搬运工序传感器的应用优化

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：图3.123显示了一种实验装置，在这种装置中，磁传感器可以沿活塞运动方向在铣削槽中移动。图3.123槽中的传感器由于存在与手指碰撞的风险，必须给每个位置的抓取复位尽可能精确的位置。这意味着对于这种传感器系统，需要有一个特定的公差窗口。图3.125MPG Plus上的OAS传感器系统图3.126显示了这些传感器的不同设计。图3.129接近开关只有活塞移动位置的结果被检测到，可接近性不如模块外部用于活塞检测的传感器的可接近性。

如前所述，搬运过程分为不同的阶段。第一阶段——抓取，是由一些检测问题决定的。对于机械抓取，首先要检测机械手的功能。通断式传感器主要用于此。

通断式传感器通常用于确定机械手手指是否到达某个位置。这种检测从一开始就是机械手模块的标准组成部分。如果没有这些传感器，在复杂系统中实现过程可靠性几乎是不可能的。这些传感器还使可靠地设计搬运过程节拍时间成为可能，因为编程中必须考虑到公差带和气动驱动磨损的等待时间。

通断式传感器用于检测机械手三个不同的行程位置点：机械手完全张开；机械手完全关闭；机械手抓到工件。

这些基本信息听起来可能微不足道，但考虑到更短的节拍时间，技术方面并不能总是能跟上节拍的需求。对于上述中的前两种情况，机械手的手指位于气动抓手模块的相应末端位置。第三个位置对于开关传感器来说更难确定或检测。传感器状态切换时间节点或安装点可能因工件公差或机械手抓取的不同工件尺寸而异。

根据机械手的设计，传感器可以安装在机械手不同的安装点上。

选择传感器类型时也要记住这一点。如果需要检测机械手是否打开，或者机械手是否打开得足够宽，使手指能够夹住工件，则可以在不同的点记录这些信息，并使用不同的传感器实现该功能。如果要在手指打开的位置使传感器精确输出信号，则触觉传感器是最佳选择。然而，除了机械磨损之外，这些传感器也有缺点，即只能小范围地进行调整，从而只能适应少品种的工件。这意味着非触觉传感器是自动化技术中最常用的传感器。这些传感器可以通过电容、电感或磁性方式驱动或触发。这被称为接近开关。

这种传感器具有许多优点，从其紧凑和廉价的设计开始，就可以进行灵活的位置调整，例如在气缸上。驱动活塞的活塞位置由驱动气缸上的传感器检测，打开或关闭的机械手通过活塞位置检测。这种在气缸上的应用是该传感器原理最常用的检测方法之一。在机械手驱动气缸上的这种感应检测的传递需要专门的开发技术，以实现可实现的信号输出精度和使用磁性传感器时对磁场的检测。

图3.123显示了一种实验装置，在这种装置中，磁传感器可以沿活塞运动方向在铣削槽中移动。活塞配有一个磁环，其可以从外部检测到磁场。当活塞及其磁环经过传感器时，开关点被激活。

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图3.123　槽中的传感器（来源：SCHUNK）

由于存在与手指碰撞的风险，必须给每个位置的抓取复位尽可能精确的位置。这意味着磁场迟滞的形状对于精确地恢复活塞和手指的位置至关重要。

确定活塞位置是手指位置的间接检测，因为手指的移动仍然位于活塞移动之间的传动上方。由于传感器和磁场之间的耦合发生在较短的路径上，并且传动机构之间的距离通常比手指运动的间隙小，这种检测方法在实践中仍然是一种流行和普遍的方法。

通常使用两个传感器来确定机械手的位置状态。通过自动化部件机身上的凹槽进行安装。这种类型的安装很简单，不会在机械手的外部直径上产生额外的干扰轮廓，并且不会在碰撞时损坏传感器，当使用两个传感器时，一个传感器接管顶部活塞位置，另一个传感器接管底部。传感器在这里起到闭合器的作用，检测活塞何时到位。

对于可编程磁传感器，只能使用一个传感器。传感器既检测机械手闭合，又检测机械手打开。其依赖于对活塞磁铁磁滞的特别精确的检测。

图3.124显示了一条经过传感器的磁滞回线。一旦带磁铁的活塞超过关闭点1（AP1），传感器将根据一定强度的磁场输出信号。然后，传感器报告活塞已就位。根据曲线的陡度，客户希望检测到的准确位置的切换点（SP）位于距离手指几毫米远的AP1后面。这意味着对于这种传感器系统，需要有一个特定的公差窗口。AP2是传感器信号再次消失的关闭点。

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图3.124　对传感器的磁场迟滞（来源：SCHUNK）

使用槽中的位置调整传感器信号点。LED（发光二极管）显示屏有助于检测传感器开闭点并相应地根据设置切换传感器信号。尽管之前需要两个传感器分别检测活塞在上、下位置的状态，目前，传感器检测可以通过一个可编程磁开关实现，既可以作为“开启检测器”，也可以作为“闭合检测器”。结合机械手部件和传感器的壁厚，活塞磁场的精确对准可用于检测活塞何时移出检测范围。

对于只有非常短的抓取行程可用的抓取过程检测，磁场磁滞特别紧凑是至关重要的，以便以最短的手指行程实现磁场强度可能的最大增量。

这种识别方法可以识别驱动活塞的运动，无磨损且稳固。环境因素，如振动、湿度或灰尘，不会对测量结果产生不利影响。

如图3.125所示，在MPG Plus夹持器上，使用工件直接检测肯定会可能发生此类问题。但是，工件可以被立即检测出来。

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图3.125　MPG Plus上的OAS传感器系统（来源：SCHUNK）

图3.126显示了这些传感器的不同设计。柔性位置传感器不能用于监测槽中的活塞位置，但适用于对机械手底座基爪的精确位置检测。在某种程度上，活塞的检测并不能真正反映手指的运动，因为活塞将力和运动首先传递到机械手传动结构上，然后再传递到基爪上，最后传递到机械手手指上。机械手手指直接接触到工件。气缸的位置由传感器记录，但如果手指断裂，所记录的气缸位置也可能发生变化。与检测相比，直接检测基爪上的数据是一种可靠的方法。

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图3.126　机械手模块中用于活塞检测的磁性开关的安装选择（来源：SCHUNK）

检测机械手手指是机械手模块上提供的额外标准选项。图3.127显示了传感器相对于手指的安装位置（以灰色显示）。可以使用开/闭轮廓部件的位置设置和定义传感器的开/闭点。使用此选项，还可以检测机械手驱动组件中的错误。

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图3.127　用于检测基爪位置的接近开关1的定位（来源：SCHUNK）

磁开关如图3.128所示，接近开关如图3.129所示。

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图3.129　接近开关

只有活塞移动位置的结果被检测到，可接近性不如模块外部用于活塞检测的传感器的可接近性（图3.130）。使用机械手基爪底部的传感器信号触发结构来设置传感器开/闭的位置点（图3.131）。

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图3.130　多位置检测传感器

通过检测端部位置（全开/全关），通常可以假设所有三种情况（以及“工件夹持”）都被覆盖。在程序序列中进行测试，以确定机械手传感器是否保持“机械手完全打开”位置。经过一定的等待时间后，可以假设工件被足够的力夹持。因此，如果机械手基爪未达到“机械手完全闭合”的末端位置，程序序列可以继续。

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图3.131　接近开关发出信号的给定区域（来源：SCHUNK）

如果对“工件夹持”位置进行精确检测，则传感器必须针对该位置和相关工件进行精确调整。此设置是通过机械手中的工件实现的。另一个传感器也可用于直接检测第三个位置，可以为信号输出位置提供固定区域，如图3.132所示。

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图3.132　基于应变计的机械手手指和基爪之间的测量传感器（来源：SCHUNK）

对于公差特别大的工件或大型工件，可以使用两个传感器来限定抓取空间。第一个传感器测量机械手关闭时进入该空间的操作元件。当“穿过”传感器时，测量一个侧面。如果抓取任务区末端的第二个传感器没有收到任何信号，则可以假设工件已被抓取。如果抓取结束时第二个传感器产生信号，则抓取操作失败。

如果按照预定方式使机械手张开，则问题在于工件是否准备好被抓取或是否正确放置。这意味着在某些情况下，需要先确定抓取条件，然后才能抓取工件。工件位置和方向检测有不同的方法。

当使用触觉传感器时，有可能在运输过程中移动或压入工件，并感应到与端部止位块的接触。光学传感器更常用于检测工件的位置和方向。机械手中集成摄像机或光学传感器的方法已经得到了研究。在抓取前，确定工件的位置，并将其转移到抓取装置上。然而，现今，检测工件位置的传感器通常并不集成在机械手中（见3.7节）。

在搬运过程的下一步中，固定工件，机械手手指闭合，形成一个形锁或力锁抓住工件。此过程也将被检测并传输到控制单元。活塞位置和机械手手指位置在机械手打开或者关闭时，都需要进行检测。这同时意味着可能存在一些其他的问题，因为无法立即确定机械手是否牢牢地抓住工件。此外，在搬运过程中，尤其是在动态搬运过程中，重要的是要检测工件是否滑动或完全掉落。如果只检测末端位置，这就变得更加困难，因此这只能真正用于检测工件是否掉落。

传感器根据应变计确定施加的抓取力和时间流的更详细信息，应变计可作为机械手基爪和手指之间的模块。这意味着从开关传感器到测量传感器的转变。

然后可以在显示屏上立即显示确定的测量数据，允许维修技术人员改变压缩空气和强度，或降低流量。测量装置中测量值的连续记录可用于创建整个测量方案，以便跟踪抓取或打开过程。

表面传感器靠近工件，完全集成在手指区域，可以检测工件在机械手中的准确位置。

手指表面的触觉传感器可以连续检测搬运过程（图3.133）。与人类相似，它们甚至适合立即对握力进行调整。然而，由于经常接触，它们也更容易磨损。因此，必须在来自过程的更多信息和传感器磨损可能造成的干扰源之间做出选择。由于传感器的附加值，这种权衡很重要。在这种情况下，非接触式传感器提供了一种无磨损的替代方案。

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