Jakie są cztery rodzaje czujników fotoelektrycznych?

Zastanawiałeś się kiedyś, jak roboty fabryczne „widzą” przelatujące produkty albo skąd automatyczne drzwi wiedzą, że się zbliżasz? Prawdopodobnie to właśnie czujniki fotoelektryczne – często nazywane „fotooczami” – są tymi niedocenianymi bohaterami, którzy to umożliwiają. Te inteligentne urządzenia wykorzystują wiązki światła do wykrywania obiektów bez kontaktu fizycznego, stanowiąc podstawę współczesnej automatyki. Ale czy wiesz, że istnieją cztery podstawowe typy, z których każdy ma swoją własną supermoc? Omówmy je, abyś mógł zrozumieć technologię kształtującą nasz zautomatyzowany świat.

Kwartet podstawowy: cztery sposoby, w jakie światło wykrywa Twój świat

Choć można znaleźć specjalistyczne warianty, eksperci branżowi konsekwentnie wskazują na cztery podstawowe technologie czujników fotoelektrycznych. Wybór odpowiedniego czujnika zależy w dużej mierze od specyficznych potrzeb aplikacji – odległości, rodzaju obiektu, środowiska i wymaganej precyzji.

1. Czujniki typu „through-beam”: mistrzowie dalekiego zasięgu

• Jak działają: Wyobraź sobie latarnię morską i punkt obserwacyjny. Te czujniki mająoddzielne jednostki: Nadajnik, który wysyła wiązkę światła (często podczerwoną lub czerwoną diodę LED) i odbiornik umieszczony bezpośrednio naprzeciwko. Wykrycie następuje, gdy obiekt fizycznieprzerwyta belka.
• Główne zalety: Charakteryzują się największym zasięgiem wykrywania (do 20 metrów lub więcej) oraz oferują najwyższą niezawodność i stabilność. Ponieważ odbiornik bezpośrednio widzi światło emitowane przez nadajnik, nie ma na nie wpływu kolor, kształt ani wykończenie powierzchni obiektu (błyszczące, matowe, przezroczyste).
• Wady: Instalacja wymaga precyzyjnego ustawienia dwóch oddzielnych jednostek i okablowania obu, co może być bardziej skomplikowane i kosztowne. Są one również podatne na zabrudzenia, jeśli na którejś z soczewek zgromadzi się brud.
• Gdzie je widzisz: Idealne do detekcji z dużej odległości na przenośnikach taśmowych, do zabezpieczania dużych maszyn, sprawdzania zerwanych przewodów lub gwintów oraz liczenia obiektów przechodzących przez bramę. Czy ta belka zabezpieczająca drzwi garażowe uniemożliwia ich zamknięcie na Twoim samochodzie? Klasyczna belka przelotowa.

2. Czujniki retrorefleksyjne (odbiciowe): alternatywa w postaci pojedynczego urządzenia

• Jak działają: W tym przypadku nadajnik i odbiornik umieszczone są wta sama jednostkaCzujnik wysyła światło w kierunku specjalnego reflektora (takiego jak wysokiej jakości reflektor rowerowy) zamontowanego naprzeciwko. Reflektor odbija wiązkę światła bezpośrednio z powrotem do odbiornika. Detekcja następuje, gdy obiekt przerywa odbitą wiązkę.
• Główne zalety: Znacznie łatwiejsza instalacja i okablowanie niż w przypadku reflektorów jednokierunkowych, ponieważ składają się tylko z jednego elementu z jednej strony (plus pasywny reflektor). Oferuje dobry zasięg wykrywania, często większy niż w przypadku reflektorów rozproszonych. Niektóre specjalistyczne wersje doskonale sprawdzają się w wykrywaniu obiektów przezroczystych (takich jak szklane lub plastikowe butelki) dzięki zastosowaniu filtrów światła spolaryzowanego, które ignorują odbicia światła.
• Wady: Reflektor musi być utrzymywany w czystości, aby zapewnić niezawodne działanie. Na wydajność mogą wpływać silnie odblaskowe obiekty tła, które mogą odbijać światło. Zasięg wykrywania jest zazwyczaj mniejszy niż w przypadku reflektora przelotowego.
• Gdzie można je spotkać: Szeroko stosowane na liniach pakujących, w transporcie materiałów, do wykrywania pojazdów lub osób w punktach dostępu oraz do weryfikacji obecności przezroczystych pojemników na liniach produkcyjnych.

3. Czujniki dyfuzyjne (zbliżeniowe): kompaktowe, wytrzymałe urządzenia

• Jak działają: Nadajnik i odbiornik są ponownie wta sama jednostkaZamiast używać reflektora, czujnik opiera się na samym obiekcie docelowym, który odbija światło z powrotem do odbiornika. Czujnik wykrywa obiekt na podstawie intensywności odbitego światła.
• Główne zalety: Najprostsza instalacja – tylko jedno urządzenie do montażu i podłączenia. Kompaktowy rozmiar sprawia, że idealnie nadają się do ciasnych przestrzeni. Nie wymaga reflektora po drugiej stronie.
• Wady: Zasięg wykrywania jest krótszy niż w przypadku czujników typu „nadajnik-odbiornik” i retroreflektorowych. Wydajność w dużym stopniu zależy od koloru, rozmiaru, tekstury i współczynnika odbicia obiektu. Ciemny, matowy obiekt odbija znacznie mniej światła niż jasny, błyszczący, co zmniejsza niezawodność detekcji przy maksymalnej odległości nominalnej. Obiekty w tle również mogą powodować fałszywe alarmy.
• Gdzie je widzisz: Niezwykle powszechne w zadaniach wykrywania bliskiego zasięgu: obecność części na liniach montażowych, wykrywanie nakrętek, monitorowanie wysokości stosów i wykrywanie poziomu pojemników. Wyobraź sobie automat sprzedający wykrywający twoją rękę w pobliżu miejsca wydawania.

4. Czujniki z tłumieniem tła (BGS): eksperci w centrum uwagi

• Jak działają: Zaawansowana ewolucja czujnika dyfuzyjnego, również umieszczona w jednym urządzeniu. Zamiast mierzyć jedynie natężenie światła odbitego, czujniki BGS określają odległość do obiektu, wykorzystując triangulację lub metodę pomiaru czasu przelotu. Są precyzyjnie skalibrowane, aby wykrywać wyłącznie obiekty w określonym, wstępnie ustawionym zakresie odległości, skutecznie ignorując wszystko, co znajduje się poza nim (tło).
• Główne zalety: Niewrażliwość na obiekty w tle – ich największa zaleta. Znacznie mniejsza czułość na kolor i współczynnik odbicia obiektu docelowego w porównaniu ze standardowymi czujnikami dyfuzyjnymi. Zapewniają wysoce niezawodną detekcję obiektów z precyzyjnej odległości.
• Wady: Zazwyczaj mają krótszy zasięg maksymalny niż standardowe czujniki dyfuzyjne. Zazwyczaj są droższe niż podstawowe czujniki dyfuzyjne.
• Gdzie je widzisz: Niezbędne do wykrywania obiektów na złożonym lub odblaskowym tle, niezawodnego wykrywania ciemnych lub czarnych obiektów (takich jak opony), sprawdzania poziomu napełnienia pojemników niezależnie od koloru zawartości oraz zapewnienia precyzyjnego pozycjonowania w miejscach, gdzie zakłócenia w tle stanowią problem. Kluczowe w liniach montażowych samochodów i pakowaniu żywności.

Poza podstawami: zaspokajanie specjalistycznych potrzeb

Choć cztery główne czujniki wykonują większość zadań, inżynierowie opracowali specjalistyczne czujniki do rozwiązywania wyjątkowych problemów:

• Czujniki światłowodowe: Wykorzystują elastyczne kable światłowodowe podłączone do centralnego wzmacniacza. Idealne do ekstremalnie ciasnych przestrzeni, środowisk o wysokiej temperaturze lub obszarów o wysokim poziomie szumów elektrycznych.
• Czujniki koloru i kontrastu: wykrywają określone kolory lub różnice w kontraście (np. etykiety na opakowaniach), co jest niezbędne do kontroli jakości.
• Czujniki laserowe: zapewniają silnie skupioną wiązkę umożliwiającą wykrywanie bardzo małych obiektów lub dokonywanie precyzyjnych pomiarów odległości.
• Czujniki obiektów przezroczystych: Specjalnie dostrojone czujniki retrorefleksyjne zaprojektowane w szczególności do niezawodnego wykrywania materiałów przezroczystych.

Dlaczego czujniki fotoelektryczne są kluczowe w automatyzacji

Te „orle oczy” oferują przekonujące zalety: duży zasięg wykrywania, bezkontaktową pracę (zapobiegającą uszkodzeniom), szybki czas reakcji i trwałość w trudnych warunkach przemysłowych. Są one podstawą niezliczonych zadań w różnych branżach:

• Produkcja i pakowanie: wykrywanie części na przenośnikach, liczenie produktów, sprawdzanie poziomów napełnienia, weryfikacja obecności etykiet, sterowanie ramionami robotów.
• Żywność i napoje: zapewnianie prawidłowego pakowania, wykrywanie ciał obcych, monitorowanie przepływu na linii produkcyjnej.
• Produkty farmaceutyczne: sprawdzanie obecności tabletek w blistrach, kontrola poziomu napełnienia fiolek z dokładnością.
• Motoryzacja: precyzyjne pozycjonowanie części przez roboty montażowe, weryfikacja komponentów, kurtyny świetlne bezpieczeństwa.
• Logistyka i obsługa materiałów: sterowanie taśmociągami, wykrywanie palet, automatyzacja magazynu.
• Automatyka budynkowa: drzwi automatyczne, pozycjonowanie wind, systemy bezpieczeństwa.

Przyszłość jest świetlana (i mądra)

Rynek czujników fotoelektrycznych dynamicznie się rozwija i według prognoz do 2030 roku osiągnie wartość 3,01 miliarda dolarów, rosnąc w tempie 6,6% rocznie, a do 2033 roku nawet 4,37 miliarda dolarów przy 9% CAGR. Wzrost ten jest napędzany przez nieustanny rozwój w kierunku automatyzacji, Przemysłu 4.0 i inteligentnych fabryk.

Kolejna fala oznacza, że czujniki staną się inteligentniejsze i bardziej połączone. Spodziewajmy się takich udoskonaleń, jak łączność IO-Link dla łatwiejszej konfiguracji i wymiany danych, integracja z platformami IoT w celu predykcyjnej konserwacji, a nawet zastosowanie nanomateriałów dla zwiększenia czułości i nowych możliwości. Wkraczamy w erę „Technologii Czujników 4.0”, w której te fundamentalne urządzenia pomiarowe staną się inteligentnymi punktami danych w połączonych ze sobą systemach.

Wybór właściwego „oka” do pracy

Zrozumienie tych czterech podstawowych typów czujników – typu „nadajnik-wiązka”, „odbiciowy”, „rozproszony” i „tłumienie tła” – to pierwszy krok do wykorzystania potencjału czujników fotoelektrycznych. Należy wziąć pod uwagę obiekt, odległość, otoczenie i potencjalne zakłócenia tła. W razie wątpliwości konsultacja z producentami czujników lub specjalistami ds. automatyki może pomóc w doborze optymalnej technologii dla konkretnego zastosowania, zapewniając płynne i wydajne działanie automatyki. Rozważ dostępne opcje; odpowiedni czujnik może wskazać drogę do większej wydajności.