传感器技术在模块化生产加工系统中的应用

黑龙江 胡江川

传感器技术在模块化生产加工系统中的应用

黑龙江 胡江川

传感器是一种检测装置，将感受到被测量的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等方面。

模块化生产加工系统是德国FESTO公司生产的教学设备，体现了机电一体化技术的实际应用。该设备是一套开放式的设备，用户可根据自己的需要选择设备组成单元的数量和类型。由多个单元组成的系统可以体现出自动生产线的控制特点。传感器一般处于研究对象或检测控制系统的最前端，是感知、获取与检测信息的窗口，是自动化系统不可缺少的组成部分，是实现自动控制的主要环节。

模块化生产加工系统中主要用到了光电传感器、电感式传感器、电容式传感器和磁感应式传感器等四类传感器。

一、光电式传感器

光电传感器是把光信号转变为电信号，不仅可测光的各种参量，还可把其他非电量变换为光信号以实现检测与控制，又称为光敏传感器，或光电探测器。光电传感器具有无损伤、不接触测量元件、灵敏度高、精度高、测量范围广、响应速度快、体积小、重量轻、寿命长、可靠等特点。

1.对射式光电传感器

对射式光电传感器的光发射器和光接收器处于相对位置，面对面安装。光纤（探头）共有两根，一根用于导出光线，一根用于导入光线，其作用只是传导光。若有物体通过光路，发射器和接收器之间的光线被阻断，引起传感器输出信号的变化。因此，对射式光电传感器是检测不透明物体最可靠的检测模式。如安装在模块化加工系统供料单元送料模块料仓中的对射式光电传感器，就用于检测料仓中有无工件。

2.反射式光电传感器

反射式光电传感器的发射端和接收端是做在一起的，在工业生产中用的最多的是漫反射式和镜反射式光电传感器。

（1）漫反射式光电传感器

漫反射式光电传感器集发射器和接收器于一体，二者处于同一侧位置，利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作。由于没有反光板，正常情况光反射器发射的光，接收器是无法接收到的，只有当被检测物经过时，将光发射器发射的光部分反射回来，使光接收器得到光信号，传感器才产生输出信号。对于表面光亮或其反射率极高的被检测物体，漫反射式光电传感器是首选的检测模式。

（2）镜反射式光电传感器

镜反射式光电传感器也是集发射器和接收器于一体，二者处于同一侧位置，在其相对位置安置一个反光镜。利用光反射镜，发射器发出的光线经过反射回到光接收器。在光的传输路上如果没有被检测物体，则接收器可以接收到发射器发出的光线。如果在光的传输路上有被检测物体，则接收器接收不到光线，引起传感器输出信号的变化。在检测单元中，镜反射式光电传感器作为安全检测之用。

二、电感式传感器

电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置，能对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。它具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点，因此在机电控制系统中得到广泛的应用。电感接近式传感器属于一种有开关量输出的位置传感器，又称为电感式接近开关。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。在加工单元，电感式接近开关用于旋转工作台的定位，驱动工作台旋转。

三、电容式传感器

电容式传感器是以各种类型的电容作为敏感元件，将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再由转换电路（测量电路）转换为电压、电流或频率，以达到检测的目的。因此，凡是能引起电容量变化的有关非电量，均可用电容式传感器进行电测变换。电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的电容传感器，其检测物体既可以是金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。当检测物体是非金属时，检测距离要减小。在检测单元中，电容式传感器和漫反射式光电传感器配合使用用于识别工件的颜色和材质。

四、磁感应式传感器

磁感应式传感器是一种将磁信号转换为电信号的器件或装置，具有体积小、惯性大、动作快等优点。磁感应传感器用永久磁铁驱动时，多作检测之用，如作为限位开关使用，取代靠碰撞接触的行程开关，可提高系统的可靠性和使用寿命，在PLC控制器中常用作位置控制的通讯信号。磁感应传感器只能检测磁性介质，检测范围与磁场强度有关。在操作手单元中，在磁性无杆气缸的两端分别安装有磁感应传感器，以检测操作手运行位置。

下面以模块化生产加工系统中的成品分装单元为例，分析传感器技术在模块化加工系统中的应用。

成品分装单元的作用是对加工后的工件按照材质和颜色进行分拣，将它们分别放置在3个不同的滑槽上。该单元由工料检测模块、传送模块组成。

工料检测模块：工料检测模块用于识别工件的材质和颜色。该模块由漫反射式光电传感器、电感式传感器及光电传感器和阻挡气缸组成。漫反射式传感器位于传送带的起始位置，当工件被放置在传送带的起始位置时，首先受到漫反射式传感器的检测。此时，传感器的光线被遮挡后返回，就输出信号“1”。所以，漫反射式传感器用于检测传送带有无工件传送。电感式传感器和光电传感器用于检测工件的颜色和材质。电感式传感器在有金属物质接近时就动作，输出信号“1”；光电传感器对于接近它的物体反射回的光线达到一定程度时发生动作，可以用于识别非黑色物体。所以，这3个传感器单独使用时，无法达到检测的目的；当它们联合检测工件时，就可以实现工件和材质的识别。表1为传感器检测信号的真值表。

表1 传感器检测信号真值表

传送模块：传送模块实现对工件的分拣，主要由传送带模块、导向模块和滑槽模块组成。导向模块的作用是将被识别出颜色和材质的工件，按照需要导入相应滑槽。该模块中的导向气缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，用于标识气缸运动的两个极限位置。当气缸的活塞杆运动到端部时，端部的磁感应式接近开关就动作并发出信号。在PLC自动控制中，可以利用该信号判断导向气缸的运动状态或所处的位置，从而间接判断气动拨叉是否转动到所要求的位置，把3种不同颜色和材质的工件分别送入相应的滑槽中。在传感器上设置有LED以显示传感器的信号状态，供调试时使用。传感器动作时，输出信号“1”，LED灯亮；传感器不动作时，输出信号“0”，LED不亮。传感器的安装位置是根据要求来调整的。滑槽模块由三根滑槽和一个镜反射式光电传感器组成。镜反射式光电传感器用于判断传送带上的工件是否滑入滑槽，只要任一滑槽中有工件滑入，就会阻挡光线从发射端到达接收端，传感器输出信号就要复位，用此信号控制传送带停止工作。

（作者单位：哈尔滨职业技术学院）

（编辑 刘丽娜）