传感器在自动化生产线中的应用课件.ppt

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1、传感器在自动生产线中的应用,就像人的眼睛、耳朵、鼻子等感官器件，正如人的眼睛可以清楚的看到事物一样，传感器在自动生产线中起到了一定的检测作用。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。,光纤式光电开关,磁性开关是一种非接 触式位置检测开关，主要用于各类气缸的 位置检测，其特点是不会磨损和损伤检测对象，响应速度高。磁性开关还用于检测磁性物质的存在，常见的安装方式有：导线引出型、接插件型等。,安装与调试 在自动化生产线的控制中，可以利用该信号判断气缸的运动状态或所处的位置，来确定工件是否被推出或气缸是否返回。电气连接与检查磁性开关在气缸上的安装与调试,光电接近开

2、关通常在环境条件比较好、无粉尘污染的场合下使用，工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛地使用。,工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射器接收，光电开关处于常态而不动作；反之若接近开关前方一定距离内有物体，只要反射回来的光足够强，则接收器接收到的足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。,光电开关的结构和分类,光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断

3、光线的物体均可检测。,光电开关外形,1、遮断型光电开关示意图,遮断报警,遮断式光电开关原理,遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。,被检测物体,光发射器,光接收器,遮断型光电开关用于人体保护,光电开关在 流水线上的应用,送料器,落料口,遮断式光电开关（计数）,光幕,两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。,接收器,光幕应用,当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。,光线被遮断（报警）,光幕

4、应用（续）,光幕应用（续）,光幕应用（续）,锻压机床的 安全区域设置 及入侵报警,2、反射型光电开关,反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。,反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。,定区域反射式光电开关原理,定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。,检测距离,检测距离,反射型光电开关及反射镜外形,三角反射镜

5、,集发射、接收器于一身,反射镜反射型光电开关工作原理,反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。,反射板,反射镜,被测物体,偏振光,发射光,反射镜,反射镜反射型光电开关的应用,塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。,反射镜反射型光电开关的应用（续）,摆放错误检测,反射镜反射型光电开关的应用（续）,遮光检测,被测物漫反射型光电开关原理,漫反射光线,反射光线,被检测物体,光发射器和光接受器,发射光线,漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一

6、体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。,额定距离,漫反射型光电开关的应用,请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备,反射型光电开关外形,电源指示,信号指示,反射型光电开关外形（续）,灵敏度调节电位器,表面反射率,对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。,常用材料的反射率（相对于白纸的估计值）,光电开关的最大指向角示意图,光电开关应用（续）,加工控制,齿盘每转过一个齿，光电断续器

7、就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。,光电断续器的应用（续）,请写出转速与频率的关系式,n=？,n,光电开关应用（续）,机械手定位,其他光电传感器外形,光电开关在分拣单元中的应用 在分拣单元中，当工件进入分拣输送带时，分拣站上的光电开关发出的光线遇到工件反射回自身的光敏原件，光电开关输出信号启动输送带运转。,光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放 大器和光线检测头是分离的 两个部分，以光纤本身作为敏感元件，使光纤兼有感受和传递被测信息的作用。光纤传感器没有丝毫电路连接，不产生热量，只利用很少的光能。,光导纤维传感器,光的全反射实验,各种装饰性光导纤

8、维,光纤传感器外形,光在光纤中的全反射,光纤的结构,光缆的外形及光纤的拉制,与光纤耦合的电光与光电转换器件,实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。,专用的光纤连接头及光纤插座,光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。,光纤传感器,光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。,保护管内为高温光纤,低温光纤,光纤温度传感器,光纤式光

9、电开关,反射型,遮断型,反射镜反射型,光纤式光电开关应用,标志孔,电路板标志检测,当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。,光纤 耦合器,传输光纤,出射光纤,光纤式光电开关在分拣单元中的应用 通过调节光纤式光电开关的灵敏度，可以实现对不同颜色物体的检测。1、电气与机械安装2、灵敏度调节,光纤传感器组件外形及放大器的安装示意,光纤传感器组件,光纤传感器调整,电感式接近开关属于电感式传感器的一种，是利用涡流效应制成的有开关量输出的位置传感器由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。从而使电路的参数发生变化，由此识

10、别有无物体接近，来控制开关的通断,先看一个实验：,将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。,电感传感器的基本工作原理演示,F,220V,准备工作,电感传感器的基本工作原理演示,气隙变小，电感变大，电流变小,F,电涡流传感器工作原理,电涡流效应演示,当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变

11、化 大 得 多，流过电涡流线圈的电流 i1 增大。,电涡流的应用 在我们日常生活中经常可以遇到,干净、高效的 电磁炉,电磁炉内部的励磁线圈,电磁炉的工作原理,高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅 内 的 食 物。,电涡流传感器结构及特性,电涡流探头外形,交变磁场,电涡流探头内部结构,1电涡流线圈 2探头壳体 3壳体上的位置调节螺纹 4印制线路板 5夹持螺母 6电源指示灯 7阈值指示灯 8输出屏蔽电缆线 9电缆插头,各类接近开关的图形符号,电感接近开关在生产线的应用1,1、原点接近开关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号

12、。,2、左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。,电感接近开关在生产线的应用2,供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，如图所示,1、增量式编码器（相对式编码器）,转轴,盘码及狭缝,光敏元件,光栏板及辨向用的A、B狭缝,LED,A,B,C,零位标志,光电编码器-增量式,在上图的码盘里圈，还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。,增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与

13、码盘圆周上的狭缝条纹数n 有关。,相对式光电编码器位置和方向的判断,光电编码器的光栏板上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辩向。当编码正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。,辨向信号和零标志,传动机构,滚珠丝杠螺母副、齿轮-齿条副等传动机构能够将旋转运动转换成直线运动。但应设法消除传导过程产生的间隙误差。,齿距,齿条,齿轮,x,滚珠丝杠螺母副,滚珠丝杠螺母副能够将减小传动磨檫力，延长使用寿命，减小间隙误差。,螺母,丝杠,x,传动分析1,设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求：丝杠的

14、平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母的平均速度v又为多少？,螺母,丝杠,螺距,x=？,N=10圈,在间接测量中，多使用旋转式位置传感器。测量到的回转运动参数仅仅是中间值，但可由这中间值再推算出与之关联的移动部件的直线位移间接测量须使用丝杠-螺母、齿轮-齿条等传动机构。,工作台,丝杠,编码器,进给电机,x,M法测速（适合于高转速场合）,T,编码器每转产生 N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为：n=60m1/（NT）,T法测速（适合于低转速场合）,时钟脉冲fc,编码器输出脉冲,m2,编码器每转产生 N 个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出

15、的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为 n=60fc/（Nm2）,传动分析2,设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求：螺母移动了多少毫米？如果丝杠与编码器同轴连接，编码器分辨率为1024，则能测出多少个脉冲信号？,螺母,丝杠,螺距,x=？,N=10圈,2、绝对式编码器,绝对式码盘与增量式码盘有何区别？,10码道光电绝对式码盘,绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触式、光电式等形式。,接触式编码器演示,4个电刷,4位二进制码盘,+5V输入 公共码道,最小分辨角度为=360/2n,2绝对式光电编码器,a）光电码盘的平面结构（8码道）b）光电码盘与光源、光敏元件的对应关系（4码道）,安装套,编码器的安装方式,1.编码器的套式安装,安装轴,2.编码器的轴式安装,编码器在定位加工中的应用,1绝对式编码器 2电动机 3转轴 4转盘 5工件 6刀具,设该增量式光电编码器的参数为1024 p/r，大、小皮带轮的传动比为5，若希望当加工好元件1后紧接着加工元件8，则应等待编码器给出多少脉冲数时，电动机停转？电动机转动了多少分之几圈？,