柔性制造系统中的传感器

实践课程所用的柔性制造系统是集先进制造系统的物料供给、加工检测、物流系统、无线通讯、生产监控与管理等为一体的柔性制造系统，可实现从原料供给、加工运输，到组合装配，最后分类存储的自动化加工过程。该小型柔性制造系统都是模块化设计，带有很强的扩展功能，各个模块都能独立运行，能够进行不同自动控制相关检测、控制策略及算法研究，还可组成多种完整的自动生产流水线，满足自主设计和开发功能。当接收到上层控制系统的加工信号后，由立体仓库向系统输出所需的工件，放入传送带物流平台，工件到达各个加工、检测或组装工位进行相应的加工或处理，最后通过分类工作单元输出工件或将完成加工的工件返回存储立体仓库模块中去。当立体仓库模块无法提供系统所需的工件后，由供料单元与检测单元完成向系统继续供料的任务。

该柔性制造系统具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，便于学习复杂的控制、编程、装配和调试技术。该实验装置将各单元模块组合在一起，围绕在物流平台周围固定牢固，形成柔性生产教学系统。

二、 柔性制造系统上的传感器

1 柔性制造系统上的传感器技术

传感器技术在工业上的柔性制造系统上应用广泛。FMS的核心是NC机床。为使FMS中的数控机床具有柔性，采用了自动更换刀具的

机械加工中心和车削加工中心，它们将工件由坯自动地加工出所需要的足够高的加工精度。为了不使精度受这些因素影响而降低，就需要可检测这些变动因素的传感器。另外，为实现无人化，还需要具有监视功能的传感器，以监视机床要求的功能的变动情况。

实验用的小型柔性制造系统中也有各种功能的传感器应用。常见的有金属光电传感器、电容传感器、黑色放射光电传感器检测出工件的种类和颜色，两个固定的光电传感器检测距离等。

2 电感式传感器

检测单元的电感式传感器用于识别工件的材质及颜色，可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。电感传感器属于接近开关类传感器，在有金属物质接近它时动作。

电感式传感器就是利用电涡流效应制造的传感器。

高频振荡型电感式接近开关：它以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。

差动线圈型电感式接近开关：它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较后的

磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检测的目的。

3 反射式光电传感器

检测单元的反射式光电传感器也用于识别工件的材质及颜色，可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。反射式光电传感器也属于接近开关类传感器，在任何物质接近它时都动作。

反射式光电传感器的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反光镜，光发射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接收。

4 漫射式光电传感器

检测单元的漫射式光电传感器也用于识别工件的材质及颜色，可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。漫射式光电传感器也属于接近开关类传感器，在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作。

漫射式光电传感器是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故该种传感器称为漫射式光电传感器。

漫反射式光电传感器也称漫反射式接近开关，它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化的结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，当接近开

关的前方一定距离内没有物体时，则没有光被反射回来，接近开关就处于常态而不动作；如果在接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光的强度足够，则接收器接收到足够的漫射光后就会使接近开关动作而改变输出的状态。

我们为什么会在日光下看到不同颜色的物体？这是因为物体对不同频率的光吸收作用不同，如果物体将所有频率的光（白光）全部反射回来，则我们看到的物体就是白色；如果物体将所有频率的光全部吸收，则我们看到的物体就是黑色的。如果物体吸收一部分频率的光，而将其余部分的光反射出来，则我们看到的就是反射光的颜色。

原则上黑色物体是不能被漫反射式光电开关检测到的，但由于物体表面粗糙度不同，一些表面光滑的黑色物体仍能反射一部分光，因此灵敏度高的漫反射光电接近开关仍能检测到这样的黑色物体。而我们的上料检测单元和检测单元上检测工件颜色就是利用这个原理来分辨出工件的黑与白的。

5 对射式光电传感器

在供料单元的模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料）。该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。

对射式光电接近开关是指光发射器与光接收器处于相对的位置工作的光电接近开关。其工作原理是：当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光，则接近开关的“触点”不动作；当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射器传送的光，因而接近开关的“触点”动作，输出信号将被改变。

6 其他类型传感器

测量模块中的模拟量传感器的作用是测量工件的高度。测量模块由一个模拟量传感器和传感器支架构成。该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化，再经变送器器转换为直流电压信号输出。输出的电压值与测量杆位移量之间成正比例关系。

电感式接近开关传感器用于加工单元的旋转工作台模块。在加工单元的旋转工作台上有六个工位，用于存放工件。在每个工位的下面都有一个定位块，电感式接近开关传感器感测这个定位块，用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。

磁感应式接近开关传感器用于加工单元的钻孔模块。钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、电磁夹紧器等组成。钻孔模块用于实现钻孔加工过程。在钻孔气缸的两端安装有磁感应式接近开关传感器，用于判断两个气缸运动的两个极限位置。另外在安装单元的转运模块也应用有磁感应式接近开关传感器。旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转

轴的最大转角为180°，转角可以根据需要进行调整。在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式接近开关传感器，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。