传感器在机电一体化系统中的应用.pdfVIP

传感器在机电一体化系统中的应用 摘要：传感器是检测中首先感受被测量、并将它转换成与被测量有确 定对应关系的电量器件，它是检测和控制系统中最关键的部分。机电 一体化是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电 子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的 总称。在机电一体化系统中,传感器处系统之首,其作用相当于系统感 受器官,能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验,是机电一体 化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精 确而可靠的自动检测,系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及 和实现。传感器在机电一体化系统中应用广泛，是机电产品中是必不 可少的器件之一。 关键词：传感器；机电一体化系统 前言 在机电一体化系统中,传感器的作用相当于系统的感觉器官, 即从待测对象 那里获取能反映待测对象特征和状态的信号。检测传感技术的内容，一是研究如 何将各种物理量 （如位置、位移、速度、加速度、力、温度、压力、流量、成分 等等）转换成与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、 补偿、标度变换等等。 机电一体化系统要求，检测传感装置能快速、精确、可靠地获取信息，并价 格低廉。但是，目前检测传感技术的发展还难以满足控制系统的要求。不少机电 一体化系统不能达到满意的效果，或无法达到设计要求的关键原因，在于没有合 适的传感器。因此检测传感技术是机电一体化系统中的关键技术。 1 传感器在机电一体化系统中的作用及地位 在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能 快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的 保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信 息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。 传感器是左右机电一体化系统 （或产品）发展的重要技术之一，广泛应用于 各种自动化产品之中。 1.1 机器人用传感器 工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象 及作业环境的状态，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器 （位置、位移、速度、加 速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要， 足以为机器人控制提供反馈信息。 1.2 机械加工过程的传感检测技术 1.2.1 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目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时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。 1.2.2 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安装监视传感待加 工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。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。 1.2.3 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面完整性时，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1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故， 甚至是重大事故。 1.3 汽车自动控制系统中的传感技术 随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。汽 车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动 机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污 染，提高行驶安