光电式传感器

光电式传感器是用光电转换器件作敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。光电式传感器的种类很多,按照其输出信号的形式,可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。以开关量形式输出的光电传感器,即为光电式接近开关。光电式接近开关主要由光发射器和光接收器组成。

光发射器用于发射红外光或可见光。光接收器用于接收发射器发射的光,并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。

按照接收器接收光的方式不同,光电式接近开关可以分为对射式、反射式和漫射式3种。

光发射器和光接收器也有一体式和分体式2种。

对射式光电接近开关是指光发射器(光发射器探头或光源探头)与光接收器(光接收器探头)处于相对的位置工作的光电接近开关。其工作原理是:当物体通过传感器的光路时,光路被遮断,光接收器接收不到发射器发出的光,则接近开关的“触点”不动作;当光路上无物体遮断光线时,则光接收器可以接收到发射器传送的光,因而接近开关的“触点”动作,输出信号将被改变,如图1—3所示

反射式光电接近开关的光发射器与光接收器处于同一侧位置,且光发射器与光接收器为一体化的结构,在其相对的位置上安置一个反光镜,光发射器发出的光经反光镜反射回来后由光接收器接收,如图1- 4 所示。

注意事项:在检测工件平台上是否有工件时需要加入抗干扰条件,有时在不经意间,我们的肢体或其他物体的移动可能造成反射式光电接近开关检测到有信号。当我们需要屏蔽这些干扰信号时,通常最简单的做法是在程序中加上一个计时器,当反射式光电接近开关检测到有工件后,再延时一段时间用以确认是否为真正的工件。

漫反射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的,由于物体反射的光线为漫射光,故该种传感器称为漫反射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置,且为一体化的结构。在工作时,光发射器始终发射检测光,当接近开关的前方一定距离内没有物体时,则没有光被反射回来,接近开关就处于常态而不动作;如果在接近开关的前方一定距离内出现物体,只要反射回来的光的强度足够,则接收器接收到足够的漫射光后,就会使其接近开关动作而改变输出的状态,如图1—5所示。

人眼为什么会在日光下看到不同颜色的物体?这是因为物体对不同频率的光吸收作用不同,如果物体将所有频率的光(白光)全部反射回来,人看到的物体就是白色;如果物体将所有频率的光全部吸收,人看到的物体就是黑色的。如果物体吸收一部分频率的光,而将其余部分的光反射出来,人看到的就是反射光的颜色。原则上黑色物体是不能被漫反射式光电开关检测到的,但由于物体表面粗糙度不同,一些表面光滑的黑色物体仍能反射一部分光,因此,灵敏度高的漫反射光电接近开关仍能检测到这样的黑色物体。而上料检测单元上检测工件颜色就是利用这个原理来分辨出工件的黑与白。

光电式接近开关的图形符号如图1—6所示

该模块上的光电传感器的光纤头型号为E32—ZD200型。此型号的光纤属于漫反射型,它的最大检测距离为150mm,如图1—7所示。安装时可以用固定螺母固定在传感器安装座上,也可以直接安装在零件上并用螺母锁紧。光纤在使用时严禁大幅度弯折到底部,严禁向光纤施加拉伸、压缩等蛮力。光纤在切割时应用专用的光纤切割器(E39—F4)切割,如图1—8所示。光纤放大器型号为E3X—ZD11型:通过调整传感器极性和门槛值达成目的,该传感器结构如图1—9所示,门槛值的大小可以根据环境的变化、具体的要求来设定。但光纤头安装时应注意,光纤线严禁大幅度曲折。

光电传感器的使用注意事项:

①对射式光电传感器并置使用时,相互间隔维持在检测距离的0.4倍以上。

②反射式光电传感器并置使用时,相互间隔维持在检测距离的1.4倍以上。

③反射式光电传感器检测距离受检测物质的材质、大小、表面反射率的影响。

如图1—10所示为光电开关电路原理和接线图,光电开关具有电源极性及输出反接保护功能。将光电开关褐色线(或棕色)接PLC输入模块电源“  ”端,蓝色线接PLC输入模块电源“-”端,黑色线接PLC的输入端。

光电开关具有自我诊断功能,当对设置后的环境变化的余度满足要求时,稳定显示灯亮;当光电光敏元件接收到有效信号,控制输出的三极管导通,同时动作显示灯亮。光电开关能检测自身的光轴偏离、传感器面的污染、地面和背景对其影响、外部干扰的状态等传感器的异常和故障,有利于进行养护,以便设备稳定工作。

灵敏度调整光电开关具有检测距离长,对检测物体的限制小,响应速度快、分辨率高、便于调整等优点。但光电传感器在安装过程中必须保证到被检测物体的距离在“检测距离”范围内,同时考虑被检测物体的形状、大小、表面粗糙度以及移动速度等因素。

灵敏度调整主要为光电开关调整位置不到位,对工件反应不灵敏,动作灯不亮。调整光电开关的位置,合适后将固定螺母锁紧。光电开关调整合适后,对工件的反应敏感,动作灯亮且稳定灯亮。

在主皮带颗粒填装位安装一个定位汽缸,定位汽缸上装的汽缸后限位磁性开关,用于检测汽缸位置。

磁性传感器

磁性传感器的型号为CS1—G,如图1—11所示

磁性开关CS1—G是在密闭的金属或塑料管内设置一点或多点的磁簧开关,然后将管子贯穿一个或多个,中空而内部装有环形磁铁的浮球,并利用固定环,控制浮球与磁簧开关在相关位置上,使浮球在一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点,产生开与关的动作。

磁性开关顾名思义,就是通过磁铁来感应的开关。磁性开关是用来检测汽缸活塞位置的、即检测活塞运动行程的,它可以分为接点型和无接点型2种。无接点型又分NPN型和PNP型。

接点型磁感应式接近开关是一种舌簧管式接近开关(简称干簧管开关),是一种有触点的开关元件,具有结构简单、体积小、便于控制等优点。

干簧管开关结构如图1—12所示。该干簧管由一对磁性材料制造的弹性磁簧组成,磁簧密封于充有惰性气体的玻璃管中,磁簧端面互叠,但留有一条细间隙。磁簧端面触点镀有一层贵重金属,例如铑或者钌,使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。

恒磁铁或线圈产生的磁场施加于干簧管开关上,使干簧管两个磁簧磁化,使一个磁簧在触点位置上生成一个N极,另一个磁簧的触点位置上生成一个S极,如图1—13所示。若生成的磁场吸引力克服了磁簧的弹性产生的阻力,磁簧被吸引力作用接触导通,即电路闭合。一旦磁场力消除,磁簧因弹力作用又重新分开,即电路断开。

如图1—14所示磁性开关原理图,若在汽缸的活塞上安装磁性物质,在汽缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关,就可以利用这两个传感器分别标识汽缸运动的两个极限位置。汽缸的活塞运动到哪一端时,哪一端的磁感应式接近开关就发出电信号。在PLC的自动控制中,可以利用该信号判断推料缸的运动状态或所处的位置,目的是间接判断工件是否从料仓中分离出来,及是否送到预定的位置。在传感器上设置有LED用于显示传感器的信号状态,供调试时使用。传感器动作时,输出信号1,LED灯亮;传感器不动作时,输出信号0,LED灯不亮。传感器的安装位置可以调整。

磁性开关的调节:打开气源,待汽缸在初始位置时,移动磁性开关的位置,调整汽缸的缩回限位,待磁性开关点亮即可,如图1—15所示;再利用小一字螺丝刀对气动电磁阀的测试旋钮进行操作,按下测试旋钮,顺时针旋转90°即锁住阀门,如图1—16所示,此时汽缸处于伸出位置,调整汽缸的伸出限位即可。