(湛江市技师学院 广东湛江 524000)
摘要：传感器是机电自动化控制体系中主要检测设备，其可以通过机电自动化控制系统周边及自身信息的收集、整理，为机电自动系统外部信息收集、数据转换、控制一体化运行提供依据。本文以传感器技术在机电自动化控制领域中应用特点入手，结合机械加工领域扭矩测量中扭矩传感器检测技术在步进电机断路器上紧螺丝检测中的应用，对传感器技术在机电自动化控制领域中的应用及应用前景进行了简单的分析。
关键词：传感器技术；机电自动化控制；扭矩传感器；步进电机
前言
传感器技术是一种技术含量较高的新型智能技术，其在机电自动控制中发挥着重要的左右。在机电自动化控制体系中，传感器可依据相应的物理规律，将被测量数据转换为同等数量值输出，在保证信息准确、迅速获取的同时，也可以有效提高整体机电自动化控制运行质量。而为了进一步提高机电自动化控制效率，强化传感器技术研究及先进传感器设备引入就成为机电自动化控制领域发展的主要课题。
1.传感器技术在机电自动化控制领域中应用特点
在机电自动化领域，传感器技术应用较为广泛。传感器技术自身具有良好的电磁场兼容特性及较高的数据转换率，在模块间传输时不会出现数据遗漏、数据丢失等情况。特别是新型数据转码技术、智能滤波技术的应用，可有效控制传感器数据传输对接率在100%。同时在传感器数据传输环节，也具有较为稳定的传输接口出码率，在实际传感器应用过程中，可通过标准接口的应用，将传感器直接与计算机连接，以工业控制为主的数据连接形式，可以通过计算机编程达到传感器定时数据收集及预储存的目的。而计算机独特的信息数据处理形式，也可以有效简化机电自动化控制操作流程，提高机电自动化控制效率。
2.传感器技术在机电自动化控制领域中的应用
2.1扭矩传感器在步进电机控制中的应用
2.1.1扭矩传感器应用结构
扭矩传感器是传感器技术的主要类型之一，ZRN503型扭矩传感器灵敏度为（1.0±0.20）mV/V，内部PLC为S7-201系列CPU224XPCN。其在实际运用中主要运用机械弹性的被测扭矩在扭矩作用下产生的弹性变形进行扭矩测量。由于在转轴经转矩后其两个截面的相对转角、扭矩具有正比例关系。因此通过对相邻转角的测量可得出扭矩。
ZRN503型扭矩传感器控制结构
2.1.2扭矩传感器在步进电机控制中应用流程
在当前机械加工生产电子控制系统中，大多数机械加工中包含的传感器数量在10只以上，其可以在发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统中发挥良好的控制效用。扭矩传感器在步进电机控制中，首先需要设定系统软件应用流程，并对STEP7-MicroWIN环境中高速脉冲计数器及其内外套筒步进参数进行初始化设置，通过模块集成可对高速计算器初始化数值进行计算。由于磁电式扭矩传感器分辨率为10.0μm，即每读取10个脉冲分辨率，可促使步进电机产生0.10mm的位移[1]。依据上述扭矩传感器分辨率数值，可进行高速计算器计数初始化、步进电机脉冲周期的计算；然后，在步进电机内外套筒初始化之后，可确定整体数控工作台位置。依据前期设定数值，磁电式扭矩传感器可将检测到信号及时传递至高速计数器终端。同时依据计算比较程序判定相应步进电机运作情况。最后，在外部套筒步进电机完全闭环的情况下，实现内部断路器双金属片上螺母的自动紧固。
2.1.3扭矩传感器在步进电机断路器测试系统中应用
在步进电机断路器测试系统中，带有螺丝刀头的一体化螺丝刀可以对应断路器双金属片的六角型螺钉。在通电到断路器运动环节，内套筒电机停止运行，同时外套筒电机进行螺母锁紧。在这一阶段，为了控制外套筒锁紧锁时出现扭矩不当情况，需要在控制系统中进行扭矩传感器的设置。数控工作台上磁电式扭矩传感器的运行，可对电机轴输出扭矩进行实时监测，在一体化螺丝刀对螺母锁紧到一定程度后，扭矩传感器会产生一个瞬间极大值。而磁电式扭矩传感器可根据这一阶跃信号，以电路调理的形式将其传送到PLC控制模块。随后PLC控制模块可进行信号响应，并将相应信号转换为控制信号输出，控制步进电机断路器开启，促使步进电机闭合。
2.2传感器技术在机械加工控制中的应用
2.2.1传感器技术在切削及机床运行中的应用
在工件切削中，传感器技术应用目的主要是控制金属材料切除率。在切削环节，可通过切削力及其变化、切削刀具及工件接触时间、切削切屑状态、切削震颤过程等辨识控制，合理调整切削参数，如电机功率、发射频率、振动幅度等；而在机床运行中，传感器技术主要针对驱动系统、温度检测、温度控制、轴承与回转系统等控制目标，通过被加工件表面粗糙度及加工精度、冷却润滑液流量、功率、机床故障停床实践等传感参数的调整，保证机床稳定运转。
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2.2.2传感器技术在工件运行中运用
相较于机床检测技术而言，工件运转过程检测主要是以工件加工质量控制为目的，即在实际被加工工件运转环节，基于CCD或TV的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等传感器技术可通过工序识别、工件识别，保证工件在加工环节稳定运行。其中工序识别主要是确定加工工序与被加工零部件的要求符合；而工件识别则是通过对机床内部待加工工件或毛坯进行检测，确定其与标准要求相符。同时在工件加工环节，传感器技术还可以通过辨识工件加工位置，保证工艺规程的有效执行[2]。如Colorsight-9000系列颜色传感器、Banner视觉传感器，其具有工件颜色主动识别功能，可以依据工件大致色度主动识别工件差异。
2.2.3传感器技术在砂轮检测中应用
切削、磨削是机电自动化控制领域机械材料加工的重要环节。在刀具与砂轮使用到一定程度时，会出现破损、烧伤、卷刃、塑变等问题。相关问题的发生，不仅会影响刀具或砂轮切削、磨削速率，而且会对被加工工件完整性造成一定损害。而利用传感器技术，可通过刀具砂轮实效检测，设定一定的刀具或砂轮故障停机时间，从而避免砂轮或刀具失效对被加工工件质量造成不利影响。以某刀具传感器应用系统为例，可在切削阶段选择进给转速、切削深度、加工材料切削性能为在线监测目标。利用刀具负载模型的得出相应刀具磨损程度。
2.2.4传感器技术在机器自动控制中的应用
工业机器人是传感器技术发展过程中产生的新型控制技术。其可以通过光电开关、电涡流、微动开关等各种传感器技术的综合应用，有效感知自身、操作目标及整体作业环境的情况，通过位移、速度、加速度、位置等状态信息的有效获取，可利用外部传感器进行信息反馈，从而保证工业机器人重复定位精度，为机电自动化控制领域多种危险加工作业顺利进行提供保障。在工业机器人设计过程中，为了保证其位姿识别功能的有效发挥，可在以往位置传感器应用的基础上，利用光电鼠标在工业机器人身体的合理位置装设三个或多个光电鼠标传感器及距离传感器，通过将其初始状态设置在同一水平线，结合TP8452微处理器的应用，可将多个传感器信息进行融合，得到工业机器人位置信息。在获得工业机器人位置信息后，可传递给上位机，进行控制及工件加工信息的显示[3]。
3.传感器技术在机电自动化领域中应用前景
21世纪人类全面进入信息数字化时代，人们对领域及空间的探索范围也不断拓展，而信息传递速度及处理能力的提升，也为信息传感技术大范围应用提供了机遇。从统一市场的视角进行分析，我国传感器技术在机电自动化领域具有极其广阔的发展前景。传感器技术在未来发展过程中，主要体现在以下几个方面：
3.1新型敏感材料开发应用
信息处理、生物化学、光电子、微电子等多学科互相渗透、互相影响，为新型传感器敏感材料的开发应用提供了有效的依据。
3.2新的物理效应产生
传感器技术在机电自动化控制领域主要是以各种物理效应为依据，在近代物理学发展过程中，仿造生物感觉功能的新型传感器的开发研制为传感器技术应用范围的进一步拓展提供了依据。
3.3互换性及精确度进一步提升
在科学技术发展过程中，对机电自动化控制领域互感器灵敏度、稳定性、科学性及响应速度也有了更高的要求。特别是超精度在线监测技术出现以来，小于0.10μm传感监测已成为可能，而传感器功能也有望突破传统功能，即微电脑处理数字信号代替传统单一模拟信号输出[4]。
4.总结
综上所述，在步进电机螺母锁紧控制系统中应用磁电式扭矩传感器，可实时反馈螺母扭矩信息，在步进电机闭环控制的情况下进行保证螺母紧固程度。磁电式扭矩传感器在步进电机螺母紧锁控制中的应用，表明传感器技术在机电自动化控制领域中的应用，可从根本上解决以往机电开环控制过于随意的问题，提高机电自动化控制精度及生产效率，为机电自动化领域传感器技术控制能力的进一步提升提供了依据。
参考文献：
[1]王有忠. 微机电系统在计量领域中的应用[J]. 精密制造与自动化, 2013(4):6-8.
[2]刘晓琳. 传感器技术在机电自动化控制中的应用[J]. 电子技术与软件工程, 2014(23):250-250.
[3]郑扬, 谭胡心. 传感器技术在机电自动化控制中的应用[J]. 工业, 2015(6):298-298.
[4]石晓娟, 任丽红. 传感器技术在机电自动化控制中的应用解析[J]. 科技风, 2017(18):203-203.
论文作者:黄由国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
标签：传感器论文; 机电论文; 扭矩论文; 工件论文; 技术论文; 自动化控制论文; 领域论文; 《电力设备》2018年第17期论文;