传感器技术在机电一体化系统中的应用研究

2021-11-21薛林

电子制作 2021年4期

关键词：数控机床机械加工机电

薛林

（广东省技师学院，广东惠州，516100）

0 引言

机电一体化系统中使用了大量的传感器来感知周围的情况，保证对系统的运行作出精确的控制。因此，传感器技术的提升能够推动机电一体化系统的各项工作水平的提升，对提升系统的工作质量和效率有着十分重要的意义。

1 传感器技术概述

■1.1 传感器的构成和基本原理

传感器能够对外界的变化做出感知，并且将信息按照一定的规律转化成可以远距离传播的信号，是一种重要的测量装置。传感器对信息的转化形式主要为电信号，也可以是其他形式的信号[1]。其测量的关键是敏感元件，敏感元件可以接受物体或周围环境在物理、化学、生物效应的改变，将其转化成可传递、可利用的信号。

■1.2 传感器的分类

由于目前传感器的使用十分广泛，因此对传感器有很多种分类方法。可以根据被测量的物理量不同，将传感器分为位移传感器、力学传感器、温度传感器、压力传感器等等；根据传感器不同的工作原理，可以将传感器分为电学传感器、磁学传感器、光电传感器和半导体传感器等等；依据传感器的信号特征也可以将传感器分为物性传感器、结构性传感器；根据敏感元件和被测对象之间的能量关系，也可以将传感器分为转换性传感器和能量控制性传感器；根据信号的输出方式进行分类，传感器可以分为模拟式传感器和数字式传感器等。

2 机电一体化概述

机电一体化是指在机械的主要功能、动力功能、控制功能和信息功能上使用微电子技术，将机电的不同功能利用电子硬件和电脑软件整合，构成一个一体化的系统。从本质上来说，机电一体化是机械、微电子、信息三种不同的技术交叉得到的产物，会利用机械技术、计算机技术、数据技术、自动控制技术、检测传感器技术等等，是一个由多个不同学科交叉而形成高技术集成性领域。依靠着电子技术的高速发展，很多微处理器、微电脑在机电各种领域中都得到了广泛应用，促进了机电一体化技术的发展。生活中的很多物品生产、高级工业制造都离不开机电一体化技术，对未来的科学发展有着十分重要的作用。

3 机电一体化中的传感器

机电一体化设备会利用传感器对系统内部情况进行检测，并发出控制指令，因此传感器在机电一体化中有着重要的作用，传感器的精度，一定程度上决定了设备的精度和工作效率。传感器在机电一体化系统中承担提升转换系统性能、提升机电一体化系统工作精度、保证信号传输准确率等重要的任务，所以传感器在机电一体化系统中有着十分重要的意义。在传感器被广泛应用的情况下，工作人员也能做到时刻对系统状态有保持充分的了解，保证相关技术人员可以对机电设备工作状态做出调整，提升对设备的利用率和保证系统的使用寿命，具有较大的经济价值和保障作用[2]。所以，传感器是机电一体化系统的神经，可以让机电一体化系统获得信息，保证工作的准确性和效率，对于提升机电一体化设备的技术水平有着决定性的作用。

4 传感器技术在机电一体化系统中的应用

目前，传感器已经在机电一体化系统中获得了十分广泛的应用，各种设备都需要有传感器才能正常工作。由于机电一体化有很多的不同领域，对传感器的需求也会有明显的不同，无论是传感器的功能、测量数据的种类都会有较大的差别，所以在不同机电一体化系统中，传感器的应用方式会有明显的差异。

■4.1 机械加工领域传感器的应用

机电一体化系统的重要应用方向就是机械加工领域，普遍使用了传感器。因为机械的加工零件会不断位移、偏转，传感器将会对这些数据进行测量，获得真实的物理数据，以保证零件的切割精度。同时，使用传感器对零件的加工过程可以作出更主动的控制，能主动改变参数来确保机械加工的准确性和有效性。很多传感器会将切割元件过程中的数值转化成电信号发送到中心计算机，技术人员就可以对机械加工设备进行遥控，以保证机械加工工作的效率和质量[3]。而且，通过使用传感器让系统的运行效率有了明显的提升，全面提升了机械加工工作的效益。

■4.2 数控机床领域的传感器技术

数控机床是进行机械生产、机械加工的重要技术设备，也是目前机电一体化系统应用的主要方向。由于传感器技术在数控机床中逐渐普及，数控机床的性能相比过去有了明显提升，并且满足了很多全新的技术要求。在数控机床中，通过使用传感器可以让技术人员能选择最合适的控制策略，确保数控机床的运行精度。而且数控机床也因为传感器的发展朝着小体积、高精度的方向发展，可以对批量生产时刻保持检测，让零件的生产效率和质量都得到了极大幅度的提升。由于数控机床在工作中必然会释放大量的热能，导致周围的温度发生转变，即便是比较微小的温度变化，都会导致较大的精度变化。所以，在机床工作过程中需要用传感器时刻监控周围的温度，并利用温度数据确定温度控制策略，降低周围温度的起伏，确保零件加工的总体质量。另一方面，数控机床在加工过程中需要对零部件夹紧，但是如果施加的力过大会导致零部件损坏，力度过小则会导致零件在加工时发生位移，导致零件报废，降低零件加工的效率和水平；同时，不合理的力度控制也会导致数控机床的磨损，导致机床使用寿命缩短。因此，必须要有传感器时刻分析零部件的受力情况，并依靠智能技术来对加紧力度进行控制和调整，从而有效地控制加工精度。通过使用这种方法，可以保证机床零件加工的质量稳定性，防止加工过程中出现误差，而且可以选择到最合适的切削角度和力度，维持机床工作的最佳功率。例如根据零件受力的变化，来对切削的扭矩作出调整，就能获得最合理的切削质量和效率。

■4.3 工业机器人

在技术进步的背景下，大量的工业机器人都被应用到工业生产当中。工业机器人可以有效地代替一部分人工的操作，并且克服生产过程中的恶劣环境，从而降低工业生产的成本，从而有效提升工业的加工效率和质量。同时，工业机器人能够解决工人在工作过程中存在的疲劳问题，减少因为人为因素所导致的误差率和失误率，保证工业生产的质量和效率。而为了实现工业机器人的这些功能，就需要利用传感器让工业机器人能对周围的情况、零部件的加工状态做出感知，自动地对零部件加工的位置、加工工艺做出微调，保证机器人工作的效率和有效性。所以，传感器就是机器人的感官系统，可以有效识别周边的情况，机器人会利用传感器的数据进行自主调整，技术人员也能在工业生产的过程中监控机器人的状态，并且结合实际工作需要做好调整。

■4.4 无人驾驶中的传感器应用

无人驾驶是目前机电一体化的重要发展方向，随着技术的发展，人类正在不断接近无人驾驶的目标。很多技术人员都在很早以前就开始了相关研究，而传感器技术一直都是无人驾驶技术实现的重要支撑。目前，特斯拉等汽车厂家已经推出了无人驾驶系统，有很高的实用价值，但是由于人工智能技术还不能满足使用要求，以及无人驾驶的舒适性也存在不足，导致目前在车流和人流较多的位置，无人驾驶技术还并不能达到安全驾驶要求。为了增加无人驾驶技术的应用场景，就需要升级无人驾驶车辆的传感器，使其能够对周围的情况做出精准的感知，然后依靠智能技术，推动无人驾驶技术的人性化[4]。在汽车的倒车系统当中，就利用了声波传感器对车辆后方的情况作出识别，可以对车辆后方物体和车辆的距离进行测量，并且将其报告给车主，以及在危急时刻自动完成制动，有效提升车辆操作的安全性和准确性。传感器目前已经可以适应无人驾驶技术的要求，能够时刻判断车辆周围的情况，对快速靠近的物体、行人作出识别，可以保证车辆规避操作的有效性，全面提升车辆行驶安全。