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正如人們所說的，“無論你到哪里，它都與你同在。”因為大多數(shù)的應(yīng)用仍然都要求這所表達(dá)的更高精度和更好可重復(fù)性，所以這里介紹關(guān)于如何選擇和安裝位置傳感器的建議。
什么樣的傳感器才是對特定應(yīng)用合適的傳感器呢？這取決于對精度、可重復(fù)性、速度、預(yù)算、連接性、環(huán)境和位置的要求，以及其他一些因素。你說的沒錯，選用正確的測量方法是任何成功應(yīng)用中閉合回路的第一步。
可檢測位置的傳感器技術(shù)幾乎與為機(jī)器控制和其他用途提供反饋的應(yīng)用一樣多種多樣。空間可能是直線的、平面的、旋轉(zhuǎn)的和三維的。在一些應(yīng)用中，它們結(jié)合使用。傳感元件同樣也是多種多樣。
DMC公司（總部位于芝加哥的系統(tǒng)集成商）的技術(shù)總監(jiān)Ken Brey勾畫了選擇位置傳感器的幾點選擇。
數(shù)字化思考
對數(shù)字式位置回饋：
■ 增量型編碼器 所有的運(yùn)動控制器都支持；有旋轉(zhuǎn)和直線類型以及多種解決方案；被多種其他設(shè)備仿真；當(dāng)斷電時，要求具有回復(fù)原位過程，以實現(xiàn)為機(jī)器提供物理標(biāo)記參考。
■ 絕對編碼器 天生就只有很少的運(yùn)動控制器支持；可以用于具有足夠多可用數(shù)字輸入的控制器；在它們的范圍內(nèi)（通常是一個旋轉(zhuǎn)）可以報告完整的位置；不要求回復(fù)原位。
■ 解算器 在焊接應(yīng)用中對高等級噪聲有很高的免疫力；在一些較大的電機(jī)中成為使用標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)配合恰當(dāng)?shù)乃欧糯笃魇褂脮r可模擬增量型編碼器；和一些伺服放大器共同使用可以模擬絕對編碼器。
■ 雙編碼器反饋 通常未被充分利用，天生地可被大部分的運(yùn)動控制器支持；一個編碼器安放在電機(jī)上，另一個直接安放在負(fù)載上；當(dāng)電機(jī)和負(fù)載間的機(jī)械連接是柔性的或者是能滑動的時候，是非常有益處的。
■ 視覺系統(tǒng) 廣泛地用于檢測，也可用于位置反饋。這樣的系統(tǒng)可在多維空間定位目標(biāo)，典型的是X、Y和旋轉(zhuǎn)；通常用于查找傳送帶上的元件，目前正在提高速度和簡單易用性。
一個金屬軋制、沖壓和切割應(yīng)用提供了雙編碼反饋使用實例。“它要求通過軋機(jī)為沖壓過程快速和精確地標(biāo)定材料指數(shù)。軋機(jī)產(chǎn)生數(shù)量不一致的材料伸展和輥子滑移” Brey解釋說。
“通過在雙回路配置中，在輸出的材料上使用編碼器作為位置反饋和電機(jī)解算器作為速度反饋，系統(tǒng)被調(diào)節(jié)得穩(wěn)定，且單一標(biāo)定移動提供精確的標(biāo)定長度。這比先移動、后測量誤差，再不得不進(jìn)行第二次校正移動要快得多，且更精確。”他說有創(chuàng)造性，經(jīng)濟(jì)節(jié)約
Innoventor公司(密蘇里州圣路易斯市的系統(tǒng)集成商) 的總工程師 Sam Hammond建議說：應(yīng)用目的決定位置傳感器的選擇；測量與反饋不應(yīng)該很復(fù)雜?！皠?chuàng)造性的實施可提供簡單、經(jīng)濟(jì)的解決方案，”他說。例如，對排序問題，接近開關(guān)在許多場合可發(fā)揮很好的作用。
近來傳感器的應(yīng)用包括在前面圖片中提到的AGV（自動引導(dǎo)車）以及下面一些。
■ 在一個用于密封茶葉容器頂蓋的機(jī)器中，接近開關(guān)和對射式傳感器定位靠近的包裝。NI公司的視覺系統(tǒng)獲得圖像并被處理，來發(fā)現(xiàn)提前印在標(biāo)簽上的條形碼的位置，然后給出恰當(dāng)?shù)碾姍C(jī)指令以實現(xiàn)理想的位置（旋轉(zhuǎn)）放置來應(yīng)用125種標(biāo)簽類型中的一種。其中用到了兩種類型的位置傳感器。一種是簡單的感應(yīng)式接近開關(guān)，用于監(jiān)測機(jī)器狀態(tài)以確保即將發(fā)生運(yùn)動的各種運(yùn)動元件處于正確的位置。照相機(jī)也作為位置傳感器使用，選擇它是因為它的多目的用途、特征定位和讀條碼能力。
■ 連續(xù)沖模（progressive-die）沖床閉環(huán)運(yùn)行。線性輸出接近開關(guān)為優(yōu)化沖模運(yùn)行提供控制反饋；伺服電機(jī)在彎曲階段調(diào)整沖模位置。選用線性接近開關(guān)從金屬沖壓運(yùn)行狀態(tài)給出尺寸讀數(shù)；數(shù)據(jù)用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。
■ 元件檢查使用激光距離測量設(shè)備來確定表面光滑度。傳感器測量返回光束的偏移，由10微米的尺寸即可指示出不同的表面。編碼器在距離大于1米的時候不能工作。選擇激光測量技術(shù)是因為它具有非常高的空間分辨率，不要求表面接觸，以及具有相當(dāng)高的距離分辨率。
汽車鑰匙和門鎖集成系統(tǒng)使用接近開關(guān)監(jiān)測在就位位置的頂蓋。與自動機(jī)械裝置一起應(yīng)用的激光外形傳感器測量鑰匙外形。
使用什么？在哪里使用？
傳感器供應(yīng)商認(rèn)為發(fā)揮各種位置傳感技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢能有利于各種應(yīng)用。
MTS 公司傳感器部的產(chǎn)品市場經(jīng)理David Edeal說：“對苛刻的工廠自動化環(huán)境來說，在顧客眼中最重要的因素，是產(chǎn)品的耐用性和可靠性，這甚至超過速度和精度。因此，具有內(nèi)在非接觸式傳感技術(shù)（電磁感應(yīng)、磁致伸縮、激光等）的產(chǎn)品比那些依靠物理接觸的技術(shù)（電阻式、電纜擴(kuò)展等）具有非常巨大的優(yōu)勢?！?BR> 其他重要的因素是產(chǎn)品使用范圍和應(yīng)用靈活性。Edeal說：“換句話說，能夠適應(yīng)行程范圍、環(huán)境條件的重大變化和能夠提供大范圍接口選擇的技術(shù)對更喜歡避免使用多種傳感器類型的客戶具有重大價值。關(guān)于這些要求，所有技術(shù)天生都有缺陷，這就是為什么會有這么多種選擇?！?BR> Edeal暗示使某些技術(shù)適合特定應(yīng)用的高額成本帶來了一種限制，例如對線性可變差動變壓器（LVDT）的限制?！靶谐涕L度超過12英尺的線性可變差動變壓器非常少見，因為較大的產(chǎn)品外殼（約是行程長度的兩倍）和很高的原料和制造成本。另一方面，磁致伸縮傳感技術(shù)總是要求調(diào)節(jié)電子設(shè)備。隨著微電子學(xué)的出現(xiàn)和專用集成電路的應(yīng)用，今天我們已經(jīng)前進(jìn)到了這樣一點，在相同的緊湊封裝中有多種可編程輸出類型（如模擬、編碼器和現(xiàn)場總線）可用。傳感器供應(yīng)商的關(guān)鍵是推動封裝的發(fā)展，以擴(kuò)展使用范圍（優(yōu)點），同時最小化他們技術(shù)上的局限（缺點）?！?BR> 聽聽你的應(yīng)用
不同的傳感器類型對不同的用途提供特有的優(yōu)點， Pepperl+Fuchs 公司的產(chǎn)品經(jīng)理Tom Corbett同意這一點?！坝袝r應(yīng)用本身是需要哪一種傳感模式的決定因素。例如，在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的機(jī)器表面或傳送帶將意味著使用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模式傳感器與使用帶背景抑制的擴(kuò)散模式傳感器會有不同。雖然標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散模式不能夠忽略這樣的背景目標(biāo)，但是背景抑制模型能稍有不同地評估區(qū)別目標(biāo)表面和背景表面?！?BR>Corbett繼續(xù)說，“相似的，在反射應(yīng)用中，一個發(fā)亮的對象會要求使用偏振反射式的傳感器。盡管標(biāo)準(zhǔn)反射式傳感器在對準(zhǔn)一個閃亮目標(biāo)時會誤觸發(fā)，但偏振反射式采用偏振濾光片來區(qū)分發(fā)光物體和反射體?！?BR> MTS公司的 Edeal說：“每一種技術(shù)都有理想的應(yīng)用，此時它容易放大它的優(yōu)點并最小化它的缺點。例如，在木材制品行業(yè)中高精度，可變行程范圍，抵抗高沖擊與振動、電磁干擾和溫度起伏的能力是非常重要的；磁致伸縮位置傳感器是線性反饋的******。同樣，旋轉(zhuǎn)光編碼器是電機(jī)反饋的理想適用品，因為他們具有的封裝、響應(yīng)速度、精度、耐用性和對噪聲的抵抗力。如果應(yīng)用正確，線性位置傳感器能幫助設(shè)計者在很長一段時間內(nèi)確保******的機(jī)器生產(chǎn)率。”
先從大范圍考慮，再縮小考慮范圍，這常常是為系統(tǒng)設(shè)計傳感器的******方法。Edeal說：“傳感器的規(guī)范應(yīng)該從機(jī)器/系統(tǒng)級的要求開始制訂，然后向后朝子系統(tǒng)級細(xì)化，最終到達(dá)元件級。這是典型的做法，但是經(jīng)常發(fā)生的是一些系統(tǒng)級的規(guī)范沒有恰當(dāng)?shù)鼗蛲暾叵蚝蠹?xì)化翻譯為元件要求（這并非是一件微不足道的工作）。例如，在沒有深入分析或不具備以往經(jīng)驗的情況下，機(jī)器如何運(yùn)行會產(chǎn)生獨(dú)特的或額外的環(huán)境挑戰(zhàn)（溫度、振動等）可能是不清楚的。這會導(dǎo)致在最壞的情況下過低的指定了傳感器，或者另外一種情況是應(yīng)用于保守估計的情況下，過高地指定了產(chǎn)品?！?BR> 開環(huán)還是閉環(huán)
在設(shè)計的初期，那些涉及需要決定結(jié)構(gòu)體系的因素是開環(huán)還是閉環(huán)。AutomationDirect 公司的產(chǎn)品經(jīng)理Paul Ruland說：“成本和性能通常是用于決定在電機(jī)定位系統(tǒng)中采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制的兩個主要標(biāo)準(zhǔn)。開環(huán)控制，如步進(jìn)系統(tǒng)，當(dāng)恰當(dāng)?shù)刂贫ㄋ牟介L大小的時候，常常能極其可靠和精確。這里沒有運(yùn)行前調(diào)節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，這天生地使其易于應(yīng)用。兩種類型通常都可由相同的運(yùn)動控制器控制。一個帶微步進(jìn)驅(qū)動器的NEMA 23步進(jìn)電機(jī)目前僅需188美元就可購得，比較之下，相同功能的伺服系統(tǒng)約要700美元?！?BR> Edeal說：“創(chuàng)造控制系統(tǒng)是為了使生產(chǎn)過程自動化，目前就有很多高性能控制系統(tǒng)的優(yōu)秀實例，這些控制系統(tǒng)即便有反饋也要求極少。但是在結(jié)構(gòu)體系（設(shè)備）或輸入（需求或擾動）發(fā)生了變化的地方，反饋則是必需的，以應(yīng)付不曾預(yù)料的變化。在處理側(cè)，精度（既有靜態(tài)又有動態(tài)）對最終產(chǎn)品的質(zhì)量非常重要，且系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可重復(fù)性（耐用性）對機(jī)器的生產(chǎn)率也非常重要?！?BR> “例如，”Edeal說，“在切削或噴射造型應(yīng)用中，工具、模子或活塞的位置反饋對所制造零件的最終尺寸非常關(guān)鍵。除了極少的例外，零件尺寸的精度永遠(yuǎn)不會超過位置傳感器的精度。同樣的，傳感器的帶寬（響應(yīng)速度）與執(zhí)行器的響應(yīng)限制一起可能會限制生產(chǎn)效率?！?BR> “最后，在高沖擊與振動和溫度動態(tài)變化很常見的環(huán)境類型中，一個只是在很窄的運(yùn)行條件范圍內(nèi)精確的傳感器是不夠用的?！?BR> 最新進(jìn)展
應(yīng)用于制造和加工過程的最新位置傳感器技術(shù)是什么？為什么？
Ruland說：“即使在最簡單的設(shè)備中也可以發(fā)現(xiàn)某些用于制造應(yīng)用的定位技術(shù)的最新發(fā)展，例如新的低成本接近開關(guān)。這些接近開關(guān)設(shè)備中的許多產(chǎn)品目前可以低至20美元的價格購得，且波形系數(shù)更小、直徑低至3mm。一些專業(yè)型的接近開關(guān)設(shè)備目前也可購得，其提升后的響應(yīng)頻率高達(dá)20kHz。在安裝困難和編碼器成本有時不切實際的地方，接近開關(guān)提供一種非常有吸引力的選擇；許多位置控制應(yīng)用能從提高性能、減小的封裝尺寸和降低的購進(jìn)價格與安裝成本中受益?！?BR> Corbett 表示同意。“光電傳感器正越變越小，越來越耐用和靈活，并且比以前封裝了更多的標(biāo)準(zhǔn)特性。一些新的光電傳感器的體積大約只是傳統(tǒng)圓柱型殼體的一半，并且與標(biāo)準(zhǔn)粘合殼體相比，具有焊接殼體的特點。這些特征在制造和加工應(yīng)用中是非常理想的，因為它們應(yīng)用的空間條件非常苛刻和耐久力要求極高的地方，并且更靈活的連接和安裝選項（同一產(chǎn)品既可側(cè)面安裝又可管嘴安裝）允許用戶為它們的機(jī)器采用標(biāo)準(zhǔn)傳感器，而不是反過來。”
另一種簡單的革新，Corbett說，是利用高可見度、360度的LED從任何視角清晰地顯示狀態(tài)信息?！俺?a >電源和輸出，這樣改進(jìn)的LED還能指示過載和超越邊界增益。這樣的傳感器作為標(biāo)準(zhǔn)配置提供可調(diào)的敏感度，但是還具有可選的防破壞外殼以阻止未授權(quán)的調(diào)整?！?BR> 相關(guān)更多信息，請訪問下列網(wǎng)站：
www.automationdirect.com
www.cesuppliersearch.com
www.dmcinfo.com
www.innoventor.net
www.mtssensors.com
www.ni.com
www.am.pepperl-fuchs.com
www.senscomp.com
www.sickusa.com |
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