Революция в промышленной автоматизации с использованием современных типов фотоэлектрических датчиков

1. Что такое фотоэлектрические датчики и почему они важны в промышленной автоматизации?

Как эксперт в области промышленной автоматизации, я своими глазами видел преобразующее воздействие фотоэлектрических датчиков. Эти устройства являются важнейшими компонентами современного производства, выступая в качестве «глаз» автоматизированных систем. 

Фотоэлектрические датчики определяют наличие, отсутствие или расстояние до объектов без физического контакта, испуская световой луч и анализируя отраженный свет. Их способность предоставлять точные и надежные данные делает их незаменимыми в широком спектре применений.

В контексте промышленной автоматизации фотоэлектрические датчики играют решающую роль в повышении эффективности, улучшении контроля качества и обеспечении безопасности.

Благодаря точному обнаружению объектов эти датчики позволяют автоматизированным системам выполнять такие задачи, как подсчет, сортировка, позиционирование и проверка продукции с поразительной скоростью и точностью.

Поскольку производственный мир становится все более автоматизированным, спрос на сложные сенсорные решения, такие как фотоэлектрические датчики, продолжает расти. Например, исследование Omron показало, что внедрение фотоэлектрических датчиков на упаковочной линии увеличило производительность на 20%, а количество ошибок сократилось на 15%.

2. Как работают фотоэлектрические датчики?

Фотоэлектрические датчики работают по простому, но эффективному принципу. Они состоят из источника света (излучателя) и светочувствительного детектора (приемника). Излучатель посылает луч света, обычно инфракрасного или видимого, а приемник измеряет количество света, которое отражается или прерывается объектом. 

В зависимости от типа датчика способ взаимодействия излучаемого света с объектом и его обработки приемником определяет, как датчик обнаруживает присутствие объекта, его положение или другие характеристики.

Существует три основных метода, которые фотоэлектрические датчики используют для обнаружения объекта: сквозной луч, диффузный и ретрорефлекторный. Датчики сквозного луча используют два отдельных корпуса — один для излучателя и один для приемника — расположенных друг напротив друга. 

Датчики диффузного типа имеют излучатель и приемник в одном корпусе и полагаются на свет, отраженный от объекта. Датчики с обратным отражением также имеют излучатель и приемник в одном корпусе, но они используют отражатель для отражения света обратно в приемник.

Каждый метод имеет свои преимущества и подходит для разных приложений. Например, диффузный режим отлично подходит для обнаружения объектов с переменной отражательной способностью, в то время как режим сквозного луча отлично подходит для обнаружения непрозрачных объектов.

3. Каковы основные типы фотоэлектрических датчиков?

Понимание различных типов фотоэлектрических датчиков имеет решающее значение для выбора правильного для вашего конкретного применения. Каждый тип предлагает уникальные возможности и предназначен для различных сценариев обнаружения. Здесь мы более подробно рассмотрим каждый из основных типов датчиков.

• Датчики сквозного луча: они считаются наиболее надежным типом фотоэлектрических датчиков. Они имеют самые большие диапазоны чувствительности и меньше всего подвержены влиянию свойств обнаруживаемого объекта. Например, в упаковочной промышленности они регулярно используются для обнаружения наличия коробок на конвейерной ленте.
• Датчики диффузного излучения: Они идеально подходят для ситуаций, когда доступна только одна сторона целевого объекта. Они работают исключительно хорошо с объектами с высокой отражающей способностью, такими как металл или белая бумага. Типичным применением является обнаружение деталей в контейнере.
• Датчики с обратным отражением: отлично подходят для обнаружения блестящих или прозрачных объектов. Они обеспечивают более дальний диапазон обнаружения, чем диффузные датчики, но менее точны, чем датчики со сквозным лучом. Распространенный вариант использования — обнаружение бутылок на конвейерной линии.
• Датчики режима сходящегося луча: Датчики режима сходящегося луча используют линзу для фокусировки испускаемого светового луча в маленькую точку. Это позволяет датчику точно обнаруживать небольшие объекты в определенном диапазоне.
• Режим рассеянного света с датчиками подавления заднего фона: режим рассеянного света с датчиками подавления заднего фона использует триангуляцию для определения расстояния до объекта и игнорирует объекты, находящиеся за пределами определенного расстояния, что делает его идеальным для обнаружения объектов перед отражающим фоном.

Ниже представлена таблица, в которой обобщены основные типы фотоэлектрических датчиков:

4. Что такое технология сквозного луча и как она улучшает обнаружение?

Технология сквозного луча, также известная как сквозной луч или встречный режим, является высокоэффективным методом обнаружения объектов в промышленных условиях.

Эта техника подразумевает использование двух отдельных сенсорных блоков: излучателя и приемника, расположенных друг напротив друга. Излучатель проецирует непрерывный световой луч в направлении приемника.

Когда объект проходит между излучателем и приемником, он прерывает световой луч, вызывая изменение интенсивности света, обнаруженного приемником. Это изменение сигнализирует о наличии объекта.

Одним из ключевых преимуществ датчиков сквозного луча является их большой диапазон обнаружения. Поскольку излучатель и приемник разделены и напрямую совмещены, световой луч может проходить значительное расстояние без существенной потери интенсивности.

Благодаря этому датчики сквозного луча идеально подходят для применений, где необходимо охватить большую область обнаружения, например, для обнаружения крупных объектов на конвейерной ленте или контроля точек входа и выхода производственной линии.

Например, Мицубиси ПЛС могут быть запрограммированы на реагирование на сигналы этих датчиков, обеспечивая интегрированные решения по управлению.

Кроме того, датчики сквозного луча известны своей надежностью. Поскольку обнаружение основано на прерывании светового луча, а не на отражении света, эти датчики менее восприимчивы к изменениям свойств поверхности объекта, таким как цвет, текстура или отражательная способность.

Это делает их пригодными для обнаружения широкого спектра объектов, включая непрозрачные, прозрачные и даже предметы неправильной формы.

5. Как работает технология диффузного зондирования при обнаружении объектов?

Технология диффузного зондирования, также известная как режим приближения или отражения, является еще одним широко используемым методом в фотоэлектрических датчиках. В отличие от датчиков со сквозным лучом, диффузные датчики содержат как излучатель, так и приемник в одном корпусе.

Излучатель проецирует световой луч, и когда объект попадает в зону обнаружения, он отражает часть этого света обратно в приемник. Затем датчик обнаруживает присутствие объекта на основе количества полученного света.

Диффузные датчики особенно полезны, когда возможен доступ только к одной стороне целевого объекта. Они также эффективны, когда положение объекта может меняться в пределах зоны обнаружения.

Однако эффективность диффузных датчиков может зависеть от свойств поверхности объекта. Объекты с высокой отражательной способностью, такие как блестящие или светлые поверхности, отражают больше света и поэтому их легче обнаружить. И наоборот, темные или матовые объекты поглощают больше света и их может быть сложнее обнаружить.

Существуют вариации в технологии диффузного зондирования. Например, режим сходящегося луча использует сфокусированный световой луч для улучшения обнаружения небольших или прозрачных объектов.

Концентрируя свет в узкий луч, этот режим увеличивает интенсивность света на определенном расстоянии, что облегчает обнаружение объектов с низкой отражательной способностью.

6. Что такое технология световозвращающего зондирования?

Ретрорефлекторное зондирование — это специализированная форма отражательного зондирования, которая предлагает улучшенные возможности по сравнению со стандартным диффузным зондированием. В этой конфигурации фотоэлектрический датчик излучает световой луч в направлении специального отражателя, расположенного напротив датчика.

Отражатель предназначен для возврата света непосредственно обратно к датчику по тому же пути. Когда объект прерывает световой луч между датчиком и отражателем, датчик обнаруживает уменьшение количества полученного света, что указывает на присутствие объекта.

Одним из основных преимуществ световозвращающих датчиков является их способность обнаруживать прозрачные или полупрозрачные объекты более надежно, чем диффузные датчики.

Это связано с тем, что даже прозрачные объекты будут вызывать некоторую степень ослабления или рассеивания света, когда они прерывают луч.

Обнаруживая эти тонкие изменения интенсивности света, светоотражающие датчики могут эффективно обнаруживать объекты, которые могут быть пропущены другими типами датчиков. Распространенным применением является обнаружение прозрачных бутылок или пластиковой упаковки на конвейере.

Более того, световозвращающие датчики обычно обеспечивают большую дальность обнаружения, чем диффузные датчики, благодаря эффективному отражению света от отражателя.

Однако они не такие дальнобойные, как датчики сквозного луча. Важно отметить, что на производительность световозвращающих датчиков может влиять выравнивание между датчиком и отражателем.

Правильная установка и выравнивание имеют решающее значение для оптимальной работы. Кроме того, пыль, грязь или другие загрязняющие вещества на отражателе или линзе датчика могут уменьшить количество отраженного света и потенциально привести к ложным показаниям.

7. Как подавление фона повышает точность фотоэлектрического датчика?

Подавление заднего фона — усовершенствованная функция некоторых фотоэлектрических датчиков, которая значительно повышает их точность, особенно в сложных условиях.

Эта технология позволяет датчику игнорировать объекты, находящиеся за пределами заданного расстояния, известного как расстояние отсечки, при этом надежно обнаруживая объекты в пределах желаемого диапазона обнаружения.

Существует два основных типа подавления фона:

• Механическое подавление фона: этот метод использует механическую регулировку, например, винт, для установки расстояния отсечки. Датчик предназначен только для реагирования на отраженный свет, который возвращается в течение определенного временного окна, соответствующего установленному расстоянию. Свет, отраженный от объектов за пределами расстояния отсечки, поступает за пределы этого окна и игнорируется.

• Электронное подавление фона: Этот более сложный метод использует триангуляцию для определения расстояния до объекта. Датчик содержит два приемных элемента, которые определяют угол, под которым возвращается отраженный свет. На основе этого угла датчик вычисляет расстояние до объекта. Если вычисленное расстояние выходит за установленное ограничение, датчик игнорирует объект.

Подавление фона особенно полезно, когда фон является отражающим или когда необходимо обнаружить объекты разного цвета или отражательной способности на однородном фоне.

Например, в случае, когда коробки разных цветов перемещаются по конвейеру с блестящим металлическим фоном, рассеянный режим с датчиком подавления фона может надежно обнаруживать коробки, игнорируя отражения от конвейера.

Если вы хотите включить подавление фона в свою деятельность, мы предлагаем специализированные решения Шнайдер HMI панели, которые можно интегрировать с этими передовыми датчиками.

8. Какие ключевые факторы влияют на производительность фотоэлектрического датчика?

На производительность и надежность фотоэлектрических датчиков могут влиять несколько факторов. Понимание этих факторов необходимо для выбора подходящего датчика для конкретного применения и обеспечения оптимальной работы.

• Свойства объекта: Размер, форма, цвет, текстура поверхности и отражательная способность целевого объекта могут существенно влиять на обнаружение. Например, небольшие, темные или неправильной формы объекты могут быть сложнее обнаружить, чем крупные, светлые или правильной формы. Аналогично, объекты с матовыми поверхностями может быть сложнее обнаружить с помощью диффузных датчиков по сравнению с объектами с блестящими поверхностями.

• Условия окружающей среды: Такие факторы, как окружающее освещение, температура, влажность, пыль, грязь и химическое воздействие, могут влиять на производительность датчика. Например, высокий уровень окружающего освещения может повлиять на способность датчика обнаруживать изменения интенсивности света. Аналогично, экстремальные температуры или воздействие влаги или химикатов могут повредить датчик или ухудшить его производительность с течением времени. Например, наш ассортимент Датчики Omron разработаны с учетом суровых условий окружающей среды, гарантируя надежную работу.

• Расстояние срабатывания: Расстояние между датчиком и целевым объектом, а также общий диапазон срабатывания датчика являются решающими факторами. Различные типы датчиков имеют различные диапазоны срабатывания. Например, датчики сквозного луча обычно имеют самый большой диапазон, в то время как диффузные датчики имеют более короткий диапазон. Выбор датчика с соответствующим диапазоном срабатывания для приложения имеет важное значение для надежного обнаружения.

• Выравнивание и установка: правильное выравнивание и установка имеют решающее значение для оптимальной работы датчика. Несоосность может привести к пропуску обнаружения или ложным срабатываниям. Кроме того, обеспечение надежного крепления датчика и его защиты от вибрации или ударов может помочь сохранить его точность и долговечность.

• Время отклика: Скорость, с которой датчик может обнаружить объект и сгенерировать выходной сигнал, называется временем отклика. В высокоскоростных приложениях, таких как подсчет объектов на быстро движущемся конвейере, датчик с быстрым временем отклика необходим для поддержания производительности.

9. Каковы типичные области применения фотоэлектрических датчиков в различных отраслях промышленности?

Фотоэлектрические датчики невероятно универсальны и находят применение в самых разных отраслях. Их способность обеспечивать бесконтактное обнаружение делает их бесценными в многочисленных процессах автоматизации. Вот несколько распространенных примеров:

• Упаковочная промышленность: в упаковке эти датчики играют решающую роль в обеспечении правильного расположения, подсчета и упаковки продуктов. Например, датчики сквозного луча могут определять наличие коробок на конвейерной ленте, а светоотражающие датчики могут проверять наличие этикеток или пломб. Диффузные датчики могут использоваться для определения уровня в бункерах или для определения наличия предметов в упаковке.

• Обработка материалов: Фотоэлектрические датчики являются важнейшими компонентами автоматизированных систем обработки материалов. Они могут использоваться для управления автоматизированными управляемыми транспортными средствами (AGV), контроля потока материалов на конвейерах и определения положения поддонов или других грузов. Например, датчики могут использоваться для обеспечения остановки AGV в правильном месте для загрузки или разгрузки.

• Автомобильная промышленность: В автомобильном производстве фотоэлектрические датчики широко используются для обнаружения, позиционирования и проверки деталей. Они могут определять наличие компонентов на сборочной линии, проверять правильность ориентации деталей и даже проверять наличие дефектов. Например, датчики можно использовать для обеспечения правильного выравнивания двери автомобиля перед ее сваркой на место.

• Пищевая промышленность и производство напитков: эта отрасль использует фотоэлектрические датчики для различных приложений, включая обнаружение бутылок, обнаружение крышек, обнаружение уровня наполнения и проверку этикеток. Например, светоотражающие датчики могут использоваться для обнаружения наличия прозрачных бутылок на линии розлива, в то время как диффузные датчики могут гарантировать, что контейнеры заполнены до нужного уровня. В дополнение к этим приложениям мы предлагаем надежные Профейс HMI панели, обеспечивающие бесперебойную работу и мониторинг ваших производственных линий.

• Фармацевтическая промышленность: В фармацевтическом производстве фотоэлектрические датчики используются для точного обнаружения объектов в таких процессах, как подсчет таблеток, проверка наличия флаконов или шприцев и проверка упаковки на наличие дефектов. Их способность обеспечивать точное и надежное обнаружение имеет решающее значение в этой строго регулируемой отрасли.

10. Как выбрать правильный фотоэлектрический датчик для вашего применения?

Выбор правильного фотоэлектрического датчика требует тщательного рассмотрения нескольких факторов. Вот пошаговый подход, который проведет вас через процесс:

1. Определите метод зондирования: в зависимости от вашего приложения решите, какой метод зондирования — сквозной, диффузный или световозвращающий — является наиболее подходящим. Рассмотрите такие факторы, как наличие доступа к обеим сторонам целевого объекта, свойства поверхности объекта и требуемый диапазон зондирования.

2. Учитывайте характеристики объекта: оцените размер, форму, цвет и отражательную способность объектов, которые вам нужно обнаружить. Например, если вы обнаруживаете небольшие прозрачные объекты, может подойти датчик с конвергентным лучом или световозвращающим датчиком. Для объектов с изменяющимися цветами или отражательной способностью хорошим выбором может стать диффузный датчик с подавлением фона.

3. Оцените условия окружающей среды: Примите во внимание условия, в которых будет работать датчик. Если в помещении много пыли, грязи или влаги, выберите датчик с подходящим рейтингом IP и прочным корпусом. В зонах с высокой освещенностью рассмотрите датчик с хорошей устойчивостью к окружающему свету или используйте экранирование.

4. Определите требуемый диапазон обнаружения: Измерьте расстояние между местом, где будет установлен датчик, и местом, где будут обнаруживаться объекты. Выберите датчик с диапазоном обнаружения, который комфортно покрывает это расстояние, имея в виду, что указанный диапазон обнаружения обычно основан на идеальных условиях.

5. Оцените время отклика: если ваша задача предполагает высокоскоростное обнаружение, например подсчет объектов на быстро движущемся конвейере, выбирайте датчик с малым временем отклика, который может поддерживать требуемую скорость.

6. Рассмотрите тип выхода: фотоэлектрические датчики предлагают различные типы выходов, такие как NPN, PNP, релейные или аналоговые выходы. Выберите тип выхода, совместимый с вашей системой управления или ПЛК. Мы обеспечиваем совместимость с широким спектром систем управления, включая ПЛК Омрон, чтобы обеспечить бесшовную интеграцию.

7. Монтаж и установка: Подумайте о том, как будет установлен и смонтирован датчик. Некоторые датчики предлагают более гибкие варианты монтажа, чем другие. Убедитесь, что датчик можно надежно закрепить и легко выровнять для оптимальной производительности.

8. Специальные функции: в зависимости от области применения вам может потребоваться датчик со специальными функциями, такими как подавление заднего плана, подавление переднего плана, регулируемая чувствительность или встроенные таймеры.

Систематически оценивая эти факторы, вы сможете выбрать фотоэлектрический датчик, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям, обеспечивая надежное и точное обнаружение в вашем конкретном приложении.