光电传感器在自动化生产线上的应用

邓吉利

摘要：近年来，社会进步迅速，我国的自动化建设的发展也有了改善。光电传感器具有物理结构简单、信号处理方式便捷等特点，因而在结构化环境、低成本产品中有着广泛而深入的应用。虽然，其存在检测距离较劲、预测性不强等缺陷，但在信息处理软件、鲁棒控制策略等的支持下，可满足自动寻迹等简单环境的应用需求。本文基于光电传感器探讨了智能车寻迹系统软硬件的开发，并对其自动寻迹、避障及速度控制的实现进行了研究。

关键词：光电传感器;自动化生产线;应用

引言

近年来，随着我国经济和科学信息技术的发展进步，我国工业企业之间的市场竞争也日益激烈，在此背景下，工业企业逐渐开始重视提高生产线自动化水平，以此提高企业的综合竞争实力。通过在企业生产线中应用光电传感器，可以有效提高企业自动化生产线的工作效率。为此，企业应加强对光电传感器的分析，明确其原理和分类，从而充分发挥光电传感器的作用，提高企业生产线的自动化水平，为企业的长久发展保驾护航。

1光电传感器的原理及分类

1.1光电效应

光电传感器在实际应用过程中，应用最多的是光电效应原理，这也是光电传感器名称的由来，下面就光电效应做简单分析。一个物体如果受到了光的辐射，物体内部的电子会接收光粒子中的能量，这些能量被物体内部的电子吸收后也会发生一定的变化，如粒子本身的特性会发生变化，其变化过程被称为外光电效应和内光电效应。其中，外光电效应主要指的是物体被光照射以后，出现的一种电子外溢现象，人们生活中较为常见的光电管就是根据这个原理制作而成的;内光电效应则主要指的是物体被光照射以后，没有出现电子外溢现象，但是，物体的电导会发生一定的变化，或者物体的电动势会发生一定的变化，人们生活中的二极管就是利用这个原理造成的。

1.2光电传感器的分类

目前，我国市场上出现的光电传感器的类型有很多，根据其发射源、光源、接收源以及光电元件的不同，可以将光电传感器分成4种类型，即槽型类光电传感器、对射型光源传感器、反光版型光电传感器以及漫反射性的光电传感器。其中，槽型类的光电传感器和对射型光源传感器在我国工业企业中的应用较为普遍，而反光版型光电传感器以及漫反射性的光电传感器则通常被应用在较大规模的企业中，在小型的企业中不常见。

2光电传感器在自动化生产线上的应用

2.1光电传感器的设计

智能寻迹系统需要加装各类光电传感器实现道路识别、路况判断、线路优化等功能，主要涉及反射式光电传感器、光电编码器、光敏电阻、红外遥控等。本系统采用两组反射式光电传感器：一组为自制传感器阵列，负责寻线，光源为16个LED发射管，并借助光敏电阻接收反射光线，所接收光强信号通过系统检测电路转换为电压输出信号Vout，作为反射面与传感器间距x的函数，当反射面介质不同，Vout与x呈非线性关系。系统可依据白色标记线、深色背景反射率的差異，借传感器阵列将反射光强划分为16个index区间，通过index值组合获知智能车与道路标记线的位置，继而完成寻线控制;另一组为商用红外光电传感器，负责识别障碍及控制车速，该传感器加设在车轮两侧，采用048W型封装，对于障碍识别而言，该传感器采用性能较高的FS-359F传感器，其在无强烈阳光干扰下探测距离长达8cm，可有效满足测距需求。

2.2光电传感器在机械加工生产线中的应用

目前，我国工业企业在实际生产工作中，通常情况下采取数控机床进行生产线作业，可以有效提高企业的生产量，但是，对于产品质量，需要企业进行人工检测，但是人工检测常出现误差较大的问题，而将光电传感器应用到产品质量检测中，可以提高质量检测的自动化水平和精确度，有效避免人工误差。另外，将光电传感器应用在机械加工生产线中，还可以有效提高生产物品的精准度、运行速度等指标，从而促进工业企业的高效生产。最后，成产品制作以后，还可以利用光电传感器进行产品质量检验，进而保证企业产品的生产质量。

2.3系统硬件设计与布局

对于智能寻迹系统而言，其硬件组成涉及光电传感器、传感器信号处理电路、主控制器电路、调速电机驱动电路、调速电机等部分，由于硬件开发涉及双边轨迹，需要选择具有较强定向性及亮度的激光管，依循检测功能的差异将其划分为上、下、前三排，使之面向两侧呈“八”字分布，采用伺服舵机实现上排摇动检测，配合光电传感器的科学排布与信号采集电路的合理设计，完成系统双边寻迹及寻线检测过程。其中，上、下排负责提供双边寻线功能，其借助八字型排布成功将电路板划分为两部分，左、右各设5个激光管，可实现路径两侧黑线的同步检测，而小车上排电路板与摇头舵机连接，后者设置与小车上，行驶时可借该装置控制上排激光管随动于道路两侧黑线，使之始终保持均匀照射与寻线检测。但应注意的是，十字路口未设黑线，上坡时车身上部偏高，激光无法随线，此时需调节舵机改由下排寻线。因前排负责对起止线、坡道等进行识别，因而根据起止线接近道路中间，因而采用的是“一”字型分布，即左、右两侧各设3个激光管。本文所设计智能寻迹系统中，小车上、下排信息采集电路是借助650nm激光管分时点亮，并利用译码器逐次加以选通，耗时约5ms。在信息采集过程中，调制管会产生160-180KHz方波，经由三极管完成光电信号调制过程，使其满足接收管灵敏区间要求，并成功被接收管接收，其中，一个接收管负责三个激光管信号接收，如此有效控制了管的数量与传感器的重量，也削弱外部环境光线可能带来的不良影响。本系统中，前排选择的是980nm红外反射式激光管，确保其常亮且由二极管接收对应的返回信号，设计过程中要注意将各二极管进行遮光处理，以防日光影响。

2.4光学测量传感器和转速传感器在刀具制造企业和汽车控制系统中的应用

光学测量传感器和其他传感器可以快速捕捉各个车间分散的数据，通过快速计算机网络将数据传输到控制中心的电脑上，达到机械制造的自动化控制。现代三维高精度光学测量系统在刀具制作过程中可精确测量刀具的外型，将测量数据实时传送到控制中心，控制中心根据实时数据对刀具生产过程实时控制，提高了刀具生产质量，降低了劳动强度和刀具生产成本。高精度光学测量系统利用激光传感器对复杂几何形状测量，精度可达1微米。传感器典型应用为机器人，机器人使用内部和外部传感器：内部传感器协调机器人自身各部分;外部传感器识别外部环境。在内、外传感器配合下，机器人的自动化程度极大提高。安装在机器人电源上的温度传感器为内部传感器，实时监控机器人内部电源温度并反馈给控制中心;多角度摄相头，实时监视外部环境反馈给控制中心，为外部传感器。汽车行驶过程中，安装在防滑系统中的传感器可以协助系统提高车辆驾驶的稳定性。该系统除了应用转速传感器以外，还应用了转速传感器检测车轮的即时转速，加速传感器来测量车辆传动轴的回转运动力和离心力。

结语

各类传感器发展迅速，特别是在机械制造自动控制领域，传感器技术在机械制造、大气污染检测、生产线自动化控制等方面具有很大的应用价值和不断发展的潜力，这个技术是当今和未来工业自动化的关键技术。

参考文献

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