光电检测技术在机械设计制造中的应用

国兆飞

摘 要：光电检测技术作为一种借助光学和电子学原理开展检测作业的技术形式，它的应用一般会涉及光源、受光器、信号处理器，而且具备不用接触物体、使用寿命长、检测效率高以及信息运算能力强等优势。本文主要分析了光电检测技术在机械设计制造中的应用有关内容，可供参阅。

关键词：光电检测技术;机械;设计;制造

1光电检测技术的基本应用

1.1机器测量与表面质量检测

在机器测量的光电检测技术应用中，光电开关、光电式转速传感器属于其中关键。光电开关一般分为反射型、投射型两种，光电式转速传感器主要负责转速丈量。以透明材料的检测为例，光电检测技术在其中的应用需综合使用超声装置、光电传感器，配合机器手，即可开展高质量的机器测量;光电检测技术同样可较好服务于各类机器零部件表面质量检测，这一检测的高质量开展需得到成像光学系统、成像探测器件、软件算法的支持。

1.2无触摸检测

以牙膏包装机械设计为例，包装作业流水线需要设置性能控制工位，牙膏传送至此后，凸轮驱动杠杆，牙膏连同底座在所需要的位置托起并跟随电动器做旋转运动，当牙膏管表面印刷商标与光电接收头位置重合后，有色标记不会发出反射光，受光器所采集到的光信号会以电信号形式进行转换，电动机运行状态会根据由此放大的信号实现实时控制，由此即可保证产品生产质量，光电检测技术在机械设计制造领域的应用价值可见一斑。

2应用实例

2.1研究背景

本文研究的圆盘切刀实时角度调整系统主要用于软包装生产中的分切工序，该机械主要负责将宽幅薄膜或纸张分切成多条窄幅材料，三大功能结构为放卷、驱动和收卷。表面控制属于现阶段分切台产品质量控制的主要方向，这虽然能够解决横皱、线皱、纵皱、启皱以及毛边等问题，但是在机床抖动、母带不平整等因素影响下，机器复杂的运行状况很容易导致端面质量出现问题，因此设计了具备反应速度快、测量精度高等性能优势的圆盘切刀实时角度调整系统，产品质量、分切成本由此得到了较好保障。

2.2光电检测技术应用

在机械设计制造领域，角度、位置、平面检测属于光电检测技术的主要应用方向，可以实现无接触、微细检测则属于其性能优势，这就使得光电检测技术的应用能够通过光电静态检测取代微小机械动态检测，机械结构简化自然能够由此实现。

2.3角度实时调整

2.3.1基本构成

在光电检测技术的支持下，圆盘切刀实时角度调整系统即可通过集成现代控制技术、现代数值计算理论、精密机械技术、光电检测技术，实现二维及三维运动目标的空间坐标实时测量与检测，这一检测具备高稳定性、动态监测、实时性、高精度等优势，该系统也由此可较好用于汽车、船舶等精密机械制造领域。本文研究的圆盘切刀实时角度调整系统采用了精密的角度调整机械装置与伺服电机构成角度实时调整系统，其中的机械装置采用了PLC控制，主要构成包括角度调整机械控制模块、角度驱动系统、角度测量系统、PLC控制系统、伺服电机，系统的调节滞后仅为0.1s。

2.3.2角度实时调整控制系统

深入分析不难发现，伺服电机系统具备抗干扰能力强、稳定性好、响应速度快、控制精度高、线性度高等优势，PLC控制则具备使用维修方便、高性价比、高可靠性、实用性等特点，二者的强强结合自然能够满足系统需要。作为控制机械元件运转的发动机，伺服电机后端的旋转编码器负责控制精度的保障，PLC控制器则负责提供控制脉冲（对象为伺服电机驱动器），由此即可提高控制精度;角度调整控制系统包含机械控制模块、驱动电路、单片机控制系统、角度检测电路、电源电路、显示电路，具体的闭环系统控制流程如下：①圆盘切刀的相对角度由角度检测电路负责监测，以此转换光电信号，并向PLC控制系统传输端面偏差值;②结合光线1、2的信号差，采用一定数值计算与变换算法，以此向驱动电机传递PWM驱动信号;③控制方式的给出由驱动电机控制角度调整组件负责，圆盘切刀的角度通过机械控制模块实现实时调整。通过循环步骤①、②、③，即可实现圆盘切刀实时角度调整系统的闭环控制，切材与圆盘切刀的相对角度也能够始终得到高质量控制。

2.3.3角度实时调整机械控制模块

该模块主要负责角度实时调整的执行，切材与圆盘切刀的相对角度精度直接受到模块的控制精度影响。角度实时调整机械控制模块由角度调整模块、联轴器、伺服电机组成，为减少调整过程中轴肩与圆盘切刀的冲击，采用橡胶作为柔性调整原件材料，由此圆盘切刀实时角度调整系统即可更好保证材料处理后的高端面质量。

3結语

综上所述，光电检测技术可较好服务于机械设计制造。从光电检测技术的工作过程看，这实际上是一个机电一体化的典型范例.也就是说，对设计人员来说既要掌握机械结构的基本知识，又要对光电器件的工作原理有所了解这样才能充分发挥光电技术的作用。

参考文献：

[1]冯义超，刘启航.机械设计中光电检测技术的应用分析[J].山东工业技术，2018（09）：26.

[2]华晋.光电检测技术在机械设计中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（24）：237.

[3]李龙龙.光电检测技术在机械设计制造中的应用[J].中国科技纵横，2017，（9）：70.

[4]李庆鹏.浅谈光电检测技术在机械设计制造中的应用[J].探索科学，2016，（12）：34.

[5]朱忠捷.基于光电检测技术磁悬浮球形主动关节转子位姿检测系统的设计与研究[D].江苏：扬州大学，2018.

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