传感器提升工厂自动化程度

全球竞争、有限的资源和环境保护都将对自动化技术的发展产生决定性的影响。自动化技术的快速发展对机器和工厂建设提出了新的要求，势必需要新的传感器解决方案。

先进的接近开关受到关注

目前工厂自动化的解决方案变得日趋广泛，其过程也比以前更复杂。因此过程的总体控制变得非常重要。为保持过程的完整性，应对其所有检测进行最佳利用。而各类接近开关可为其提供最理想的可靠检测、计算测量和定位。

以超声波接近开关为例，它采用非接触探测，在6 cm到10m范围可精确测量至毫米。它基于以下原理：超声波接近开关发出超声波脉冲，通过接收反射波计算出距离并转换输出信号。超声波接近开关即使在10 m的远距离辨别中，精度能达几毫米级，同时具有很好的重复精确性，并只需很少的维护。对于恶劣的工业环境中常见的灰尘和污物，其性能不受影响；对于液体的探测精度和固体颗粒与粉末相同；因此超声波接近开关应用范围很广，用于液位、定位、限位或堆垛探测控制。图1是一种典型的超声波接近开关。

在检测小型工件时， 由于光栅的格网比例尺通常过大，导致传统的接近开关得出错误结果。这时，超声波接近开关就是一种可选替代方案。

又如，在切削油雾环境下的数控机床刀具管理中，防护等级IP67的超声波接近开关主宰了该情形下的典型应用。每次装卸前，超声波接近开关都会检测刀具是否在位，确保了转臂每次都能传送一个刀具，并在每次插入刀具前，检测刀库的相应位置是否为空。

当然越先进的接近开关，其整定精度也必然越高，以西门子超声波接近开关为例，它能通过集成电位器和借助于SONPROG调试软件进行调试和整定，如图2所示。

安全传感器越来越受到重视

对于工业环境中的人身和机器安全，最大的过程可靠性至关重要。不仅要防止不利事件的发生，而且还要实现最大工厂的可用性和最大效率。因此，保障人身和机器安全的安全传感器越来越受到重视，其中机械加工领域的安全光幕最受欢迎。

图3 所示的安全光幕是一种光电安全保护装置，也称安全光栅、冲床保护器、红外线安全保护装置等，在现代化工厂里，人与机器协同工作，在一些具有潜在危险的机械设备上，如冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备、危险区域（有毒、高压、高温等），容易造成作业人员的人身伤害。

光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，装置发出遮光信号，控制具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。安装光电安全保护装置，可以有效地避免安全事故的发生，避免操作工人及第三方的危险，减少事故综合成本。

安全光幕由投光器和受光器两部分组成。投光器发射出调制的红外光，由受光器接收，形成了一个保护网，当有物体进入保护网，或有光线被物体挡住，通过内部控制线路，受光器电路马上做出反应，即在输出部分输出一个信号用于机床（如冲床、压力机等）紧急刹车。

光幕有着非常广泛的应用，比如在需要不断送取料的冲压设备上，如果安装接触式安全防护门，则需要操作人员频繁地开关防护门，这样不但增加了操作人员的工作量，而且降低了生产效率。在这种情况下，采用光栅和光幕就是最佳的选择。在操作人员送取料时，只要有身体的任何一部分遮断光线，就会导致机器进入安全状态而不会给操作人员带来伤害。

安全光幕一般分为对射式和反射式两种类型。对射式安全光幕是指发光单元、受光单元分别在发光器、受光器内，发光单元发出的光直射到受光单元， 从而形成保护光幕的安全光栅装置。反射式安全光幕是指发光单元、受光单元都在同一传感器内， 发光单元发出的光通过反射器反射回受光单元， 从而形成保护光幕的安全光栅装置。发光器及反射器两部分之间形成安全保护屏。每当安全保护屏受干扰或设备工作不正常时， 发光器都发射信号， 传送给控制系统以防止可能发生的危险运动。

机器视觉的集成化趋势

在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件识别应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元件自动定位，IC上的字符识别等。通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。由此人们开始考虑利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念。

机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。机器视觉系统则是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉伴随计算机技术、现场总线技术的发展，技术日臻成熟，已是现代加工制造业不可或缺的自动化产品，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。

在障碍物检测中，如果引入机器视觉来代替传统的人工检测方法，就能极大地提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。如图4所示，小机器就内置了机器视觉的障碍物检测传感器。

一个成功的机器视觉系统是一个经过细致工程处理来满足一系列明确要求的系统。当这些要求完全确定后，这个系统就设计并建立来满足这些精确的要求。