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超级多面手——超声波测距传感器的应用

供稿:西克中国 2017/9/29 11:05:26
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超声波传感器久经众多工业任务的考验,是距离测量和物体有无检测的理想解决方案。

SICK 的产品系列非常全,既有常规型号,也有满足小空间安装的型号,还有全金属的坚固外壳型号,也包括用于双张检测的传感器。既有方形外壳结构,也有常规的圆柱体螺纹结构,工作距离从几毫米到几米不等,集成常见的自动化接口,能够提供多种高效自动化解决方案。数据接口 IO-Link 还可提供传感器智能和延伸至云端的连接,从而为顺利集成至工业 4.0 环境奠定了基础。

用户能够按照自身要求,极为灵活地将超声波传感器集成于相应的测量和检测任务。可方便地调整传感器的设定,比如工作范围等,从而有针对性地显现或屏蔽周围环境中的障碍物。

此外,传感器还可通过选择开关模式“单点模式(DtO)”、“窗口模式(Window)”或“传感器与背景之间的物体(ObSb)”简便地将不同开关功能与输出逻辑相关联。在软件中可以设置相应的输出滤波功能,保证即使是复杂的任务也能可靠完成。

另外,通过软件可以在电脑上轻松实现传感器功能参数设置和调试,简单明了地实现传感器的个性化调整。传感器内置温度补偿功能,可以实时检测传感器表面温度,以解决超声波速度受温度影响大的问题,从而在应用中确保精确测量和最佳的线性度。

超声波传感器的多样化应用领域可归纳为以下几个方面:

液体或散装物料的液位/料位测量、有无检测、流程和质量监控、直径和尺寸检测、碰撞防护、定位以及双张和粘连点检查。

液体和散装物料的液位/料位测量

液位/料位测量是工业领域中最为常见的距离测量任务之一。

UM30-2的测量距离和扫描范围较大,是可靠检测高亮物体的最优方案,比如震动上料盘中的高亮金属部件。在汽车制造行业,超声波传感器安装在机器人前端,能够可靠实现冲压件的抓取定位。UM30-2传感器自带显示屏和两个示教按钮,可快速灵活的进行设置。

检测区域和扫描范围宽广的UM30-2

UC12金属外壳,抗腐蚀能力强,适合应用于机床的集油槽液位测量,且具备不受被测物颜色影响的优势。可以灵活解决漫反射式光电开关在此类应用中存在不稳定的风险。

在农业领域中,外型紧凑小巧却扫描范围宽广的 UC30 有着诸多用武之地。在料仓和收割机的集纳箱中,该产品系列的不同传感器经受着亮度多变、表面特性各异以及扬尘的考验,是真正的高性能检测解决方案。

  外型紧凑小巧却扫描范围宽广的 UC30

在进行水果和农田作物深加工的前道工序,UM18-2 传感器用于检测传送带上的高度距离值,通过模拟量输出给控制系统,进而就可以实现调节输送带的速度。

在吸塑托盘食品包装应用中,直径只有12mm的 UM12 系列圆柱型传感器,非常节省空间,常被用作检测和识别包装前的托盘孔位

体积非常小巧的微型传感器 UC4可以用于检测试管内部的液位高度,这得益于其小巧的体积以及非常窄的超声波宽度,且不受被测物材质和颜色影响

微型传感器 UC4 甚至能够“看”到试管内部

物体有无检测和容器内物体检测

有无检测和容器内物体检测的应用范围极为广泛。在半导体制造中,检测硅锭或者托盘上的电路板时,小巧的方形结构的UC4系列,具有明显优势,既节省空间又可以完美解决高亮物体的稳定检测

在仓储和分拣领域,圆柱型的UM12和UM18-2系列产品,响应时间较快,可以检测运动中的容器(比如托盘)中有无物体存在,确保物流输送的可靠性。

圆柱型的UM18-2

此外,由于超声波传感器能够可靠检测不同厚度或者颜色的玻璃板以及其他完全透明的物体,所以,常常被用于诸如食品包装行业的热成型器皿、培养皿或透明薄膜的检测

UM30-2系列产品的应用领域更加广泛,这得益于其较为宽广的超声波区域,具备较强的抗环境干扰能力,常常用于环境较为脏污的场合,比如检测运输车辆的有无等

方形的UC30传感器被装在喷洒车上,用来检测树木的位置,从而有针对性地控制并优化植物保护剂的喷施,这也得益于超声波传感器抗环境能力强这个特点。

直径和尺寸测量测量区域较大

直径和尺寸测量中大多使用较短的圆柱形结构的UM18-2系列产品。UM18-2体积小巧,最远工作距离可达一米以上。在纸张、塑料、织物或金属等连续材料开卷时,UM18-2可以稳定实时的测量卷辊表面与传感器之间的距离,相应的就可以测量开卷材料的卷径。

在材料完全用完之前,传感器可以及时按照事先设定好的卷径(距离值),给出开关量信号(亦可通过模拟量实时输出卷径),从而使设备停机时间最小化

加工片状连续材料时,超声波传感器可以用来检测幅面断裂等。多个传感器同时工作(或同时测量某一较小物体时),可以采用同步或者异步工作模式,确保将相互干扰的问题降到最低,实现稳定测量

防撞应用从AGV到飞机登机桥

大面积识别障碍物是超声波传感器在移动应用中的常见任务。物体和人员都可以被识别,从而采取停车或绕过障碍物等动作,保证设备及人员安全。同时,超声波可以实时测量距离,持续监控接近过程,因此在AGV或者RGV等输送设备,以及飞机登机桥与飞机舱交接位置,得到广泛应用。在防撞应用中,通常有多台UM30、UM18-2 或 UC30协同工作,以扩大防撞区域。多台超声波传感器近距离安装时,SICK传感器具备的同步功能(或异步功能)可避免相互干扰,保证稳定可靠的测量。

车辆和机器人定位

超声波传感器无需反射板,其检测不受光学表面特性和环境条件的影响,因此它是众多应用中理想的定位解决方案。在自动化搬运领域(如废品回收车辆),UM12 和 UM18-2系列产品被光放使用。传感器被安装在抓臂上,实时监测抓臂与容器之间的距离,最好的情况下,甚至可以实现毫米级的定位精度。

在这样的恶劣环境中,圆柱型金属外壳保证了必要的高防护等级和坚固的耐用性,在农用车辆应用场合同样至关重要,这也是UM30 的主要应用场合。在工业环境下,超声波传感器同样能实现全自动位置检测。非接触式距离测量确保实现可靠的定位过程,例如在堆垛系统、卸垛机或机器人的抓取部件中。

双张和粘连点检查

确保流程安全

加工板材、印张、瓦楞纸板、盒坯、自粘膜或芯片卡时,出于流程安全、质量和机器效率的原因,确保材料仅单层进给,至关重要。然而,粘连、真空或附着力均可能导致提起一层时,同时提拉或带动另一层。

可靠检测上述情况正是分体式 UD18 超声波传感器的任务,其可用于双层识别,亦称单双张检测。其基本原理是检测因材料厚度不一样造成的发射器与接收器之间的超声波衰减情况不一致。因此需要对不同的材料单双张进行示教,在后续的生产中与实际减幅情况进行对比,以判断材料的单双张状态,即确定进给的是一层、两层还是无材料。

传感器灵敏度可选,简化了调试方法,可在设备运行中通过切换增加应用灵活性。凭借可选的个性化材料示教,UD18 传感器能够可靠胜任要求更加严苛的应用。就测量和识别技术而言,粘连点检查与单双张检测采用同一原理。材料末端和新卷起始处重叠粘连的区域,会使超声波脉冲衰减幅度不同,UD18可以检测到这种不同,为设备提供信号,以到达下一工序时主动跳过粘连点。无论是双层识别还是粘连点检查应用中,发射/接收端的直径都只有M18,可以方便的装进狭小的空间,并且可以改变安装距离,满足各种应用场合。除了开关量输出信号,传感器上的LED灯可以实时表征输出状态及单双张状态。

丰富的产品系列和不同的外型,可以广泛的使用多种不同的应用领域和行业。SICK超声波传感器均可提供市场上常见的机械及电子连接技术和外观,确保传感器的通用性和普适性。部分型号集成IO-Link接口,能够实现参数设定、状态识别、诊断等通信,从而开启工业 4.0 和智能工厂之门。

超声波——彩色、高亮或透明物体检测的理想之选

超声波是频带高于人类听觉范围的声波——约为 16 kHz 以上。基于这一物理作用原理(超声波),传感器能够生成此类高频短声脉冲。其在空气中以音速传播。一旦与物体相遇,根据不同表面,脉冲可能穿过物体、被其吸收或反射。表面反射效应被用于工业自动化中的距离测量。利用发射声脉冲和接收反射信号之间的时间间隔,超声波传感器可计算出与物体的距离。即使面是彩色、高亮或透明物体,以及较为严苛的环境(如粉尘、脏污或雾),亦可精确检测物体和距离。SICK 超声波传感器中内置的温度补偿和智能测量滤波器,可以确保测量值的准确性。同步和异步发射技术等功能,可实现多台传感器同时运行,而不会相互干扰。

西克(SICK)成立于1946年,历经多年的发展与积累,已成为极具影响力的智能传感器解决方案供应商,产品广泛应用于各行各业,包括包装、食品饮料、机床、汽车、物流、交通、钢铁、机场、电子和纺织等行业。西克中国目前已在广州、上海、北京、青岛和香港等地设有分支机构,并形成了辐射全国各主要区域的机构体系和业务网络。

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