一種具有靈敏度可視化調節功能的尋隙傳感器的製作方法
2023-09-22 15:47:55 1
本發明涉及一種具有靈敏度可視化調節功能的尋隙傳感器，屬於檢測技術領域。
背景技術：
在片狀工件的加工過程中，常常需要生產設備沿工件的接縫進行加工作業。例如在鋼板的拼焊過程中，焊槍沿板料接縫進行焊接，大幅毛巾坯料(如圖3所示)的分割過程中，刀片沿縱切縫和橫切縫進行裁切等。在此類工件的加工過程中，生產設備的控制器利用尋隙傳感器實時監測加工點相對於工件接縫的偏移方向，進而通過控制加工設備的橫向移動實現自動尋隙。
現有的尋隙傳感器種類繁多，但都存在這樣或那樣的缺陷。例如有的鋼板拼焊設備在鋼板的一側設置光源，另一側設置光電元件，加工過程中光電元件沿平行於鋼板且與鋼板接縫垂直的直線移動，當光電元件經過鋼板接縫時就會因受到光線照射而引起輸出信號的變化，設備控制器根據該信號的變化就能判斷出鋼板接縫的位置。這種尋隙傳感器的不足之處是尋找接縫的速度太慢，嚴重影響了設備的生產效率。又如大幅毛巾坯料的縱切設備一般採用C型光纖傳感器來檢測縱切縫的位置，進而得到刀片的偏移方向，由於C型光纖傳感器的檢測範圍很小而毛巾的定型尺寸不可控，當毛巾坯料的縱切縫在橫切縫(縱向接頭)處出現錯位時，C型光纖傳感器在過接頭後便無法檢測到縱切縫的位置，致使切割作業無法順利進行。因此採用快速對片狀工件的接縫進行有效檢測的尋隙傳感器，但這種尋隙傳感器沒有指示功能，在毛巾坯布縫隙厚度發生變化，工人需要調節靈敏度時不可視，不直觀，只能憑經驗操作，增加調節的難度，同時也容易出現殘次品。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種能更加直觀、方便並能夠降低次品率的具有靈敏度可視化調節功能的尋隙傳感器。
解決上述技術問題所採用的技術方案是：
一種具有靈敏度可視化調節功能的尋隙傳感器，包括CPU和分別位於片狀工件兩側且相互對應的光發射器和光接收器，所述光接收器包括沿平行於片狀工件且與工件接縫垂直的直線排列的多個光電管，每個光電管的輸出端經一個信號調理單元接CPU的輸入埠，光接收器的殼體通過接收器支架固定在加工設備的浮動底座上；所述CPU通過I/O埠將加工點的偏移信號輸送給加工設備的控制器；所述信號調理單元包括運算放大器、電位器、第一電阻和第二電阻；所述第一電阻的一端接地，另一端接運算放大器的反相輸入端並通過對應的光電管接電源正極，所述電位器與第二電阻串聯連接後接在直流電源與地之間，電位器的滑動端接運算放大器的同相輸入端，所述運算放大器的輸出端接CPU的相應輸入埠；所述各信號調理單元還包括用於調節靈敏度的可視發光二極體；所述可視發光二極體接在直流電源與運算放大器的輸出端之間；所述可視發光二極體按照光接收器中光電管排列順序相對應排列成一行並固定在加工設備浮動底座的外殼上。
上述尋隙傳感器，所述接收器支架與加工設備的浮動底座之間設有橫向調節裝置，所述橫向調節裝置包括調節套、調節滑塊和調節螺栓，所述調節套固定在加工設備的浮動底座上，其內部設有平行於光電管排列方向的滑槽，所述調節滑塊位於調節套的滑槽內，所述調節螺栓平行於光電管排列方向且通過旋向相反的螺紋與調節滑塊和調節套連接，調節螺栓的一端設有調節手輪。
上述尋隙傳感器，所述光發射器包括沿平行於光電管排列方向的直線排列的多個發光二極體，它們串聯連接或分組串聯連接後通過限流電阻與電源連接。
上述尋隙傳感器，所述光發射器的多個發光二極體固定在發射器殼體內，所述發射器殼體為固定在加工設備的機架上的透明殼體。
本發明利用光接收器內沿直線排列的多個光電管來檢測片狀工件接縫的位置，進而得到加工點的偏移方向，本發明增加一排指示燈，分別跟傳感器檢測點一一對應，在調整靈敏度時，發光二極體的數量會隨著靈敏度的變化而變化，能真實反映傳感器檢測到的毛巾坯布縫隙大小、厚薄，使靈敏度調節更加直觀，方便工人操作，降低次品率，同時提高了設備的產量；本發明不僅具有很高的檢測速度，而且由於光接收器具有很寬的檢測範圍，當工件接縫出現錯位時仍能準確檢測到接縫的位置，從而大幅提高了設備的生產效率和加工質量。
附圖說明
下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
圖1為光電管和發光二極體的結構示意圖；
圖2為發明的電路原理圖；
圖3為大幅毛巾坯料的結構示意圖；
圖4為光接收器和光發射器在毛巾坯料縱切設備上的安裝示意圖；
圖5為光接收器在毛巾坯料縱切設備的浮動刀頭上的安裝示意圖；
圖6為圖5的右視圖。
圖中各標號為：1、毛巾，2、縱切縫，3、橫切縫，4、前導布輥，5、後導布輥，6、浮動刀頭，7、機架，8、水平軌道，9、齒條，10、接收器支架，11、切割電機，12、調節滑塊，13、調節螺栓，14、調節手輪，15、調節套，16、浮動底座，17、光接收器，18、刀片，19、光發射器，20、滑塊，21、齒輪，22、毛巾坯料，23、光接收器的殼體，24、發射器殼體，CPU、微處理器，QD、電機驅動模塊，M、橫移電機，W、電位器，R1、第一電阻，R2、第二電阻，R3、限流電阻，Q1～Qn、第一光電管～第n光電管，D1～Dm、光發射器的第一發光二極體～第m發光二極體，Di、光發射器的第i發光二極體，F、運算放大器，TL1～TLn、第一信號調理單元～第n信號調理單元，DX1、可視發光二極體。
具體實施方式
下面以毛巾坯料縱切設備為實施例來說明本發明的工作原理。毛巾坯料縱切設備是在坯料傳送路徑上設置與每個縱切縫2相對應的浮動刀頭6，浮動刀頭6一般包括浮動底座16、浮動底座的橫向驅動裝置以及安裝在浮動底座16上的切割電機11，浮動底座16通過水平軌道8固定在毛巾坯料縱切設備的機架7上，切割電機11的輸出軸上設有與毛巾坯料的縱切縫2相對應的刀片18。浮動底座的橫向驅動裝置採用橫移電機M和齒輪齒條機構，橫移電機M固定在浮動底座16上，其輸出軸通過齒輪齒條機構與毛巾坯料縱切設備的機架7連接。
參看圖1～圖2，本實施例包括CPU、光發射器19、光接收器17和17個信號調理單元；光接收器17包括17個光電管，相應的17個可視發光二極體DX1按照光接收器17中17個光電管排列順序相對應地排列成一行並固定在加工設備的浮動底座16的外殼上；光發射器19安裝於毛巾坯料的下方，主要由均布於透明殼體(如玻璃管)中的多個發光二極體D1～Dm構成，多個發光二極體D1～Dm串聯連接後通過限流電阻R3與電源連接。由於發光二極體排列密度較大(中心距為8mm)，數量較多，因此也可以將它們分成若干組，每組的發光二極體串聯連接後通過限流電阻與電源連接。多個浮動刀頭的光接收器17共用一個光發射器19，因此透明殼體的長度應不小於毛巾坯料的寬度。
本發明工作時，多個發光二極體D1～Dm同時點亮，縱切縫2和橫切縫3處毛巾坯料的厚度較小，光線能夠穿過，而其它部位厚度較大，光線難以穿透，因此與縱切縫2和橫切縫3相對應的光電管接收到的光線較強，即認為接收到光線；其他部位光電管接收到的光線較弱，即認為接收不到光線。合理設置第一電阻R1和第二電阻R2，通過改變電位器W滑動端的位置來改變運算放大器F的同相輸入端電平，進而改變各信號調理單元的輸出電平，根據各信號調理單元的輸出電平來控制可視發光二極體的發光並判斷出縱切縫2的位置。
當毛巾坯料的厚度較大時，調整電位器W滑動端的位置(在圖2中的電位器W滑動端向下移動)，使運算放大器F的同相輸入端電平降低，達到17個可視發光二極體DX1中發光的數量為3～5個；當毛巾坯料的厚度較小時，調整電位器W滑動端的位置(在圖2中的電位器W滑動端向上移動)，使運算放大器F的同相輸入端電平升高，達到17個可視發光二極體DX1中發光的數量為3～5個；從而根據直觀看到的可視發光二極體DX1調整電位器W實現靈敏度的調整。
在圖6中，當某個光電管處於切縫處時，其接收到光線後阻值變小，運算放大器F的反相輸入端電平高於同相輸入端電平，運算放大器F輸出低電平，當光電管不處於切縫處時，其阻值很大，運算放大器F的反相輸入端電平低於同相輸入端電平，運算放大器F輸出高電平。
若光電管的間距較大，可能只有一個光電管與縱切縫2相對，若該光電管恰好為與刀片相對應(處於同一平面)的光電管，說明刀片與縱切縫2相對，否則說明刀片已經偏離了縱切縫2，需要進行調整。若此時接收到光線的光電管位於與刀片相對應的光電管左側，CPU輸出偏右信號，提示控制器當前浮動刀頭的刀片已偏向縱接縫的右側，需要向左調節刀片的位置，若接收到光線的光電管位於與刀片相對應的光電管右側，CPU輸出偏左信號，提示控制器當前浮動刀頭的刀片已偏向縱接縫的左側，需要向右調節刀片的位置。
若光電管的間距較小，可能有多個光電管與縱切縫2相對，若與刀片相對應(處於同一平面)的光電管兩側有相同數量的光電管接收到光線，說明刀片與縱切縫2的中線相對，不需要進行調整；否則說明刀片已經偏離了縱切縫2的中線，需要進行調整。若此時與刀片相對應的光電管左側接收到光線的光電管的數量大於右側的數量，說明刀片位於縱切縫2中線右側，需要向左調節刀片的位置，CPU輸出偏右信號；若與刀片相對應的光電管右側接收到光線的光電管的數量大於左側的數量，說明刀片位於縱切縫2中線左側，需要向右調節刀片的位置，CPU輸出偏左信號。
PLC通過CPU對浮動刀頭進行集中控制。自動運行時，通過浮動刀頭上的抬刀/落刀旋鈕來控制各個刀頭是否工作，當刀抬起時，對應的浮動刀頭將不工作，刀片也不轉動；當刀落下時，對應的浮動刀頭使能打開，可自動進行尋隙。
顯然，光電管的間距越小，檢測精度越高，本裝置中的光電管緊密排列，相鄰光電管的中心距為6mm，檢測精度完全能夠滿足切割要求。
當橫切縫前後的縱切縫出現錯位時，由於光接收器17的檢測範圍較寬，過接頭(橫切縫)後縱切縫仍然處於檢測範圍以內，因此浮動刀頭能夠自動對刀，而無需人工參與，這樣就大大提高了生產效率。
由調節滑塊12、調節螺栓13、調節手輪14、調節套15構成的橫向調節裝置用於調整光接收器17的橫向位置，旋轉調節手輪14，可使調節滑塊12相對於調節套15橫向移動(調節螺栓13通過旋向相反的螺紋與調節滑塊12和調節套15連接)，這樣就可以將光接收器17中處於中間位置的光電管調節到刀片所在的平面內，以便將該光電管作為基準進行位置檢測。
圖4～圖6中，浮動底座的橫向驅動裝置採用的是橫移電機M和齒輪齒條機構，與此相對應，圖6中CPU的輸出埠接到電機驅動模塊QD的輸入端，電機驅動模塊QD根據CPU提供的刀頭偏移信號來控制橫移電機M的旋轉方向，實現浮動刀頭的自動對刀。