)部傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人內(nèi)部電源溫度并反饋給控制中心;多角度攝相頭，實(shí)時(shí)監(jiān)視外部環(huán)境反饋給控制中心，為外部傳感器。汽車行駛過程中，安裝在防滑系統(tǒng)中的傳感器可以協(xié)助系統(tǒng)提高車輛駕駛的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)除了應(yīng)用轉(zhuǎn)速傳感器以外，還應(yīng)用了轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)車輪的即時(shí)轉(zhuǎn)速，加速傳感器來(lái)測(cè)量車輛傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力和離心力。

結(jié)語(yǔ)

各類傳感器發(fā)展迅速，特別是在機(jī)械制造自動(dòng)控制領(lǐng)域，傳感器技術(shù)在機(jī)械制造、大氣污染檢測(cè)、生產(chǎn)線自動(dòng)化控制等方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值和不斷發(fā)展的潛力，這個(gè)技術(shù)是當(dāng)今和未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)。

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