自动化机械设计——传感器使用方法

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Face FA机械构造标准件商品目录2003版的标准件使用案例：以1的案例为例（【图1】）、介绍一下转动构造设计中的传感器使用方法。

   1. 1轴定位滑台是由导轨和滚珠丝杠组成 

   2. 用凸轮连杆结构将旋转移动转变为垂直往复的冲压结构

（1）传感器的作用

   传感器是检测机器、检测机械的位置及速度等的运动情况以及冲压等的物理性的状态、周边环境等状况、用检测的信息实施自动化控制。

 

  【图1】的案例、用非接触式光传感（光子传感器）检测定位滑台的位置状况和凸轮轴的旋转角状况、接受这个位置信号运行下一个序列程序。

（2）步进电机和定位传感器的组成

　【图1】的案例是往复运动气缸使用步进电机运行。由于步进电机自动控制旋转角度（转数及移动距离相同）及转速、【図1】的传感器的功能如下。

  2.  控制定位输出定位初始点（原点）

  【图1】的定位滑台的驱动控制传感器设置为3个。其中两端的2个传感器的功能是防止超越移动、中间的1个传感器是原点输出用传感器。

    凸轮轴的旋转角度控制是由光子传感器的开口凸轮和微型光子传感器来检测。

   LCA经常采用的传感器有与滑台及移动体直接接触式检测用微动开关、非接触式检测用光电传感器（光束传感器：PEX11等、微型光子传感器：FPM24等）、接近传感器（PGXL8等）。

   使用传感器进行检测输出控制、所以在使用中检测能力的可靠性非常重要。以下介绍一下常用的检测用传感器的性能比较。请选择适合应用的传感器。

（3）检测用传感器的特性比较

开关种类	微动开关限位开关	接近传感器	光电传感器	光电传感器
项目
检测方式	接触式	非接触式	非接触式	非接触式
检测原理	机械式开关	磁性感应传感	光透式	反光式
动作精度	◎◎	○	○	△
检测距离	△	△	◎◎	◎
响应时间	△	◎	◎	◎
寿命	△	◎	◎	◎
抗干扰性	◎◎	◎	○	○
防尘、防水	○	◎	△	△

 （4）各种传感器的概要

   接触式传感器（微动开关、限位开关）在寿命及响应速度上有缺陷、由于操作精度和抗干扰性（动作的可靠性）的性能非常优越、正确检测结构部件的位置精度时会选用。此外由于有防外力及水、油、尘的构造在使用上的温度范围也非常广泛所以是抗环境性能非常优越的传感器。
   磁性感应式接触传感器是利用磁场的变化进行界限距离检测。周围温度变化使用时、以检测距离70%的范围作为检测距离来使用为首选。其他性能可以达到平衡。

　光电传感器是按受光的构造分为3类。

   ・对射方式

　具有发光部和受光部

   ・回归反射方式

　是由反射板和发光

   ・受光一体部2部分组成

   ・扩散反射方式
　由发光·受光一体部组成
  

   透过方式是通过检测工件阻挡光源来动作。反射方式是通过检测工件的反射光来动作。

   这里介绍一下、直线运行的原点及移动限位的设置、确认操作是否存在等经常会使用光电传感器。

（5）光电传感的种类和特征

形式	传感器形状	传感器構成	特征	米思米产品目录NO.
透过型	对向透过型		检测范围广检测距离长检测稳定	PEX11□PEX11E□PEX13□
透过型	凹槽型		卓越的检测精度调整简单	FPM□24FPM□44FPM□54
反射型	回归反射型		可感应长检测距离 光轴调整简单	PCX□
反射型	扩散反射型		单方向感应根据调整可实现大多数工件的检测	-

（6）滑动导向结构的定位控制案例

   利用滑动导向和滚珠丝杠的构造控制直线运动结构的定位、检测精度采用凹槽型光电传感器。

 【照片】X轴-Y轴的双轴机器人构造。X轴、Y轴各自安装3个凹槽型光电传感器控制直线运动。

   两端的2个传感器为了限制直线运动范围采用限位传感控制、中央的传感器是决定步进电机的旋转开始零点。这个原点传感的位置（电机的旋转角度位置）脉冲为0、希望定位的位置距离（旋转角度）用脉冲值进行编程。   安装在移动侧的被称之为传感器发讯块的遮蔽板、用这个传感器发讯块遮蔽光电传感器检测出光束、是检测移动体位置的系统。   传感器是在传感器用导轨（SEN□B等）上进行简单的定位。

   这里介绍一下利用槽型光电传感器提供高精度化原点位置的设置处理。

 高精度的原点位置设置方法

   中央的光电传感器通过传感器发讯块的位置作为可移动体的原点（＝旋转电机的旋转轴角度原点）、原点设定时传感器发讯块通过速度过大时、可移动体的惯性力即使接收到停止信号也会出现轻微过载导致原点位置的设定产生误差。 原点位置的设定在机械电源ON时和紧急停止处理后进行手动操作、需要注意因为操作时间短可移动物体在高速运转时需要进行移动原点的设定。

   高精度原点位置的设定方法要理解原由、这个操作运用程序自动化节省时间。

原点位置设定时的误差产生原因 　由于可移动物体的惯性力引起的过载导致停止指令

   因此要实施高精度原点位置的设定、有必要在低速时通过传感器发讯块、下面的处理操作是为了这个操作在短时间内处理此项任务

   高精度的原点位置的处理（参考【图】）

   1.传感器发讯块在一定程度高速运行时从单侧通过原点传感器后立即停止

   2.1的状态下、在低速运行时逆方向传感器发讯块移动到达原点传感器OFF状态

   3.这个OFF状态的位置作为原点

■ 目的

   1.的操作在短时间内传感器发讯块返回光电传感器位置
   2.的操作传感器在低速时可检测出传感器发讯块位置但不检测误差
   以上程序标准化后排除人员操作的偏差

　这里介绍一下槽型光电传感器的旋转体原点位置设置

（1）旋转体原点位置的设定方法

   旋转体的旋转位置检测方法与直线运动的位置检测方法相同。旋转运动转变为直线运动的情况下有过载的危险性、旋转运动使用这种方法的话不会导致过载。
　因此结构上只有旋转角的原点位置设定。这个传感器发讯块作为光子传感器可使用滑动凸轮（参考商品目录P.927：HPSC、HPJC）。这种情况下用电机侧的脉冲数控制旋转角（转数）。
　除此以外、可使用多个光子传感器所用的凸轮（参考商品目录P.927：PSC）、还可以通过角度调整的方法直接控制旋转停止位置。

   【照片1】凸轮的旋转控制使用槽型光电传感器和光子传感器所用的开口凸轮来控制。为了检测凸轮位置、设置2个光电传感器和开口凸轮。

   ・避免从接线端子的接线方向过度用力

   ・配线固定位置要确保操作及维修的便利性。

   ・注明传感器编号和连接器编号便于维修

   ・线头要留有移动余量