【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 示和控制等要求。[3] 傳感器一般由敏感元件、變換元件和其他輔助元件組成。但是隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展 ,傳感器的信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路也會(huì)安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片之上。因此 ,信號(hào)調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分 ,如圖 21 所示。 圖 21 傳感器的組成示意圖 敏感元件 ??感受被測(cè)量 ,并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他量的元件 ,如膜片和波紋管 ,可以把被測(cè)壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量 (如熱電偶 ),就兼 為傳感元件了。還有一些新型傳感器 ,如壓阻式和諧振式壓力傳感器、差動(dòng)變壓器式位移傳感器等 ,其敏感元件和傳感器就完全是融為一體的。 變換元件 ??又稱(chēng)傳感元件 ,是傳感器的重要組成元件。它可以直接感受被測(cè)量 (一般為非電量 )且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量 ,如熱電偶和熱敏電阻。傳感元件也可以不直接感受被測(cè)量 ,而只感受與被測(cè)量成確定關(guān)系的其他非電量。例如 ,差動(dòng)變壓器式壓力傳感器 ,并不直接感受壓力 ,而只是感受與被測(cè)壓力成確定關(guān)系的銜鐵位移量 ,然后輸出電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路 ??能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號(hào)的電路。信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類(lèi)型的不同有很多種類(lèi) ,常用的電路有電橋、放大器、振動(dòng)器和阻抗變換器等。 傳感器根據(jù)使用要求的不同 ,可以做的很簡(jiǎn)單 ,也可以做的很復(fù)雜 。可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng) ,也可以是不帶反饋的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。因此 ,傳感器的組成將依不同的情況而有所差異 [2] 。 傳感器的選擇 關(guān)振蕩能力衰減 ,內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化。由此 ,可識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近 ,進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。本系統(tǒng)用該器件來(lái)檢測(cè)鐵質(zhì)材料。 電容傳 感器也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器 ,是一種接近式開(kāi)關(guān)。它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板 ,而另一個(gè)極板是待測(cè)物體的本身。當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí) ,物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化 ,使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。由此 ,便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。本裝置中電容傳感器是用于檢測(cè)鋁質(zhì)材料 [1] 。傳感器是將被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。它主要被用于檢測(cè)系統(tǒng)本身與作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài) ,為有效地控制系統(tǒng)的動(dòng)作提供信息。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求需要對(duì)位置檢測(cè)裝置、視覺(jué)傳感器進(jìn)行選用。位置 檢測(cè)裝置檢測(cè)氣缸動(dòng)作是否到位 ,視覺(jué)傳感器是為了完成對(duì)物料的識(shí)別。 (1)位置檢測(cè)裝置 在本設(shè)計(jì)中 ,當(dāng)氣缸執(zhí)行動(dòng)作時(shí) ,應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測(cè)裝置檢測(cè)動(dòng)作是否到位 ,常用的位置檢測(cè)裝置是行程開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān) ,是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器 ,用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中 ,將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置 ,當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí) ,行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作 ,實(shí)現(xiàn)電路的切換。行程開(kāi)關(guān)的品種規(guī)格很多 ,按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)、滾輪直動(dòng)、杠桿單、雙輪等。選用行程開(kāi) 關(guān)時(shí) ,應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合 ,滿(mǎn)足各方面的要求來(lái)進(jìn)行選擇。 本設(shè)計(jì)中采用直線接觸式磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)氣缸回位動(dòng)作是否到位 ,當(dāng)運(yùn)動(dòng)到指定位置時(shí) ,碰到行程開(kāi)關(guān) ,終結(jié)上一個(gè)動(dòng)作 ,準(zhǔn)備執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。 (2)視覺(jué)傳感器 系統(tǒng)視覺(jué)的作用就是最大程度模仿人的眼睛 ,能夠?qū)Σ煌奈矬w進(jìn)行識(shí)別 ,本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器 ,對(duì)物料進(jìn)行分揀。 電感式接近開(kāi)關(guān)屬于有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器 ,用來(lái)檢測(cè)金屬物體。它由 LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成 ,利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí) ,使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦 流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān) ,使接近開(kāi) 根據(jù)不同物料有不同的顏色 ,可以針對(duì)一種顏色的物料進(jìn)行揀出。顏色傳感器同樣也屬于具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在 Si 等多數(shù)光電二極管之前 ,分別放置 R(紅 )、 G(綠 )、 B(藍(lán) )三種顏色的彩色濾光器 ,以便處理各自的輸出信號(hào)并識(shí)別彩色的方法。材料分揀系統(tǒng)采用它主要是用來(lái)識(shí)別紅色與綠色的材料。 目前 ,用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類(lèi)型 :①色標(biāo)傳感器 ,它使用一個(gè)白熾燈光源或單色 LED 光源 。② RGB(紅綠藍(lán) )顏色傳感器 ,它檢測(cè)物體的對(duì)三基色的反射比率 ,從而鑒別物體顏色 。這類(lèi)裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的 ,封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有 :NPN 和 PNP、繼電器和模擬輸出。 為了便于 PCL 控制程序的編寫(xiě) ,利于公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 ,綜合其各種情況 ,在本設(shè)計(jì) ,選擇 RGB 顏色傳感器著為識(shí)別物料顏色的裝置 ,繼電器輸出方式 ,便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單化 ,控制系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn) [4~5] 。 驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇 系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置 ,其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力源的不同 ,分為液壓、氣壓、電氣、機(jī)械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前采用的主要 有液壓、氣壓、電氣這三種驅(qū)動(dòng)方式。 液壓驅(qū)動(dòng) ,功率重量比大 ,可實(shí)現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向 ,容易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù) ,可自行潤(rùn)滑 ,使用壽命長(zhǎng)。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境 ,需要配備油源 ,成本較高 ,工作噪聲較大。 電氣驅(qū)動(dòng) ,控制精度高 ,驅(qū)動(dòng)力較大 ,響應(yīng)快 ,信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便。但是由于這種驅(qū)動(dòng)方式價(jià)格昂貴 ,限制了在一些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此 ,人們尋求其他一些經(jīng)濟(jì)適用的驅(qū)動(dòng)方式。 氣壓驅(qū)動(dòng)具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)污染及抗干擾性強(qiáng)、在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用較多。另一方面 ,氣動(dòng)技術(shù)作為“廉價(jià)的自動(dòng)化 技術(shù)” ,由于其元器件性能的不斷提高 ,生產(chǎn)成本的不斷降低 ,被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代化的成套設(shè)備與自動(dòng)化生產(chǎn)線上 ,幾乎都配有氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿(mǎn)足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的一種重要使用工具。表21 給出了各種控制方式的比較 : 表 21 各種控制方式的比較 項(xiàng)目 氣壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電氣傳動(dòng) 機(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)雜 安裝自由度 大 大 中 小 輸出力 稍大 大 小 不太大 定位精度 一般 一般 很高 高 動(dòng)作速度 大 稍大 大 小 響應(yīng)速度 慢 快 快 中 清潔度 清潔 可能有污染 清潔 較清潔 維護(hù) 簡(jiǎn)單 比氣動(dòng)復(fù)雜 需要專(zhuān)門(mén)技術(shù) 簡(jiǎn)單 價(jià)格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)要求 較低 較高 最高 較低 控制自由度 大 大 中 小 危險(xiǎn)性 幾乎無(wú)問(wèn)題 注意著火 一般無(wú)問(wèn)題 無(wú)特殊問(wèn)題 通過(guò)以上三種驅(qū)動(dòng)方式的比較選用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式 ,不僅能夠滿(mǎn)足了本設(shè)計(jì)的要求 ,而且節(jié)約了成本 [16~18] 。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 在氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)中 ,組成氣動(dòng)回路是為了驅(qū)動(dòng)用于各種不同目的機(jī)械裝置 ,其最重要的三個(gè)控制內(nèi)容是 :力的大小、運(yùn)動(dòng)的方向和運(yùn)動(dòng)的速度。與生產(chǎn)裝置相連接 的各種類(lèi)型的氣缸 ,靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)內(nèi)容的控制 ,正是利用它們組成了各種氣動(dòng)控制回路?，F(xiàn)今各控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種 : (1)機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類(lèi)似 ,是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式 ,區(qū)別在于夾持工件的部位不同 ,手爪動(dòng)作方向相反。夾持式手部設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng) :①手指應(yīng)有一定的開(kāi)閉范圍 。②手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力 。③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度 。④結(jié)構(gòu)緊 湊 ,重量輕 ,效率高 。⑤通用性和可換性。 [19] (2)氣吸式 氣吸式手部又稱(chēng)為真空吸盤(pán)式手部 ,它是通過(guò)吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生真空或負(fù)壓 ,利用壓差而將工件吸附 ,是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成 ,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn) 。但要求工件上與吸盤(pán)接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密 ,沒(méi)有透氣空隙。主要適應(yīng)于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。 氣吸式又可分為 :負(fù)壓吸盤(pán) :真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤(pán) 。磁 力吸盤(pán) :永磁吸盤(pán)、電磁吸盤(pán)。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空 ,故稱(chēng)真空式。噴氣式吸附的工作原理是當(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)入噴嘴時(shí) ,由于管路的開(kāi)始段截面積是逐漸收縮的 ,所以氣流速度逐漸增大 ,在吸氣口處形成負(fù)壓。吸附頭與吸氣口連同 ,故形成真空 ,以吸住工件。自擠式空氣吸盤(pán)是將軟質(zhì)吸盤(pán)按壓在工件的表面 ,擠出吸盤(pán)內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導(dǎo)磁性 ,利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來(lái)吸附材料工件。 (3)氣缸式 氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動(dòng)執(zhí)行元件之一。目前最常選用的 是標(biāo)準(zhǔn)氣缸 ,其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化