光電傳感器在自動化生產線上的應用

鄧吉利

摘要：近年來，社會進步迅速，我國的自動化建設的發展也有了改善。光電傳感器具有物理結構簡單、信號處理方式便捷等特點，因而在結構化環境、低成本產品中有著廣泛而深入的應用。雖然，其存在檢測距離較勁、預測性不強等缺陷，但在信息處理軟件、魯棒控制策略等的支持下，可滿足自動尋跡等簡單環境的應用需求。本文基于光電傳感器探討了智能車尋跡系統軟硬件的開發，并對其自動尋跡、避障及速度控制的實現進行了研究。

關鍵詞：光電傳感器;自動化生產線;應用

引言

近年來，隨著我國經濟和科學信息技術的發展進步，我國工業企業之間的市場競爭也日益激烈，在此背景下，工業企業逐漸開始重視提高生產線自動化水平，以此提高企業的綜合競爭實力。通過在企業生產線中應用光電傳感器，可以有效提高企業自動化生產線的工作效率。為此，企業應加強對光電傳感器的分析，明確其原理和分類，從而充分發揮光電傳感器的作用，提高企業生產線的自動化水平，為企業的長久發展保駕護航。

1光電傳感器的原理及分類

1.1光電效應

光電傳感器在實際應用過程中，應用最多的是光電效應原理，這也是光電傳感器名稱的由來，下面就光電效應做簡單分析。一個物體如果受到了光的輻射，物體內部的電子會接收光粒子中的能量，這些能量被物體內部的電子吸收后也會發生一定的變化，如粒子本身的特性會發生變化，其變化過程被稱為外光電效應和內光電效應。其中，外光電效應主要指的是物體被光照射以后，出現的一種電子外溢現象，人們生活中較為常見的光電管就是根據這個原理制作而成的;內光電效應則主要指的是物體被光照射以后，沒有出現電子外溢現象，但是，物體的電導會發生一定的變化，或者物體的電動勢會發生一定的變化，人們生活中的二極管就是利用這個原理造成的。

1.2光電傳感器的分類

目前，我國市場上出現的光電傳感器的類型有很多，根據其發射源、光源、接收源以及光電元件的不同，可以將光電傳感器分成4種類型，即槽型類光電傳感器、對射型光源傳感器、反光版型光電傳感器以及漫反射性的光電傳感器。其中，槽型類的光電傳感器和對射型光源傳感器在我國工業企業中的應用較為普遍，而反光版型光電傳感器以及漫反射性的光電傳感器則通常被應用在較大規模的企業中，在小型的企業中不常見。

2光電傳感器在自動化生產線上的應用

2.1光電傳感器的設計

智能尋跡系統需要加裝各類光電傳感器實現道路識別、路況判斷、線路優化等功能，主要涉及反射式光電傳感器、光電編碼器、光敏電阻、紅外遙控等。本系統采用兩組反射式光電傳感器：一組為自制傳感器陣列，負責尋線，光源為16個LED發射管，并借助光敏電阻接收反射光線，所接收光強信號通過系統檢測電路轉換為電壓輸出信號Vout，作為反射面與傳感器間距x的函數，當反射面介質不同，Vout與x呈非線性關系。系統可依據白色標記線、深色背景反射率的差異，借傳感器陣列將反射光強劃分為16個index區間，通過index值組合獲知智能車與道路標記線的位置，繼而完成尋線控制;另一組為商用紅外光電傳感器，負責識別障礙及控制車速，該傳感器加設在車輪兩側，采用048W型封裝，對于障礙識別而言，該傳感器采用性能較高的FS-359F傳感器，其在無強烈陽光干擾下探測距離長達8cm，可有效滿足測距需求。

2.2光電傳感器在機械加工生產線中的應用

目前，我國工業企業在實際生產工作中，通常情況下采取數控機床進行生產線作業，可以有效提高企業的生產量，但是，對于產品質量，需要企業進行人工檢測，但是人工檢測常出現誤差較大的問題，而將光電傳感器應用到產品質量檢測中，可以提高質量檢測的自動化水平和精確度，有效避免人工誤差。另外，將光電傳感器應用在機械加工生產線中，還可以有效提高生產物品的精準度、運行速度等指標，從而促進工業企業的高效生產。最后，成產品制作以后，還可以利用光電傳感器進行產品質量檢驗，進而保證企業產品的生產質量。

2.3系統硬件設計與布局

對于智能尋跡系統而言，其硬件組成涉及光電傳感器、傳感器信號處理電路、主控制器電路、調速電機驅動電路、調速電機等部分，由于硬件開發涉及雙邊軌跡，需要選擇具有較強定向性及亮度的激光管，依循檢測功能的差異將其劃分為上、下、前三排，使之面向兩側呈“八”字分布，采用伺服舵機實現上排搖動檢測，配合光電傳感器的科學排布與信號采集電路的合理設計，完成系統雙邊尋跡及尋線檢測過程。其中，上、下排負責提供雙邊尋線功能，其借助八字型排布成功將電路板劃分為兩部分，左、右各設5個激光管，可實現路徑兩側黑線的同步檢測，而小車上排電路板與搖頭舵機連接，后者設置與小車上，行駛時可借該裝置控制上排激光管隨動于道路兩側黑線，使之始終保持均勻照射與尋線檢測。但應注意的是，十字路口未設黑線，上坡時車身上部偏高，激光無法隨線，此時需調節舵機改由下排尋線。因前排負責對起止線、坡道等進行識別，因而根據起止線接近道路中間，因而采用的是“一”字型分布，即左、右兩側各設3個激光管。本文所設計智能尋跡系統中，小車上、下排信息采集電路是借助650nm激光管分時點亮，并利用譯碼器逐次加以選通，耗時約5ms。在信息采集過程中，調制管會產生160-180KHz方波，經由三極管完成光電信號調制過程，使其滿足接收管靈敏區間要求，并成功被接收管接收，其中，一個接收管負責三個激光管信號接收，如此有效控制了管的數量與傳感器的重量，也削弱外部環境光線可能帶來的不良影響。本系統中，前排選擇的是980nm紅外反射式激光管，確保其常亮且由二極管接收對應的返回信號，設計過程中要注意將各二極管進行遮光處理，以防日光影響。

2.4光學測量傳感器和轉速傳感器在刀具制造企業和汽車控制系統中的應用

光學測量傳感器和其他傳感器可以快速捕捉各個車間分散的數據，通過快速計算機網絡將數據傳輸到控制中心的電腦上，達到機械制造的自動化控制。現代三維高精度光學測量系統在刀具制作過程中可精確測量刀具的外型，將測量數據實時傳送到控制中心，控制中心根據實時數據對刀具生產過程實時控制，提高了刀具生產質量，降低了勞動強度和刀具生產成本。高精度光學測量系統利用激光傳感器對復雜幾何形狀測量，精度可達1微米。傳感器典型應用為機器人，機器人使用內部和外部傳感器：內部傳感器協調機器人自身各部分;外部傳感器識別外部環境。在內、外傳感器配合下，機器人的自動化程度極大提高。安裝在機器人電源上的溫度傳感器為內部傳感器，實時監控機器人內部電源溫度并反饋給控制中心;多角度攝相頭，實時監視外部環境反饋給控制中心，為外部傳感器。汽車行駛過程中，安裝在防滑系統中的傳感器可以協助系統提高車輛駕駛的穩定性。該系統除了應用轉速傳感器以外，還應用了轉速傳感器檢測車輪的即時轉速，加速傳感器來測量車輛傳動軸的回轉運動力和離心力。

結語

各類傳感器發展迅速，特別是在機械制造自動控制領域，傳感器技術在機械制造、大氣污染檢測、生產線自動化控制等方面具有很大的應用價值和不斷發展的潛力，這個技術是當今和未來工業自動化的關鍵技術。

參考文獻

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