【2027上岸必學】如何逼自己21天學會機械設計，從0到助理工程師到機械工程師，機械小白學習工作轉行必備 P3 - 助理工程師：【第一章傳感器】2、行程開關類型與選型

好的，上節課我們對自動化傳感器的基本功能和五大作用給 大家進行了這樣的一個講解 那麼，本節課我們來講講傳感器的類型分類以及 行程開關在自動化設計當中的應用和選擇 好，那傳感器的五大作用的話呢 就決定了我們在自動化設計當中要合理的進行選型 但是呢，有哪些類型可供我們選擇呢 有同學眼尖的可以看到我的課體裏面其實羅列了 像行程開關、微動開關、直線開關等等 那麼傳感器的話，基本上我們常見的有幾十種 但是我們由於時間關係，我們只能講二十多種 這二十多種的話，我首先給大家進行這樣的一個羅列，對吧 這麼多傳感器，那我們在選擇的時候 我們可以按照功能，比如說它檢測的原理 然後呢來對它進行這樣的一個類型的歸類 比如說像行程開關和微動開關 就是必須要機械碰撞 才能夠進行觸發的 然後進行信號的反饋的 那我們就把它稱之爲機械接觸式 那麼有一些的話，就是你靠近它 或者是接近它 有一定的位置和距離的話 它就可以被觸發 那麼這些就是磁性開關 或者是接近傳感器，對吧 好，那麼有一些它是光電式的 利用了這樣的一個漫反射 或者是進行了我們的對射 或者是反射型 然後進行阻擋我們的這樣的一個光線的光路 那它就會形成觸發的 那這裏面的話，像漫反射光電 對射式、反光板式以及槽型光電 光纖傳感器、激光傳感器、掃碼傳感器等等 那麼它都屬於光電式 其他類型呢 像我們的熱電式熱電偶 超聲波式的超聲波傳感器 以及射頻識別式的 RFID 式的掃碼傳感器 它都屬於這些類型 那麼我們就把它進行這樣的一個歸類 爲大家進行這樣的一個羅列一下 大家可以看到的 我們進行羅列之後的話 我們就來好分門別類的來進行這個類型的講解和選型 當然老師也給大家做了這樣的一個筆記 這些筆記大家如果有需要的，或者是我給大家展示的這些動畫 以及我們選型的樣冊，像傳感器的這些知識選型教材 以及其他的一些樣冊等等，大家有需要的同學 都可以在評論區留下三個六，老師可以免費的分享給大家 好，那麼我們首先呢，既然我們要分門別類來講 我們就從第一種開始講起 第一種的話就是機械接觸式的行程開關 那麼行程開關的話用在哪裏，以及該如何進行選擇 很多東西可能用的比較少，因爲這種傳感器的話 只有在特定的場景下才會進行選擇，進行選用 那麼哪些場景呢？比如說我們在做設計的時候 很多同學做過機器人集成方案的設計 那麼這種方案的話，它會設計這種地軌 地軌的結構非常簡單，底部是焊接的鋼座 這種底座的話是用焊接做的 大家看一下，不是我們的這樣一個螺絲鎖附的 好，那它上面的話會有我們的導向 導向的話就是直線導軌嘛 一般情況下都是用直線導軌，而且是這種重負載型的 同時它來回進行往復運動 那麼這裏面就會用到齒輪齒條 通過伺服電機齒輪和齒條的這樣一個齧合 實現將電機的旋轉運動變爲直線運動 這個它也稱之爲機械的第七軸 好，那麼在往復運行過程中 大家可以看到，它就是拓展了機器人的工作範圍 比如說進行來回的多個工位的上下料 或者是進行焊接 它都可以拓展它的一個行程 好，那麼在這裏面的話 我們只要是模組 只要是這樣的一個對應的軸 它要進行來回運動 它就會有行程 對吧 有這樣的一個行程的話 我們在進行走位過程中也要注意 就是第一個不能超限 不能超程 超限或者是超程 比如說像我們這是直線導軌導向的 那如果是超限超程的話 它就會跑出軌道 跑出軌道，造成我們的這樣的一個損壞嘛 至少機器人可能會傾倒 然後的話你整個結構會出現的 這樣一個成本的損失損耗 好，那麼這裏面我們怎麼樣 進行這樣的一個限定它的行程呢 就是說我們這個時候 就要把整個的這個機器人的地軌模組的話 讓它在規定的行程內進行這個運行 而且必須是安全行程對吧 那我們就可以用到這類傳感器 也就是說行程開關 在這裏面大家看到這個塊塊其實它就是行程開關 因爲沒有畫出來，是因爲做設計的工程師他偷懶了 沒有去導入一個我們的標準件的三維模型 他就直接拉伸了一個四方塊進行替代 那麼也就是說當我們的模組運行到了這樣一個位置之後 然後觸發了我們行程開關 那它就會進行這樣一個停止 當然有很多人就說老師不是還有一個距離嗎 這個距離是安全距離啊 就是預留的安全行程 防止呢 就是說我們在進行速度較快的時候 停不住嘛 到時候的話呢 它也會跑出去 或者是我們這個行程開關 出現了損壞的時候 那麼這樣的一個電氣限位 就沒有辦法進行限位 那這個時候呢 我們有一定的安全距離進行緩衝 然後在這個位置 我們還會加一個機械限位 這個機械限位的話 是用來做碰撞的 就是說用來進行這樣一個硬性停止 對吧 比如說我們的電機的話 在碰撞之後 它會進行報警 報警的話 那這個時候它就停下來了不 這個硬限位的話一般情況下是用鋼線來做螺絲進行鎖附 同時在前方為了鋼對鋼的這樣一個碰撞的情況不會出現 它會加一個非金屬材料緩衝墊 那麼一般情況下是用聚氨酯 好那麼我們來看一下這個傳感器這種行程開關的話它的實物 這個實物的話在這裡面有三種 我給大家拿到的這個實物的話還是比較典型的 這類實物它是有哪些呢 第一個是直動式 直動式就是前方會有一個按鈕柱塞 當然這種按鈕柱塞 也就是說它進行這樣的一個行程決定 比如說往這個按鈕柱塞這裡 走幾毫米的行程 那麼它就會形成觸發 大家聽一下啊 它有這個滴答的聲音就是觸發了 好，那麼第二種的話是我們的滾輪式 就是說我們的這樣一個外部的話，它是帶有這個滾輪的 適用於撞擊塊通過的這樣一個場景，它可以減少摩擦 比如說我們有一個直線模組，大家看到 這個直線模組的話，當然在這裏面它採用 的是我們的光電式的槽型光電開關 這個槽型光電開關的話，相對來說它是非接觸式 所以它的壽命會比較長一些 好，那麼假設我們用到的這個直線模組 我們用的是一個行程開關，大家看到 那麼我們就可以進行這樣一個觸發 按秒進行這個觸發 那當然，如果是我們沒有這個滾輪的話 那它就是一個機械摩擦 在這裏面它就 如果加了滾輪 那麼加了滾輪就會滾動 那它相對來說就觸發的時候 就是成了這樣一個滾動摩擦嘛 所以相對來說 它的這樣一個磨損 機械磨損會比較小 所以就是我們在做設計的時候的話 用到這種滾輪型的原因 還有萬向式 萬向式的話，它的操縱桿 可以在一定角度內活動 它的安裝要求更加寬鬆 就是說外形像彈簧可以擺動 我來給大家看一下 這樣一個結構類型 好，那麼這就是我們剛纔所看到的這三種 這三種的話呢，其中第一種的話大家發現沒有啊 它是我們的這樣一個滾輪的擺臂，那它是固定長度的 那麼這種固定長度的話 就是安裝的時候你必須精確對應的位置 不然的話呢，就是說它因爲它的這樣一個擺動臂它不可調 所以這個時候如果是你的孔位錯了的話 那麼它就可能就無法進行這樣一個撞擊到 或者是說它的這樣一個過撞擊了，比如說撞到這個前面的杆 而不是撞擊了我們這個滾輪的話 那麼對它的一個觸發是有影響的 所以如果是在一些行程或者是較遠 以及你不好確定的場景 我們可以採用這種調整型 這種調整型 那麼你就可以把這個螺絲把它進行鬆開 大家看一下 那我們這個擺臂的話 就可以進行這樣一個上下調整 所以它的行程可以做到可調嘛 就是觸發的這樣一個位置 當然這個行程的話 一般情況下是不可調的 好 那其他類型的話 我們就不用多說 剛纔我也講到了 還有一種是萬向式 萬向式的話 這種就是萬向式 你看到沒有 像個彈簧一樣 那麼它在一定空間內進行擺動 所以這就是我們行程開關的三大類型 當然很多同學會說老師 那麼它內部結構是怎麼樣子的 它的觸發原理是如何的呢 能不能講一講 可以講這個沒問題 那麼行程開關的話 大家看到我們剛纔也講到了 就是說對它進行這樣一個碰撞 然後來驅動觸點的動作的電器 開關從而實現我們的這樣一個機械觸發 那麼它其實有兩種類型 一個是常開一個是常閉 就是當外力通過按鈕 或者滾輪槓桿等操作機構施加於開關的時候 它的動作如果跑到了規定的位置 也是走完了它的觸發行程時 內部觸點系統會發生瞬時切換 常開變常閉，常閉變常開 從而改變電路的通斷狀態 當我們的模組外力移開之後 那麼它就可以依靠彈簧自動復位 那麼當然很多人就說老師 那在這個位置的話 我們除了可以用到行程的開關 來進行這樣的一個限位之外 還可以用其他傳感器嗎?可以啊 比如說我們可以用到對應的接近傳感器 對吧也可以用到槽型光電開關 比如在做自動化設計當中如果是 像3C鋰電半導體的我們伺服電機模組 不管是滾珠絲桿也好齒輪齒條也好還是同步帶也好 現在大部分用的是光電式 因為在伺服模組那麼光電式的話 相對來說它更加的這樣的一個穩定 而且它的檢測精度會更高一些 因爲像行程開關的話，它的精度要求它爲毫米級 精度主要取決於機械結構的動作行程差和復位的一致性 它無法進行高精度的這樣一個定位 常規的型號的話，像歐姆龍、施耐德、西門子的系列 我們都會進行選擇 好，那麼它有什麼樣的優勢或者優點呢 爲什麼我們在這一種結構當中 我們還會大量的使用呢 它的優勢第一個就是結構簡單 大家記住結構簡單 而且我們在做設計的時候 還會用到它一個點就是成本低廉 這個成本低廉的話 就是如果你採用國產品牌 價格會很低 十幾塊錢就可以搞定 所以我們在設計使用的時候 如果是一些小品牌 比如說你在這個拼多多里面買 幾塊錢一個的都有 那麼相對於其他的一些傳感器的話 確實成本要低半左右 所以我們在做設計的時候可以用到它 好，那麼這些場景化的應用也是影響了它的 比如我們如果是在室外使用 有較強的這樣的一個光線 那麼光電式的穩定性就會比較差 我們用接近式的傳感器 那麼如果是有磁力或者金屬，對吧 進行這樣的一個靠近的話 它也會進行誤觸發 所以我們在做設計的時候 也利用了它一個特點 所以大量的使用就是抗干擾能力強 這種抗干擾能力強，其他傳感器的話是比不了的 那麼這裏面它有一個特點 比如說對電器噪聲不敏感 也是它的一個強項，所以這就是這一點 好，那有很多人就說老師它只有優點嗎，沒有缺點嗎 有缺點，因爲它是機械觸發碰撞 才能夠進行這樣的一個我們的信號的反饋的，對吧 那麼這裏面的話它就會有機械的接觸 那麼有機械的接觸就會出現壽命減緩 爲什麼呢 因爲有機械接觸的話 它就會存在我們的這樣的一個物理磨損 所以壽命有限 一般情況下普通的就是十萬級吧 然後如果是比較好的品牌 然後品質比較好的 那就數百萬次 這個就取決於你下什麼成本 對吧 機械接觸器的話 普通的傳感器有可能就會出現 這樣一個觸發不靈敏的情況 比如說老師這裏的一個傳感器 我買的就是 十幾塊錢一個的 大家看一下啊，這個傳感器就出現了這種觸發 有點復位都不好復位的情況了，看到沒有 復位都沒有辦法復位了 正常的話就是我進行了這樣一個 這樣之後的話，它的觸發應該是一下子就彈回去了的 你看這個，它就實現了這樣一個觸發不靈敏 當然這裏面的話也有可能是我們這個螺絲鬆了，對不對 但是的話呢，大家一定要記住就是說 這個行程開關，它就是一分錢一分貨，好的傳感器 它的壽命就好一些 如果是你買的是價格低廉的 在拼多多上面的話 那麼它的壽命是有限的 因爲本身的話，這種機械觸發磨損 會導致它的壽命降低嘛 其次的話呢，就是用料 如果你用的差的話 也會降低它的壽命 還有呢，就是它的動作 大家記住，動作速度慢 動作速度慢的話，它不能用於高頻的場景 高頻次使用的話它是不可以的 高頻次使用，那麼它沒有辦法快速的進行反應 然後還有就是易產生電弧 特別是在感性負載場合 還有存在動作行程和釋放行程差 所以回差比較大 動作行程的話，通常爲幾毫米到幾十毫米之間 所以我們在做設計的時候的話 它的這個安全餘量的話，我們要留大一些 一般光電傳感器不需要留太大 但是行程傳感器，這個行程開關的話 因爲它進行觸發 它有時候如果是規格大一點的 要幾十毫米的行程 因此我們的安全距離要留高留長，對吧 比如說在自動化設計升降當中的話 我們要留高一些 然後水平的模組的話就要留長一點嘛 好，那這裏面它應用場景一般用在哪裏呢 一般情況下我們用在這些場景 比如說像 機械模組對吧？機械模組的這樣的一個限位啊， 或者是原點的給定，也可以用到啊， 原點的給定就是觸發之後的話呢，就是證明你到了原點 但是現在前面我也講到，現在的原點和限位用的比較多的啊， 像我們常規的模組的話，就會用光電傳感器嘛，超清光電好， 那麼呢，其次的話可以做限位的保護啊 限位或者是呢我們的這個極限的保護 極限保護的話，一般是升降結構極限 對吧？升降極限保護的話， 我們一般情況下也像水平的一樣嘍 會有這樣的一個電氣的極限， 也會有那我們機械的這樣的一個限位， 所以呢，這個極限保護也可以用到 呃，當然在生活當中啊， 比如說像電梯呀 這裏面的話，它也會用到，對吧？哎， 它的這樣的一個到位檢測 或者是極限保護也是用到的呃， 同時我們在做設計的時候， 比如說升降結構， 很多同學應該都知道， 如果說我要多點定位， 那麼這個時候我們就會用到什麼呢？ 用到我們的這樣的一個伺服電機來進行多點定位 嘛當然呃，我們有一些結構場景，爲了低成本的設計，呃， 有時候我們就用到普通電機 比如說減速電機帶我們制動的這類 然後呢再加多個行程開關 然後多點定位 那麼它是怎麼實現的 它是這樣子先的 比如說你要停留幾個位置 假設我們停留五個位置 一二三四五 給它兩個我們的極限保護傳感器 好那麼這裏面它怎麼實現 那這個時候我們就是五個傳感器五個信號 當我們的機械模組來了這個位置之後的話進行碰撞 進行碰撞的話他就可以進行感知，感知這個信號就給PLC 給PLC的話那麼他就可以進行這樣一個停止 因爲我們到了這樣一個位置 我需要停在這位置 那麼當然我們繼續往下走的話如果說要停在二號 當二號信號傳回之後的話那我們也可以讓這一個 我們對應的電機停在這樣一個結構位置 當然如果是你位置的走位要更加精準的話 通常情況下我們還會加一個在電機 旋轉的這樣一個位置檢測的話 就是它旋轉了多少圈我們也會加一個傳感器 這個傳感器一般是編碼器 通常情況下像我們升降用普通電機來進行驅動的話 像絲桿結構一般是錐齒輪，對吧？ 然後的話你有一根動力杆 然後左邊連我們的這樣一個電機 右邊的話就可以連一個編碼器 那這樣子位置走得更準 所以的話大家記住 普通電機 我給大家打出來一下 普通電機 然後加我們的行程開關 可以實現多點定位 所以這種設計應用也是比較常見的 好那當然還有哪些地方呢 還有我們的輸送線 輸送線的線位到位的檢測 比如說我們在做設計的時候 大家可以看到隨行工裝輸送線 那麼這裏面用的是我們反向的同步帶 然後進行我們自己的輸送 到末端這裏面就有一個我們滾輪式的 前面是滾輪的這種 柱塞按鈕型 也就是說你看 往這邊壓走了對應的這樣一個行程 就會實現我們的這樣一個觸發的 那麼呢，這也是行程開關 從外形上面大家應該都能看得出來 對吧？ 那麼這種行程開關的話 我們在進行使用過程中 呢，這裏面它第一個可以做限位 第二個可以做原點 也就是我們電機的復位啊 那麼在這裏面也會用到 就是說我們的這樣的一個傳送帶啊 位置的檢測或者是到位的信號 好 那麼呢，這就是這一個應用場景啊 自己一般情況下就是這幾種 大家在做設計的時候基本上啊都可以用得到 如果是對於這個各個行業有所接觸的話 好，那它在設計過程中有需要注意的事項沒有啊？ 有，第一個就是我們要考慮衝擊和振動 考慮衝擊和振動是爲什麼呢？ 因爲我們前面講到，它是一種機械觸發的 那麼呢，觸發的話，它就需要在高頻次 或者是這種振動大或者衝擊強的場景 需要選擇合適的 比如說結構堅固耐衝擊的型號 不然的話壽命會快速的這樣的一個衰減啊 從而實現了這樣一個損壞 所以這個首先大家一定要記住 衝擊和震動大的場景 一定是那種兼顧耐衝擊的型號 第二個就是預留行程 因爲我們前面講到它不像光電傳感器 就是到了對應的這樣一個光束位置 就會形成觸發 因爲它是機械接觸的 而且它這個擺杆呢 它要走一定的這樣一個行程纔會被觸發 所以我們在做設計的時候 尤其是用來做限位的時候的話 那麼你一定要預留一些行程 對吧預留一個安全行程嘛 必須保證開關在被觸發後 撞擊的這樣一個模組結構 或者是撞擊塊 還有繼續運動的這樣一個餘地 那麼也就是說給它一個超程的空間 避免發現 應該說是避免出現這樣一個 剛性的碰撞 剛性的碰撞的話也就是說假設我們進行了這個較短的給定 比如說安裝在這個位置 剛好觸發了之後的話，電機要停止 但是的話還沒有停止 這時候撞到了我們的這樣一個機械限位塊這裏 那麼發生這種的剛性碰撞的話，其實不好 爲什麼 即使我們可能不脫軌 但是的話有可能會造成比如說像撞擊塊的損壞 那你是不是要重新補單下單呢 或者是比如說這個撞擊塊的話 在撞的過程中螺絲還有人被撞斷了 那麼這個時候取這個螺絲就很麻煩 對不對所以增加了這樣一個麻煩事 那麼我還不如怎麼樣 我把它安裝過來一些 也就是我本身在設計這個模組的時候 我就設計行程長一些 然後預留兩邊的行程怎麼樣 預留多一些嘛 那麼防止的話就是在觸發之後 還撞到一些位嘛 所以這就是我們一定要記住的 預留超程 那當然這就是一些機械的 機械的這樣一個注意事項 好那麼當然還有就是 我們在進行設計的時候 還有壽命考量 壽命考量是這樣子的 因爲它普通的這種模組的限位或者極限保護 它不會有那麼多次的觸發，對吧？ 偶爾觸發有可能，對不對？ 一般情況下不可能說每次都走不準嘛 然後呢，進行這個丟點，從而超限 那麼這個是不可能的 那麼所以一般的這樣的一個壽命的行程開關就行了 但是的話呢，在動作頻繁的場景 哪些屬於動作頻繁？ 比如說後面這兩種 普通電機加行程開關多點定位，或者是輸送線的限位 那麼這個動作頻繁的場景的話 壽命是關鍵的選型指標 需要選擇高的機械壽命和電氣壽命的型號 不然的話你到時候經常換傳感器 一方面的話這個麻煩吧，對吧？ 另一方面客戶發現你們經常換傳感器 他會覺得你們偷工減料，設備不穩定，是不是？ 所以我們在做設計的時候 關鍵場景下還是要買好的品牌 這個大家要記住 好，那麼我們國內外典型品牌有哪一些呢 國內外的典型品牌的話 我可以給大家推薦幾個，好吧 比如說國外的品牌 像歐姆龍，大家可以選擇 這個是沒問題的，歐姆龍的話是比較好的嘛，對不對 好，那麼還有哪些呢 比如說我們在做設計的時候 像西門子也可以 尤其是給一些我們的德企做設備的話 他們就喜歡用自己國家的 而且它的國家的確實也比較好 這個東西也不好否認，對不對 還有像施耐德的 施耐德的這種法國品牌的話也是可以的 好，那麼除了這個之外 我們國內的品牌也可以 它性價比高，它不貴 所以可以增加我們的這樣一個設備的利潤 像正泰、德力西也是可以的 比如說老師這裏還有對應的 這樣一個正泰的行程開關的樣冊 大家如果是有需要的話 也可以在評論區留下三個六 免費領取，我會發給大家 大家在選型的時候 可以參考這個樣冊來進行選擇 那麼以上的話就是關於我們的 這樣的一個行程開關 傳感器以及類型 我們的這樣一個分類 本期我們就先講到這個位置好吧 我們就講完了 這個內容的話 當然這個筆記大家如果有需要 或者是我剛纔給大家展示的動畫 大家如果是想要領取去參考學習的 也可以在評論區留言 剛纔我也說了 留下三個六都可以免費分享的 本節我們就先講到這裏 我是工程師蘭峯 我們下一節課再見