传感器技术在机电一体化系统中的应用

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1、传感器技术在机电一体化系统中的应用传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为冇效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展,电子信息种类H益繁多，信息传递速度H益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集一一传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。而传感器技术在机电一体化系统屮的应用可分为以下几个方面进行详述。一、机械加工过程的传感检测技术（1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测

2、的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。切削过程传感检测的口标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削吋切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。（2）工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的

3、过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利用工件识别和工件妥装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表而缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于TV或CCD的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等

4、。（3）刀具，砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切磨削能力或无法保证加工精度和加工表而完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占NC类机床的总停机时间的1/5J/3.此外,它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。故刀具，砂轮的检测传感是十分重要且必要的。二、数控机床对传感器的要求（1）可靠性高和抗干扰性强；（2）满足精度和速度

5、的要求；（3）使用维护方便，适合机床运行环境；（4）成木低。不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。三、位移的检测屮传感器的应用位移检测的传感器主要有脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。(1)脉冲编码器的应用脉冲编码器是一•种角位移(转速)传感器，它能够把机械转角变成电脉冲。脉冲编码器口J分为光电式、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多。(2)直线光栅的应用直线光栅是利用光的透射和反射现彖制作而成，常用于位移测量，分辨力较

6、高，测量精度比光电编码器高，适应于动态测量。在进给驱动屮，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实际位置。用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制系统。(3)旋转变压器的应用旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机。旋转变压器由定子和转子组成，具体来说，它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分别放置在定子、转子上，原、副绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。(4)感应同步器的应用感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。其功能是

7、将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或传角位移。按其结构可分为直线式和旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，定尺安装在机床床身上，滑尺安装于移动部件上，随工作台一起移动；旋转式感应同步器定子为固定的圆盘，转子为转动的圆盘。感应同步器具冇较高的精度与分辨力、抗干扰能力强、使用寿命长、维护简单、长距离位移测量、工艺性好、成本较低等优点。直线式感应同步器目前被广泛地应用于大位移静态与动态测量屮，例如用丁•三坐标测量机、程控数控机床、高精度重型机床及加工中心测量装置等。旋转式感应同

8、步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。四、位置的检测中传感器的应用位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同。位置传感器有接触式和接近式两种。(1)接触式传感器的应用接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作,常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动