Forradalmasító ipari automatizálás fejlett fotoelektromos érzékelőtípusokkal

1. Mik azok a fotoelektromos érzékelők, és miért fontosak az ipari automatizálásban?

Az ipari automatizálás szakértőjeként első kézből láttam a fotoelektromos érzékelők átalakító hatását. Ezek az eszközök a modern gyártás elengedhetetlen alkotóelemei, az automatizált rendszerek „szemeként” működnek. 

A fotoelektromos érzékelők fénysugár kibocsátásával és a visszavert fény elemzésével fizikai érintkezés nélkül érzékelik a tárgyak jelenlétét, hiányát vagy távolságát. Pontos és megbízható adatszolgáltatási képességük miatt az alkalmazások széles körében nélkülözhetetlenek.

Az ipari automatizálás keretében a fotoelektromos érzékelők döntő szerepet játszanak a hatékonyság növelésében, a minőségellenőrzés javításában és a biztonság biztosításában.

Az objektumok pontos észlelésével ezek az érzékelők lehetővé teszik az automatizált rendszerek számára, hogy figyelemre méltó sebességgel és pontossággal hajtsanak végre olyan feladatokat, mint a számlálás, válogatás, pozicionálás és termékek vizsgálata.

Ahogy a gyártási világ egyre inkább automatizálódik, a kifinomult érzékelési megoldások, például a fotoelektromos érzékelők iránti kereslet folyamatosan nő. Például az Omron esettanulmánya kimutatta, hogy a fotoelektromos érzékelők csomagolósoron történő alkalmazása 20%-val növelte a teljesítményt, miközben 15%-val csökkentette a hibákat.

2. Hogyan működnek a fotoelektromos érzékelők?

A fotoelektromos érzékelők egyszerű, de hatékony elven működnek. Fényforrásból (kibocsátóból) és fényérzékeny detektorból (vevő) állnak. Az emitter fénysugarat bocsát ki, jellemzően infravörös vagy látható fényt, a vevő pedig méri a visszaverődő vagy egy tárgy által megszakított fény mennyiségét. 

Az érzékelő típusától függően az a mód, ahogyan a kibocsátott fény kölcsönhatásba lép a tárggyal, és ahogyan azt a vevő feldolgozza, meghatározza, hogy az érzékelő hogyan érzékeli az objektum jelenlétét, helyzetét vagy egyéb jellemzőit.

A fotoelektromos érzékelők három elsődleges módszert használnak egy objektum észlelésére: átmenő, diffúz és fényvisszaverő. Az átmenő érzékelők két külön házat használnak – egyet az adónak és egyet a vevőnek –, amelyek egymással szemben helyezkednek el. 

A diffúz érzékelők adója és vevője ugyanabban a házban vannak, és a tárgyról visszaverődő fényre támaszkodnak. A fényvisszaverő érzékelőknek ugyanabban a házban van az adó és a vevő, de reflektor segítségével verik vissza a fényt a vevőre.

Mindegyik módszernek megvannak a maga előnyei, és különböző alkalmazásokhoz alkalmas. Például a diffúz mód kiválóan alkalmas változó visszaverőképességű objektumok észlelésére, míg a sugárzó üzemmód az átlátszatlan objektumok észlelésében.

3. Melyek a fotoelektromos érzékelők fő típusai?

A fotoelektromos érzékelők különféle típusainak ismerete alapvető fontosságú az adott alkalmazáshoz megfelelő kiválasztásához. Mindegyik típus egyedi képességekkel rendelkezik, és különböző érzékelési forgatókönyvekhez készült. Itt részletesebben megvizsgáljuk az egyes elsődleges érzékelőtípusokat.

• Thru-beam érzékelők: Ezek a fotoelektromos érzékelők legmegbízhatóbb típusai. Ezek rendelkeznek a leghosszabb érzékelési tartományokkal, és a legkevésbé befolyásolják őket az észlelt objektum tulajdonságai. Például a csomagolóiparban rendszeresen használják a szállítószalagon lévő dobozok jelenlétének kimutatására.
• Diffúz érzékelők: Ideálisak olyan helyzetekben, amikor a céltárgynak csak az egyik oldala érhető el. Kifejezetten jól működnek olyan tárgyakkal, amelyek nagy fényvisszaverő képességű felülettel rendelkeznek, mint például fém vagy fehér papír. Tipikus alkalmazás a szemetesben lévő alkatrészek észlelése.
• Fényvisszaverő érzékelők: Kiválóan alkalmasak fényes vagy átlátszó tárgyak észlelésére. Hosszabb érzékelési tartományt kínálnak, mint a diffúz érzékelők, de kevésbé pontosak, mint az átmenő érzékelők. Gyakori felhasználási eset a palackok észlelése szállítószalagon.
• Konvergens sugár módú érzékelők: A konvergens sugármód érzékelők egy lencsét használnak, hogy a kibocsátott fénysugarat egy kis pontra fókuszálják. Ez lehetővé teszi, hogy az érzékelő pontosan érzékelje a kis tárgyakat egy adott tartományon belül.
• Diffúz mód háttérelnyomó érzékelőkkel: A háttérelnyomó érzékelőkkel ellátott szórt mód a háromszögelés segítségével határozza meg az objektum távolságát, és figyelmen kívül hagyja a bizonyos távolságon túli tárgyakat, így ideálisak a tükröződő háttér előtti tárgyak észlelésére.

Íme egy táblázat, amely összefoglalja a fotoelektromos érzékelők fő típusait:

4. Mi az a Thru-beam Sensing Technology, és hogyan javítja az észlelést?

A Thru-beam érzékelő technológia, más néven átmenő sugár vagy ellentétes mód, rendkívül hatékony módszer az objektumok észlelésére ipari környezetben.

Ez a technika két különálló érzékelő egységet használ: egy adót és egy vevőt, amelyek egymással szemben helyezkednek el. Az adó folyamatos fénysugarat vetít a vevő felé.

Amikor egy tárgy áthalad az adó és a vevő között, megszakítja a fénysugarat, ami változást okoz a vevő által észlelt fényintenzitásban. Ez a változás egy tárgy jelenlétét jelzi.

Az átmenő érzékelők egyik legfontosabb előnye a nagy érzékelési tartomány. Mivel az adó és a vevő különálló és közvetlenül egy vonalban van, a fénysugár jelentős távolságot tud megtenni jelentős intenzitásveszteség nélkül.

Ez ideálissá teszi az átmenősugaras érzékelőket olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy érzékelési területet kell lefedni, mint például a szállítószalagon lévő nagy tárgyak észlelése vagy a gyártósor be- és kilépési pontjainak figyelése.

Például a Mitsubishi PLC programozható úgy, hogy ezeknek az érzékelőknek a jelei alapján reagáljon, integrált vezérlési megoldásokat biztosítva.

Ezenkívül az átmenő érzékelők megbízhatóságukról ismertek. Mivel az észlelés a fénysugár megszakításán, nem pedig a fény visszaverődésén alapul, ezek az érzékelők kevésbé érzékenyek az objektum felületi tulajdonságainak, például színének, textúrájának vagy fényvisszaverő képességének változásaira.

Ez alkalmassá teszi a tárgyak széles körének észlelésére, beleértve az átlátszatlan, átlátszó és akár szabálytalan alakú tárgyakat is.

5. Hogyan működik a diffúz érzékelő technológia az objektumészlelésben?

A diffúz érzékelő technológia, más néven közelség vagy tükröző mód, egy másik széles körben használt módszer a fotoelektromos érzékelőkben. Az átmenő érzékelőkkel ellentétben a diffúz érzékelők az adót és a vevőt is egyetlen házban helyezik el.

Az emitter fénysugarat vetít ki, és amikor egy tárgy belép az érzékelési területre, ennek a fénynek egy részét visszaveri a vevőbe. Az érzékelő ezután a kapott fény mennyisége alapján érzékeli a tárgy jelenlétét.

A diffúz érzékelők különösen akkor hasznosak, ha a céltárgynak csak az egyik oldalához lehet hozzáférni. Akkor is hatásosak, ha az objektum helyzete az érzékelési területen belül változhat.

A diffúz érzékelők hatékonyságát azonban befolyásolhatják az objektum felületi tulajdonságai. A nagy fényvisszaverő képességű tárgyak, mint például a fényes vagy világos színű felületek, több fényt vernek vissza, ezért könnyebben észlelhetők. Ezzel szemben a sötét vagy matt tárgyak több fényt nyelnek el, és nagyobb kihívást jelenthet észlelni.

A diffúz érzékelő technológián belül vannak eltérések. Például a konvergens sugár mód fókuszált fénysugarat használ a kicsi vagy átlátszó objektumok észlelésének javítására.

Azáltal, hogy a fényt keskeny sugárba koncentrálja, ez az üzemmód egy meghatározott távolságban növeli a fény intenzitását, megkönnyítve az alacsony visszaverőképességű tárgyak érzékelését.

6. Mi az a fényvisszaverő érzékelő technológia?

A fényvisszaverő érzékelés a fényvisszaverő érzékelés egy speciális formája, amely a szabványos diffúz érzékeléshez képest továbbfejlesztett képességeket kínál. Ebben a konfigurációban a fotoelektromos érzékelő fénysugarat bocsát ki az érzékelővel szemben elhelyezett speciális reflektor felé.

A reflektort úgy tervezték, hogy ugyanazon az úton közvetlenül visszajuttassa a fényt az érzékelőhöz. Ha egy tárgy megtöri az érzékelő és a reflektor közötti fénysugarat, az érzékelő a kapott fény mennyiségének csökkenését érzékeli, jelezve egy tárgy jelenlétét.

A fényvisszaverő érzékelők egyik elsődleges előnye, hogy a diffúz érzékelőknél megbízhatóbban érzékelik az átlátszó vagy áttetsző tárgyakat.

Ennek az az oka, hogy még a tiszta tárgyak is bizonyos fokú fénycsillapítást vagy szóródást okoznak, amikor megszakítják a sugarat.

A fényintenzitás ezen finom változásainak érzékelésével a fényvisszaverő érzékelők hatékonyan érzékelik azokat a tárgyakat, amelyeket más típusú érzékelők esetleg figyelmen kívül hagynak. Gyakori alkalmazás az átlátszó palackok vagy műanyag fóliák érzékelése szállítószalagon.

Ezen túlmenően a fényvisszaverő érzékelők általában nagyobb érzékelési tartományt kínálnak, mint a diffúz érzékelők, mivel a fény hatékonyan tér vissza a reflektorból.

Ezek azonban nem olyan nagy hatótávolságúak, mint az átmenő érzékelők. Fontos megjegyezni, hogy a fényvisszaverő érzékelők teljesítményét befolyásolhatja az érzékelő és a reflektor közötti igazítás.

A megfelelő telepítés és beállítás kulcsfontosságú az optimális működéshez. Ezenkívül a reflektoron vagy az érzékelő lencséjén lévő por, szennyeződés vagy más szennyeződés csökkentheti a visszaverődő fény mennyiségét, és téves leolvasásokhoz vezethet.

7. Hogyan javítja a háttérelnyomás a fotoelektromos érzékelő pontosságát?

A háttérelnyomás egyes fotoelektromos érzékelők fejlett funkciója, amely jelentősen javítja azok pontosságát, különösen kihívást jelentő környezetben.

Ez a technológia lehetővé teszi az érzékelő számára, hogy figyelmen kívül hagyja a beállított távolságon kívül eső objektumokat, az úgynevezett vágási távolságot, miközben megbízhatóan észleli a kívánt érzékelési tartományon belüli tárgyakat.

A háttérelnyomásnak két fő típusa van:

• Mechanikus háttérelnyomás: Ez a módszer mechanikus beállítást, például csavart használ a vágási távolság beállításához. Az érzékelőt úgy tervezték, hogy csak a visszavert fényre reagáljon, amely egy adott időablakon belül tér vissza, a beállított távolságnak megfelelően. A vágási távolságon túli tárgyakról visszaverődő fény ezen az ablakon kívül érkezik, és figyelmen kívül hagyja.

• Elektronikus háttérelnyomás: Ez a kifinomultabb módszer háromszögelést használ az objektum távolságának meghatározására. Az érzékelő két vevőelemet tartalmaz, amelyek érzékelik a visszavert fény szögét. E szög alapján az érzékelő kiszámítja a tárgy távolságát. Ha a számított távolság meghaladja a beállított határértéket, az érzékelő figyelmen kívül hagyja a tárgyat.

A háttérelnyomás különösen akkor hasznos, ha a háttér visszatükröződik, vagy ha változó színű vagy reflexiós objektumokat kell észlelni egy egységes háttér előtt.

Például egy olyan alkalmazásban, ahol különböző színű dobozok mozognak egy fényes fém hátterű szállítószalagon, a háttérelnyomás-érzékelővel ellátott diffúz mód megbízhatóan érzékeli a dobozokat, miközben figyelmen kívül hagyja a szállítószalagról érkező visszaverődéseket.

Ha a háttérelnyomást be kívánja építeni a működésébe, akkor speciális Schneider HMI panelek, amelyek integrálhatók ezekkel a fejlett érzékelőkkel.

8. Melyek a fotoelektromos érzékelő teljesítményét befolyásoló kulcstényezők?

Számos tényező befolyásolhatja a fotoelektromos érzékelők teljesítményét és megbízhatóságát. Ezen tényezők megértése elengedhetetlen az adott alkalmazáshoz megfelelő érzékelő kiválasztásához és az optimális működés biztosításához.

• Objektum tulajdonságai: A célobjektum mérete, alakja, színe, felületi textúrája és fényvisszaverő képessége jelentősen befolyásolhatja az észlelést. Például a kicsi, sötét vagy szabálytalan alakú tárgyak észlelése nagyobb kihívást jelenthet, mint a nagy, világos színű vagy szabályos alakú tárgyakat. Hasonlóképpen, a matt felületű tárgyak nehezebben érzékelhetők diffúz érzékelőkkel, mint a fényes felületű tárgyak.

• Környezeti feltételek: Az olyan tényezők, mint a környezeti fény, hőmérséklet, páratartalom, por, szennyeződés és vegyi expozíció befolyásolhatják az érzékelő teljesítményét. Például a magas szintű környezeti fény megzavarhatja az érzékelő képességét a fényintenzitás változásainak észlelésére. Hasonlóképpen, szélsőséges hőmérsékletek, nedvességnek vagy vegyszereknek való kitettség károsíthatja az érzékelőt, vagy idővel ronthatja a teljesítményét. Például a kínálatunkban Omron érzékelők Úgy tervezték, hogy ellenálljanak a zord környezeti feltételeknek, biztosítva a megbízható teljesítményt.

• Érzékelési távolság: Az érzékelő és a céltárgy közötti távolság, valamint az érzékelő általános érzékelési tartománya döntő szempont. A különböző típusú érzékelők eltérő érzékelési tartományokkal rendelkeznek. Például az átmenő érzékelők hatótávolsága általában a legnagyobb, míg a diffúz érzékelők hatótávolsága rövidebb. Az alkalmazásnak megfelelő érzékelési tartománnyal rendelkező érzékelő kiválasztása elengedhetetlen a megbízható észleléshez.

• Igazítás és telepítés: A megfelelő beállítás és telepítés kritikus az érzékelő optimális teljesítményéhez. A helytelen beállítás az észlelések elmaradásához vagy hamis triggerekhez vezethet. Ezen túlmenően, ha gondoskodik arról, hogy az érzékelő biztonságosan fel legyen szerelve, és védve legyen a vibrációtól vagy ütésektől, az segíthet megőrizni pontosságát és hosszú élettartamát.

• Válaszidő: Azt a sebességet, amellyel az érzékelő képes észlelni egy objektumot és kimenő jelet generál, válaszidejének nevezzük. A nagy sebességű alkalmazásokban, mint például a gyorsan mozgó szállítószalagon lévő tárgyak számlálása, egy gyors reakcióidővel rendelkező érzékelő elengedhetetlen a termelési sebesség követéséhez.

9. Melyek a fotoelektromos érzékelők tipikus alkalmazásai a különböző iparágakban?

A fotoelektromos érzékelők hihetetlenül sokoldalúak, és számos iparágban alkalmazhatók. Az érintés nélküli észlelés lehetőségének köszönhetően felbecsülhetetlen értékűek számos automatizálási folyamatban. Íme néhány gyakori példa:

• Csomagolóipar: A csomagolásban ezek az érzékelők döntő szerepet játszanak a termékek helyes elhelyezésének, számlálásának és csomagolásának biztosításában. Például az átmenő érzékelők képesek érzékelni a dobozok jelenlétét a szállítószalagon, míg a fényvisszaverő érzékelők ellenőrizni tudják a címkék vagy plombák jelenlétét. A diffúz érzékelők szintérzékelésre használhatók a tartályokban, vagy a csomagban lévő tételek jelenlétének észlelésére.

• Anyagkezelés: A fotoelektromos érzékelők az automatizált anyagmozgató rendszerek alapvető összetevői. Használhatók automatizált irányított járművek (AGV-k) vezetésére, a szállítószalagok anyagáramlásának szabályozására, valamint a raklapok vagy más rakományok helyzetének észlelésére. Például érzékelők használhatók annak biztosítására, hogy egy AGV a megfelelő helyen álljon meg be- vagy kirakodáshoz.

• Gépjárműipar: Az autógyártásban a fotoelektromos érzékelőket széles körben használják az alkatrészek észlelésére, pozicionálására és ellenőrzésére. Felismerhetik az alkatrészek jelenlétét az összeszerelősoron, ellenőrizhetik, hogy az alkatrészek megfelelően vannak-e elhelyezve, és még a hibákat is megvizsgálhatják. Érzékelők használhatók például annak biztosítására, hogy az autóajtó megfelelően legyen beállítva, mielőtt a helyére hegesztésre kerül.

• Élelmiszer- és italipar: Ez az iparág fotoelektromos érzékelőket használ különféle alkalmazásokhoz, beleértve a palackok észlelését, a kupakok észlelését, a töltöttségi szint észlelését és a címkeellenőrzést. Például fényvisszaverő szenzorok segítségével érzékelhető az átlátszó palackok jelenléte a töltősoron, míg a diffúz érzékelők biztosíthatják a tartályok megfelelő szintre való feltöltését. Ezen alkalmazások kiegészítésére robusztus Proface HMI panelek, biztosítva a zökkenőmentes működést és a gyártósorok felügyeletét.

• Gyógyszeripar: A gyógyszergyártásban fotoelektromos érzékelőket használnak a tárgyak pontos észlelésére olyan folyamatokban, mint a pirulák számlálása, az injekciós üvegek vagy fecskendők jelenlétének ellenőrzése, valamint a csomagolás hibáinak ellenőrzése. Ebben a szigorúan szabályozott iparágban kritikus fontosságú, hogy képesek legyenek pontos és megbízható észlelést biztosítani.

10. Hogyan válasszuk ki a megfelelő fotoelektromos érzékelőt az alkalmazáshoz?

A megfelelő fotoelektromos érzékelő kiválasztása több tényező alapos mérlegelését igényli. Íme egy lépésről lépésre bemutatott megközelítés, amely végigvezeti Önt a folyamaton:

1. Határozza meg az érzékelési módszert: Alkalmazása alapján döntse el, hogy az átmenő, diffúz vagy fényvisszaverő érzékelés a legmegfelelőbb. Vegye figyelembe az olyan tényezőket, mint például, hogy hozzáfér-e a célobjektum mindkét oldalához, az objektum felületi tulajdonságai és a szükséges érzékelési tartomány.

2. Vegye figyelembe az objektum jellemzőit: Értékelje az észlelni kívánt objektumok méretét, alakját, színét és fényvisszaverő képességét. Például, ha kicsi, átlátszó tárgyakat észlel, konvergens sugár vagy fényvisszaverő érzékelő megfelelő lehet. Változó színű vagy fényvisszaverő képességű objektumok esetén a diffúz érzékelő háttérelnyomással jó választás lehet.

3. Mérje fel a környezeti feltételeket: Vegye figyelembe a környezetet, ahol az érzékelő működni fog. Ha túl sok por, szennyeződés vagy nedvesség van jelen, válasszon megfelelő IP-besorolással és robusztus házzal rendelkező érzékelőt. Erős környezeti megvilágítású területeken válasszon jó környezeti fénytűrő érzékelőt, vagy használjon árnyékolást.

4. Határozza meg a szükséges érzékelési tartományt: Mérje meg a távolságot az érzékelő felszerelési helye és a tárgyak észlelésének helye között. Válasszon olyan érzékelőt, amelynek érzékelési tartománya kényelmesen lefedi ezt a távolságot, szem előtt tartva, hogy a megadott érzékelési tartomány általában ideális körülményeken alapul.

5. Válaszidő értékelése: Ha az alkalmazás nagysebességű észlelést tartalmaz, például tárgyakat számlál egy gyorsan mozgó szállítószalagon, válasszon olyan érzékelőt, amelynek gyors válaszideje van, és képes lépést tartani a szükséges sebességgel.

6. Vegye figyelembe a kimeneti típust: A fotoelektromos érzékelők különféle kimeneti típusokat kínálnak, például NPN, PNP, relé vagy analóg kimeneteket. Válasszon egy olyan kimeneti típust, amely kompatibilis a vezérlőrendszerével vagy a PLC-vel. Kompatibilitást biztosítunk a vezérlőrendszerek széles skálájával, beleértve Omron PLC, a zökkenőmentes integráció biztosítása érdekében.

7. Felszerelés és telepítés: Gondolja át, hogyan kell felszerelni és telepíteni az érzékelőt. Egyes érzékelők rugalmasabb rögzítési lehetőségeket kínálnak, mint mások. Győződjön meg arról, hogy az érzékelő biztonságosan rögzíthető és könnyen beállítható az optimális teljesítmény érdekében.

8. Különleges szolgáltatások: Az alkalmazástól függően szükség lehet egy speciális funkciókkal rendelkező érzékelőre, mint például a háttér elnyomása, az előtér elnyomása, az állítható érzékenység vagy a beépített időzítők.

E tényezők szisztematikus értékelésével kiválaszthatja az igényeinek legjobban megfelelő fotoelektromos érzékelőt, biztosítva ezzel a megbízható és pontos észlelést az adott alkalmazásban.