超聲波開關(guān)的應(yīng)用

■濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司 （山東 250022） 王紅娜 趙樹濤 崔曉艷

超聲波開關(guān)的應(yīng)用

■濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司 （山東 250022） 王紅娜 趙樹濤 崔曉艷

摘要：本文介紹了通過超聲波開關(guān)實(shí)現(xiàn)限位開關(guān)的例子，為一種全新的嘗試應(yīng)用，解決了因機(jī)械安裝位置限制無法安裝普通限位開關(guān)的難題，并介紹了所選用超聲波開關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用方法。

XK2720x50數(shù)控定梁雙龍門移動鏜銑加工中心屬于濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司所簽訂的第一臺雙龍門機(jī)床，因每個(gè)龍門都有在X軸全行程范圍內(nèi)加工的要求，兩龍門相撞的可能性非常大。為解決此問題，已經(jīng)將兩套數(shù)控系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了軟件限位，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議要求，可靠的硬件限位開關(guān)也是必不可少的。因機(jī)械安裝位置所限，無法用普通接觸開關(guān)實(shí)現(xiàn)此功能，所以選用了無接觸式的超聲波開關(guān)，防止兩套龍門相撞。

1. 選型

根據(jù)我們機(jī)床的使用要求，美國邦納、日本歐姆龍和德國倍加福三家所生產(chǎn)的超聲波開關(guān)均能滿足要求。但通過尋價(jià)比對，德國倍加福公司生產(chǎn)的超聲波開關(guān)性價(jià)比最高，最終確定選用德國倍加福公司型號為UB6000—30GM—E4—V15的超聲波開關(guān)（見圖1、表1和表2）。

2. 設(shè)置開關(guān)點(diǎn)

傳感器有一個(gè)開關(guān)量輸出，對應(yīng)的兩個(gè)開關(guān)點(diǎn)可以用Teachin輸入端進(jìn)行設(shè)置：Teach-in與 -UB連接設(shè)置A1點(diǎn)；Teach-in與+UB連接設(shè)置A2點(diǎn)（設(shè)置過程中連接時(shí)間至少1s）設(shè)置過程中，指示燈指示是否檢測到目標(biāo)。

3. 設(shè)置輸出方式

圖1　倍加福超聲波開關(guān)

可選擇下列5種輸出方式：

（1）窗口模式，常開。將目標(biāo)放在近開關(guān)點(diǎn)，連接Teach-in與

-UB設(shè)置A1點(diǎn)；將目標(biāo)放在遠(yuǎn)開關(guān)點(diǎn)，連接Teach-in與+UB設(shè)置A2點(diǎn)（見圖2）。

表1　UB6000—30GM—E4—V15超聲波開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)

表2　超聲波開關(guān)指示燈顯示

圖2

（2）窗口模式，常閉。將目標(biāo)放在近開關(guān)點(diǎn)，連接Teach-in與+UB設(shè)置A2點(diǎn)；將目標(biāo)放在遠(yuǎn)開關(guān)點(diǎn)，連接Teach-in與-UB設(shè)置A1點(diǎn)（見圖3）。

圖3

（3）開關(guān)模式，常開。將目標(biāo)放在所需的開關(guān)點(diǎn)上，連接Teach-in與+UB設(shè)置A2點(diǎn)；用手遮住傳感器或移開檢測范圍內(nèi)的所有物體，連接Teach-in與-UB設(shè)置A1點(diǎn)（見圖4）。

圖4

（4）開關(guān)模式，常閉。將目標(biāo)放在所需的開關(guān)點(diǎn)上，連接Teach-in與-UB設(shè)置A1點(diǎn)；用手遮住傳感器或移開檢測范圍內(nèi)的所有物體，連接Teach-in與+UB設(shè)置A2點(diǎn)（見圖5）。

圖5

（5）檢測物體是否存在。用手遮住傳感器或移開檢測范圍內(nèi)的所有物體，連接Teach-in與-UB設(shè)置A1點(diǎn)；連接Teach-in與+UB設(shè)置A2點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)物體：開關(guān)閉合；未發(fā)現(xiàn)物體：開關(guān)斷開。

4. 響應(yīng)特性曲線

檢測距離與檢測范圍響應(yīng)特性曲線（見圖6）。

圖6　響應(yīng)特性曲線

根據(jù)雙龍門機(jī)床的使用要求，本機(jī)床將超聲波開關(guān)設(shè)定為窗口模式，常閉點(diǎn)輸出，軟件限位開關(guān)設(shè)定兩龍門間隔為2m，將硬件（超聲波）限位開關(guān)的發(fā)訊范圍設(shè)定為1.8～2.0m；當(dāng)兩龍門之間距離在1.8～2.0m時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警510004，即“X軸到達(dá)龍門硬件限位開關(guān)位置，I39.7=1正常 (DB2.DBX0.4)”，機(jī)床所有軸同時(shí)停止運(yùn)動，X軸只能在手動狀態(tài)下向相反方向開動。因很難保證兩超聲波開關(guān)同時(shí)發(fā)信號，一方開關(guān)有動作，通過兩數(shù)控系統(tǒng)的PROFIBUS通信，將此開關(guān)狀態(tài)傳到另一數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)報(bào)警，兩龍門同時(shí)停止運(yùn)動。通過此設(shè)置能保證兩個(gè)開關(guān)一個(gè)有動作即可讓兩個(gè)框架同時(shí)停止運(yùn)動。

在檢驗(yàn)超聲波開關(guān)的響應(yīng)速度時(shí)，X軸高速運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)軸有過沖現(xiàn)象。這是因?yàn)殚_關(guān)有一定的響應(yīng)時(shí)間，數(shù)控系統(tǒng)報(bào)警后，機(jī)床會立即停止，機(jī)床兩龍門中間還有2m多的安全距離，最大12mm的過沖不會使機(jī)床相撞，所以超聲波開關(guān)可以安全可靠地起到硬限位的作用。

5.　結(jié)語

通過以上設(shè)置，雙龍門機(jī)床可解決X軸的防撞問題，滿足技術(shù)協(xié)議所提出的在兩個(gè)龍門之間設(shè)置硬限位的要求，超聲波開關(guān)的成功應(yīng)用，為今后雙龍門機(jī)床的防撞問題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此類開關(guān)第一次在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用，開拓了我們的設(shè)計(jì)思路，節(jié)省了安裝空間和機(jī)械部件，使機(jī)床更加美觀可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 倍加福公司. 超聲波傳感器技術(shù)資料[E].德國：倍加福公司，2000.

收稿日期：（20150520）