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机电一体化系统中传感器与检测技术的应用分析

时间:2019-03-21    作者: 钟峰    来源: 永信论文网
摘要:随着工业4.0中国制造2025的不断推进实施,智能感知、分析、管控、决策等对传感器与检测技术在机电一体化加工制造单元等中的应用提出了更高的要求,其应用也必将更为广泛,通过对传感器与机电一体化的关系进行分析,说明了传感器对通用的机电设备智能化提升改造的作用和意义,找出了工作的质量与工作效率之间的关系,探究了机电一体化系统中传感器与检测技术具体应用情况,并指出了传感器与检测技术在机电一体化未来发展中的应用前景。

关键词:机电一体化;传感器;检测技术

随着工业互联网、通信技术、传感器技术、检测技术、集成芯片等关键技术的不断突破和快速发展,智能制造的发展已经进入了一个新时代,中国制造2025战略规划的发布实施对机电一体化智能加工制造单元、生产线中的智能感知、分析、管控、决策能力提出了更高的要求,这对于传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用范围起到更为广泛的拓展,同时也对推动传感器与检测技术的技术进步和升级提升起到了积极的推动作用,它主要是指在机电一体化中通过采用相应的测试工具对机电设备做出科学的监测,并获取设备运行的相关信息,在对机电设备进行监测的过程中,传感器作为一种主要的信息处理设备,能够有效的对设备的运行状态进行监测,进而能够有效的对设备的运行情况进行分析,不仅能够有效的保证一体化信息的传输,还能够提高机电一体化的应用水平。因此,对传感器与检测技术在机电一体化中的应用研究具有十分重要的作用。

一、传感器与机电一体化的关系分析

1、传感器的内涵及分类

现代的传感器已经有别于早期的传感器,早期的传感器主要完成的是特征数据的采集,其功能相当于人体的感知器官如耳、鼻、眼等的功能,现代的传感器其功能是除了感知器官还增加了大脑,除能够技术的将外界信号的变化转化为容易读取的信息,还具备加以分析判读决策管控的能力,例如在机电一体化的应用中,它能够将物体的温度、湿度、受压情况等进行实时的控制,从而能够为一体化的生产与发展提供科学的依据。在机电一体化中运用传感器检测设备时,需要根据检测对象的情况来选择合适的传感器,根据传感器使用的情况不同,可以将传感器分为内部信息传感器与外部信息传感器两种类型,采用内部传感器可以对机电一体化设备的内部温度、受压情况进行检测,应用外部传感器可以对外部的温度、湿度、环境的变化进行感应。因此,在机电一体化系统的感受与操作的过程中,需要结合具体的情况来选择合适的传感器设备。

2、传感器与机电一体化关系

首先传感器是机电设备的主要构成要素之一,其特性感知能力是一个机电一体化系统必不可少功能,如位移、速度、加速度、温度、压力等等的特征参数采集测量对于系统的有效运行控制起着不可或缺的作用。其次由传感器提供的特征参数也是系统使用维护管理重要的分析判断数据来源,是机电一体化系统可靠工作能力的技术保障要素之一。同时由传感器提供的特征参数也是智能制造技术发展必须依赖的知识库大数据主要来源,是通用机电一体化系统向智能化提升的关键知识数据支撑主要来源之一。再就是随着在线检测成为机电一体化系统智能化要求的必备条件之一,极大推动了传感器与检测技术的迅猛发展,使其成为评价机电一体化系统水平的关键指标之一。综上可以看出传感器与机电一体化的关系,其对机电一体化的运行管控水平具有十分重要的影响,也会对机电一体化的自动化、智能化提升存在一定的影响。例如,可以应用传感器来对机电一体化系统机组本身运行情况进行分析,对于指定环境、外部状态、系统本身等有关信息进行科学分析,进而能够帮助设备的管理者更好的对机电设备进行控制与管理。因此,机电一体化对传感器的控制能力与稳定性提出了更高的要求,要求传感器的控制能力与稳定性能够满足机电设备运行的要求,可以说机电一体化的自动化运行水平与传感器的质量是紧密相关的,通过基于传感器的自动检测技术,能够提高机电设备一体化的工作效率,传感器的技术水平越高,机电一体化的智能化水平也就越高。

3、传感器与检测技术对通用机电一体化系统向智能化提升的作用和意义

近年来,传感器与检测技术有了长足的发展,如基于激光传感的空间定位跟踪检测技术、基于电磁超声波传感的材料厚度、缺陷无损检测技术、基于声学探测传感的机械结构件失效分析评估技术、基于振动传感器的故障分析检测技术、基于润滑油光谱分析的润滑及预知性设备管理技术、基于饱和环境磁传感的高精度位移跟踪控制技术以及声学、视觉传感技术等等,同时加之无线通信技术、信息化网络技术的快速发展,以及工业通用机电一体化系统正在向着工业4.0标准快步推进,传感器与检测技术对通用机电一体化系统向智能制造提升起着积极的推动和技术支撑作用,其自身也正向着多学科技术高度融合、高度集成化、微型化、高效化、便携化等方面发展,随着其技术成熟度的不断提高,定会极大促进中国制造2025目标的早日实现。

二、传感器与检测技术在机电一体化中的应用分析

1、机电一体化系统中传感器对系统自身工作稳定的测量

机电一体化系统设计制造中多采用传感器开展其自身工作稳定性的分析评估,已确保运行正常且有效。由于传感器的功能比较多,在具体的工作过程中可以根据实际工作的场景来选择合适的测试方式。例如航天发动机产品复合材料模压成型制造单元中采用了基于饱和磁场磁感应线性位移传感自平行运动控制技术、采用基于力传感器闭环控制的点载荷自适应控制技术成功开发出长纤维预混复合材料成型专用高精度平板热模压机设备,保持压合面高精度平行工作,各力源在施压过程中自适应反馈调节保持平板各点载荷一致,误差小于0.5%,在长纤维复材智能模压成型制造过程多零件模具中每一个零件成型一致性高、成品率高、适用于多种规格零件生产,解决了原有压机成品致密度均匀性不高问题,同时大幅提升单机效能解决了批生产能力瓶颈问题。同时利用该技术对现有模压设备改造,实现了精准控制。

2、在机电一体化系统中传感器对关重设备预知性保障技术方面的应用

很多复杂的机电一体化系统中多存在着关重设备,这些关重设备故障可能会对整个系统造成不可估量的损失,故在系统设计制造时就考虑了预知性分析判别检测传感器,在设备运行过程中实时进行故障典型特征值得采集分析判读,预知性的将可能发生的故障终止于萌芽状态,极大地减少了故障维修成本和损失。例如化工行业的机电一体化系统中大型空压机设备就采用了基于声学探测传感的机械结构件失效分析评估技术、基于振动传感器的故障分析检测技术、基于润滑油光谱分析的润滑及预知性设备管理技术及基于电磁传感技术的负荷电流检测评估技术等综合分析评估手段,使得其从过去的预防性维修保障管理模式升级为预知性保障模式,企业的降本增效成果显著。

3、在机电一体化系统中传感器对产品制造质量的在线检测应用

在机电一体化系统中采用传感器的主要目标与功能之一就是自动检测产品的质量,以保证产品的性能能够满足要求。目前,传感器在产品的生产加工过程中的在线检测和自主质量分析评价方面取得了巨大的进步,主要用于对产品的加工质量检测及设备精度保障能力分析反馈。例如用于航天发动机核心部件喷管成型加工工序的防热结构件压装粘接成形机电一体化智能制造单元中采用了基于电磁超声波技术的粘接质量在线检测评估系统,解决传统模式下粘接质量检验滞后造成的质量成本控制效果差、损耗过大,利用成熟的电磁超声检测技术开展粘接缺陷在线监测,粘接质量自动评价系统依据在线检测的缺陷数据进行分析计算,计算零散缺陷面积、统计区域缺陷面积、计算缺陷间距、区域缺陷占比、缺陷总占比、图形显示缺陷分布等信息,实现在线式自主判定。

4、在机电一体化系统中传感器对一些典型管控要素的管控应用

4.1数控机床中传感器与检测技术的应用

数控机床是常用的机电一体化设备之一,传感器在数控机床中也得到了广泛的应用,它的主要原理体现在数控加工技术上,它能够通过数字信号来实现对整个机电一体化设备系统进行自动化的控制,在自动化控制的过程中,所产生的数字化信号为传感器的检测提供了科学的依据,传感器通过判断数控机床的工作情况,给予工作人员以相应的提示,帮助工作人员能够及时的掌握数控机床的具体工作情况,这样工作人员就可以依据相应的指示进行新的操作与控制,进而能够完成相应的工作流程与工作任务,通过传感器检测技术能够精确的对数控机床的工作情况进行有效的控制,在提高数控机床加工的精度的同时,也能够提高工作效率。例如用于航天军工领域硬脆材料加工中心系统设备中采用了基于压电石英传感技术的多维切削力检测分析技术、基于电磁传感技术的负荷电流检测评估技术、润滑油洁净度在线检测技术、主轴温度实时监控技术及超生波振动加工模式有效保证了设备正常运行的同时也提高了加工精度,加工效率。

4.2传感器在智能机器人中的应用

机器人是现代智能制造的重要代表性产物,目前,机器人生产技术在自动处理能力方面有了很大的突破,机器人中重要的设备就是传感器,通过传感器能够有效的对外界环境中运行情况进行准确的把握与控制,能够有效的保证机器人在生产过程中的准确性,传感器在机器人的自身工作中,或者在操作对象的处理下,能够有效的对各种信息进行有效的处理,通过传感器对外界信息的准确判断与处理,使得机器人能够准确、敏感低接收到外部信息,保证机器人能够自动化的进行生产与工作。在智能机器人中应用的传感器更是种类品种繁多,如多维力传感器、光电位移跟踪、磁位移跟踪、视觉识别传感器、加速度控制传感器、扭矩控制传感器等等。

三、传感器与检测技术发展趋势

随着通用共性基础技术的不断发展,传感器与检测技术的也会不断的发展,能够实现高精度、高效率的控制技术。

1、传感器及检测技术与智能技术的融合与发展。目前,对于传感器的精准度、灵敏性的研究已经得到了快速的发展,相关的技术也一步得到提升,但随着智慧智能应用领域的大幅拓展,要求传感器及检测技术必须关注与智能技术的融合,不仅仅是采集准确,还需要强化数据的发掘,找准特征参数定制智能判读方法编好运算算法,使其具备自主化、智能化采集/分析/评估/管控能力,这必将使得智能化、自动化的控制技术得到进一步的加强,同时也能够进一步提升机电一体化设备的智能化水平及效率。

2、传感器与检测技术的稳定性、适用性加强。目前,影响传感器稳定性的因素主要有其自身的稳定性、环境适应性以及其他的因素,随着电子技术与传感技术的发展,对传感器屏蔽技术的研究也有了很大的进步,能够进一步提供传感器的抗干扰技术,进而也能够有效的解决传感器与检测技术的稳定性与准确性。

3、微型化的发展方向。随着智慧领域的不断拓展,如设备用可穿戴式智能预知性监测设备、智能制造单元在线检测设备、物联网应用终端设备等等应用领域要求其必须向着微型化方向发展,同时随着微电子技术和集成化芯片技术的快速的发展,也促进了传感器技术的微型化发展,使得传感器的体积越来越小,一些智能设备的体积也越来越小,这样就能够促进传感器技术的不断发展,以满足机电设备一体化发展的要求。

4、传感器的可持续性发展。传感器与检测技术的发展是机电一体化向智慧化发展的重要因素,也是解决智能制造最后一公里全要素全过程智能管控的核心技术之一,在低功耗、高环境适应性、高响应速率、自主判读能力、自适应管控能力等方面还需不断地开展技术研究和探索,因此,传感器及检测技术在多学科技术协同、高集成化度等技术方面的发展与研发也成了机电一体化智能化提升发展的重要发展方向之一。

四、结束语

目前,传感器与检测技术在机电一体化设备中得到广泛的应用,在保证机电设备稳定运行中具有十分重要的作用,能够采用传感器与检测技术能够有效的提升设备工作的效率,为提升产品加工的质量与效率带来了便利。随着现代智能制造加工技术的发展,传感器在未来的机电设备一体化的应用将会更加广泛,也能够有效的促进机电一体化的可持续发展。

参考文献:

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[3]薛令甲.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用[J].建筑工程技术与设计,2015(13).

[4]钱志.机电一体化中传感器及检测技术的实际运用[J].科技风,2017(16).

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