闵 妍

（同济大学浙江学院 浙江 嘉兴 314051）

1 引言

传感器作为测量系统中的前置测量转换设备，是目前比较常用和先进的仪器设备，也是当前世界各国家特别关注的高新科技[1]。如今，由于科学技术飞快的发展，传感器技术已经融合了许多先进的科学技术，又具有优越的性能，所以在许多领域中都能很好地处理问题，为相关的测试技术带来了许多便捷。

2 柔性自动化技术的介绍

柔性自动化是机械和电子技术的结合，是新一代的综合自动化控制系统。在机电一体化机器中，它是一个灵活多变的程序，也可称为可变编程自动化。其创建于20世纪50年代，以硬件为基础并且以软件为支持，它允许通过修改程序来实施必要的控制措施，以便灵活且易于更改，确保生产过程的灵活性和效率，适应多学科、中小型生产，包括数控机床与技术中心、加工中心、工业机器人、柔性制造模块、柔性制造系统等等。以数控机床为例，数控机床是根据指定的工作程序、移动速度和轨迹自动加工刀具的机床。数控机床对零件的加工过程是在严格的参数和操作下进行的，它是一种高效的自动或半自动机床。与普通机床相比，当机器对象发生变化时，它通常只经过数字控制程序的调整，可以显示良好的适应性，并有一个较短的生产准备周期。数控机床本身精度高，加工用量选择方便，性能高，比普通机床大3～5倍。加工一些复杂零件，生产效率可提高十几倍或几十倍，为生产过程的自动化创造了条件。

3 传感器在柔性自动化中的应用情况分析

一方面，传感器是一种物理装置，能够检测和接收外界的物理信号，像光、热、湿度和电等等，还能接收化学信号比如烟雾，并将探测到的信息传送给其他的元件或者控制装置[2]。例如光电传感器的物理基础是光电效应，在现代测量与控制系统中应用非常广泛。另一方面，传感器也是一种检测装置，能检测到被测量的所发送过来的信息，并且按照一定的规律转变成为电信号或其他形式的信号输出，为了满足信号的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，一般是由敏感元件和转换元件组成。它可以在工程状态下直接测量，根据特定模式转换为相同值或不同值输出的装置。传感器的功能类似于人类的感官。在某种程度上，它们代表了人类感官的扩展。该传感器可以控制自动化系统的工作、操作对象、操作环境等，为系统的有效控制提供了可靠的依据。

3.1 光电传感器在机械加工过程中的应用

随着科学技术的进步，光电传感器技术的应用越来越广泛，它们被用于生产过程的检测。光电传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的装置，其基本工作原理是基于光电效应的，即因光照引起物体的电学特性而改变的现象。与传统传感器相比，光电传感器具有一定的优势，响应快、结构简单、可靠性高等等。在生产线上，光电传感器可以检测更长的距离，扩大检测范围。另一方面，光电传感器在生产线检测过程中的应用不受外界因素的干扰，保证了有效的科学检测，更好的控制功能，不会受到太大的限制[3]。在加工过程中，利用光电传感器可以实时监控系统的运行情况，如控制机床系统数据，驱动控制系统数据、轴承系统数据和旋转系统数据等。除此之外，还可以控制振动范围和位置变化。最后，根据光电传感器的检测结果对生产零件进行优化调整，提高产品的加工精度。在加工各种产品后，科学的质量控制要求应用光电传感器可以提高产品质量，确保产品质量符合国家标准并且充分发挥工作作用，提高工作效率。

3.2 电感式传感器在汽车制造中的应用

电感式传感器的工作原理是电磁感应原理，可以将被测非电量（如位移、压力、加速度等）转换成线圈自感量或互感量的变化，再通过电路转换成电压或电流的变化量输出[4]。它结构简单，测量精度高，零点稳定，普遍应用于控制系统。在汽车生产线中，从车身到总装的所有生产阶段都需要使用剪式升降机。将车身移动到所需的加工位置，以便工人能够正常完成任务。为了确保工人不危险，只有在剪式升降机被锁定后，才能进行切割和加工。只有当最终位置发出信号时，产品才能放在工作台上进行加工处理。电感式安全传感器则是可靠确定剪式升降机末端位置的理想选择。使用两个电感式安全传感器可用于确定收缩和伸长的最终位置。电感式安全传感器符合标准，节省空间设计，安装灵活，易于集成到剪式升降机中。电感式传感器没有盲区，因此不必与目标保持最小距离。标准金属执行器的金属零件或组件辅助结构可以用作目标，而不需要有任何改变和调整，传感器可以直接集成到安全回路中。

4 存在的问题

目前，虽然传感器已广泛应用于生产领域，很多传感器都有着效率高、结构简单、可靠性高等等的优点，但还有一些传感器拥有响应慢、精度低的缺点。除了这些缺点，元件老化、不够虚拟也都能造成传感器工作效率低下以及发生故障。

4.1 不够精细

如果传感器不够精细，可能会导致后续加工造成一系列的元件加工不到位而导致产品质量下降或者发生故障，也可能会产生误差甚至是粗大误差，从而降低了生产效率[5]。引起不够精细的原因可能是材料、零部件及工艺的缺陷，标准量值、仪器刻度不准确，环境温度、压力的变化等。

4.2 不够虚拟

传统传感器技术在应用中普遍存在传感器虚拟化不足的问题，会使传感器对接收的信号进行错误地传输、处理、储存等，也许还会造成电路短路或断路的结果。在加工过程中，一旦发生错误，会使产品数据发生改变，增加了成本，效率低下，大大的提升了安全风险。

4.3 不够清洁

传感器不够清洁，空气中的纤维、油、水分和灰尘被长时间吸附，在表面形成厚厚的涂层，严重影响散热和正常电流流动，导致控制失效或失灵，加速老化，增加损耗，甚至燃烧。如果传感器出现了老化或者损坏，会造成反馈数据的不准确，会使控制系统发生发动机起动困难，怠速不稳，油耗大，易熄火等问题，会导致对其他元件的操控性和稳定性下降。同时，也会引起变送器密封材料的劣变，水蒸气会通过外壳进入，造成传感器校准值漂移。

5 解决对策

5.1 提高精度以及误差的削弱和消除

首先，误差的削弱和消除可以使用零位式测量法，是标准量和被测量相比较的测量方式，其优点是测量误差主要取决于参加比较的标准器具的误差，而标准齐聚的误差可以做到很小。零位式测量要求检测系统有足够的灵敏度，在自动化系统中广泛应用的自动平衡显示仪表就属零位式测量。其次，使用微传感器可以一定程度上提高精度，它体积小重量轻，功耗低，性能好，便于集成化和多功能化，提高传感器智能化水平。

5.2 科学合理运用仿真技术

在传感器技术的发展中，我们需要关注传感器的虚拟化问题，提出创新的传感器仿真技术，学会科学合理地使用计算机仿真软件，从而模拟出更真实的自动化生产系统，使产品设计和生产更加精确合理，及时发现和解决生产自动化中的实际问题，优化产品生产工艺和技术质量。因此，为了更有效地将虚拟仿真方法应用到相关的实际工作中，需要积累实践经验，将相关技术积极参与到实践中来，不断提高自身专业水平，确保虚拟仿真技术得到有效利用。

5.3 增强传感器的清洁性

在传感器技术的未来应用中，应特别注意传感器的清洁性。例如，可以采用干式加工技术，它有效地弥补了以往切割和磨削方法的缺点，提高了工作效率，节约了自动化生产资源。干式加工工艺用于高速切削，无需冷却或少量润滑油和润滑剂。另外，也可以使用雷达传感器，如果有脏物，会影响雷达探头的探知，而且长时间处在一个探头上，系统检测到异常，就会提醒需要清洁。

6 结语

在柔性自动化控制的精益生产中，最前端的检测元件直接关系着柔性自动化控制的灵敏度和精度。总而言之，传感器技术可以说是现代柔性自动化生产企业中非常重要的一部分，通过传感器技术的应用，我们可以收集到更多有用的信息，有效地将外部物理信息转化为定量信息，向信息系统传输的技术传感器具有传输速度快、精度高、生产速度快、效率高等特点，是高效、协调、统一的技术支撑，推动了机电一体化的进一步发展。未来，传感器在柔性自动化生产中的应用条件需要不断改善，值得相关人员深入研究，以创造更高的社会价值。