傳感器技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用

 　     一、傳感器的研究現狀與發(fā)展 　

　     傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，主要用于檢測機電一體化系統(tǒng)自身與操作對象、作業(yè)環(huán)境狀態(tài)，為有效控制機電一體化系統(tǒng)的運作提供必須的相關信息。隨著人類探知領域和空間的拓展，電子信息種類日益繁多，信息傳遞速度日益加快，信息處理能力日益增強，相應的信息采集——傳感技術也將日益發(fā)展，傳感器也將無所不在。 　

    　從20世紀80年代起，逐步在世界范圍內掀起一股“傳感器熱”，各先進工業(yè)國都極為重視傳感技術和傳感器研究、開發(fā)和生產。傳感技術已成為重要的現代科技領域，傳感器及其系統(tǒng)生產已成為重要的新興行業(yè)。

        二、傳感器在機電一體化系統(tǒng)中的應用

 　　傳感器是左右機電一體化系統(tǒng)(或產品)發(fā)展的重要技術之一，廣泛應用于各種自動化產品之中： 　

    　1.機器人用傳感器。 　

    　工業(yè)機器人之所以能夠準確操作，是因為它能夠通過各種傳感器來準確感知自身、操作對象及作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，包括：其自身狀態(tài)信息的獲取通過內部傳感器(位置、位移、速度、加速度等)來完成，操作對象與外部環(huán)境的感知通過外部傳感器來實現，這個過程非常重要，足以為機器人控制提供反饋信息。 　

    　2.機械加工過程的傳感檢測技術。 　　

       (1)切削過程和機床運行過程的傳感技術。切削過程傳感檢測的目的在于優(yōu)化切削過程的生產率、制造成本或(金屬)材料的切除率等。切削過程傳感檢測的目標有切削過程的切削力及其變化、切削過程顫震、刀具與工件的接觸和切削時切屑的狀態(tài)及切削過程辨識等，而最重要的傳感參數有切削力、切削過程振動、切削過程聲發(fā)射、切削過程電機的功率等。對于機床的運行來講，主要的傳感檢測目標有驅動系統(tǒng)、軸承與回轉系統(tǒng)、溫度的監(jiān)測與控制及安全性等，其傳感參數有機床的故障停機時間、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、機床狀態(tài)與冷卻潤滑液的流量等。

       (2)工件的過程傳感。與刀具和機床的過程監(jiān)視技術相比，工件的過程監(jiān)視是研究和應用最早、最多的。它們多數以工件加工質量控制為目標。20世紀80年代以來，工件識別和工件安裝位姿監(jiān)視要求也提到日程上來。粗略地講，工序識別是為辨識所執(zhí)行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序；工件識別是辨識送入機床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同時還要求辨識工件安裝的位姿是否是工藝規(guī)程要求的位姿。此外，還可以利用工件識別和工件安裝監(jiān)視傳感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成這些識別與監(jiān)視將采用或開發(fā)許多傳感器，如基于TV或CCD的機器視覺傳感器、激光表面粗糙度傳感系統(tǒng)等。

       (3)刀具(砂輪的檢測傳感。切削與磨削過程是重要的材料切除過程。刀具與砂輪磨損到一定限度(按磨鈍標準判定)或出現破損(破損、崩刃、燒傷、塑變或卷刀的總稱)，使它們失去切(磨削能力或無法保證加工精度和加工表面完整性時，稱為刀具/砂輪失效。工業(yè)統(tǒng)計證明，刀具失效是引起機床故障停機的首要因素，由其引起的停機時間占NC類機床的總停機時間的1/5-1/3.此外，它還可能引發(fā)設備或人身安全事故，甚至是重大事故。

　　汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感技術。隨著傳感器技術和其它新技術的應用，現代化汽車工業(yè)進入了全新時期。 　

    　汽車的機電一體化要求用自動控制系統(tǒng)取代純機械式控制部件，這不僅體現在發(fā)動機上，為更全面地改善汽車性能，增加人性化服務功能，降低油耗，減少排氣污染，提高行駛安全性、可靠性、操作方便和舒適性，先進的檢測和控制技術已擴大到汽車全身。在其所有重點控制系統(tǒng)中，必不可少地使用曲軸位置傳感器、吸氣及冷卻水溫度傳感器、壓力傳感器、氣敏傳感器等各種傳感器。