V automatizovaných priemyselných aplikáciách sa často stáva, že jeden proces nadväzuje na niekoľko ďalších procesov. Predstavme si rôzne veľkosti skrutiek na dopravníkovom páse, kde každá jedna skrutka v závislosti od veľkosti patrí do inej časti procesu. Treba zistiť (ne)prítomnosť skrutky, prípadne jej farbu a veľkosť. Približovacie snímače sú snímače na detekciu prítomnosti objektu a sú definované normou IEC 60947-5-2. Táto norma platí pre indukčné a kapacitné približovacie snímače, ultrazvukové približovacie snímače, fotoelektrické a magnetické približovacie snímače.
Materiál snímaného objektu
Pri výbere snímača je dôležité zohľadniť aj materiál snímaného objektu. Kovový, plastový, magnetický, pórovitý, svietivý, lesklý, priehľadný, sypký a iný materiál ovplyvňujú výber snímača. Ak je napríklad cieľovým objektom kov, mohla by fungovať ktorákoľvek z bežných technológií, čiže indukčný, fotoelektrický, kapacitný alebo ultrazvukový snímač.
Dôležitá je vzdialenosť
Umiestnenie snímača a vzdialenosť snímaného objektu je ďalší dôležitý bod pri výbere snímača. V prípade kompaktnej automatizovanej linky, v ktorej sú veci blízko seba a snímač je nainštalovaný blízko snímaného kovového objektu, by bol prvou voľbou indukčný snímač priblíženia. Tieto snímače majú krátke snímacie vzdialenosti, jednoducho sa inštalujú, avšak dokážu detegovať iba kovové materiály.
Ak je vzdialenosť snímaného objektu mimo schopnosti indukčného snímača, vhodnou voľbou ostávajú kapacitné, ultrazvukové a fotoelektrické snímače. Kapacitné snímače majú tiež veľmi obmedzený dosah snímania, často sa používajú na snímanie sypkých materiálov alebo tekutín v nádobách. V prašnom a znečistenom prostredí je vhodná ultrazvuková a fotoelektrická technológia. Ultrazvukové snímače sú k dispozícii s rozsahom nad 20 m, ale netreba zabúdať, že ho môžu ovplyvniť vlhkosť a elektrický a zvukový šum.
Pravdepodobne najčastejšie používané snímače sú fotoelektrické. Používajú sa v širokej škále aplikácií, ako je detekcia prítomnosti objektu, zisťovanie polohy, triedenie, počítanie, ale aj detekcia farby a tvaru.
Fotoelektrické snímače
Fotoelektrický snímač pozostáva hlavne z vysielača, ktorý vyžaruje svetlo a prijímača, ktorý svetlo prijíma. Keď je vyžarované svetlo prerušené alebo odrazené snímajúcim objektom, spôsobí to zmenu množstva svetla, ktoré prichádza k prijímaču. Prijímač túto zmenu zistí a prevedie ju na elektrický výstup. Pri fotoelektrických snímačoch sa často ako svetelný zdroj používajú lasery a svetelné diódy. Aj v rámci kategórie fotoelektrických snímačov trh ponúka niekoľko podkategórií.
Štandardné fotoelektrické snímače sú najčastejšie používané snímače na detekciu prítomnosti objektu aj pre tie najnáročnejšie aplikácie. Ich výhodami sú dlhý prevádzkový dosah, detekcia objektov v prašnom a mokrom prostredí, vhodnosť pre lesklé predmety a materiály a detekcia objektov malej veľkosti. Sú však o niečo nákladnejšie ako reflexný typ fotoelektrického snímača, a to aj z hľadiska nákladov na inštaláciu.
Reflexné fotoelektrické snímače využívajú polarizované svetlo, aby lepšie rozlišovali medzi skutočným odrazovým zrkadlom a lesklým alebo vysoko odrážajúcim objektom. Lepšie reflexné fotoelektrické snímače používajú iba jednu šošovku, ktorá poskytuje konzistentnejší spínací bod, keď objekty nie sú vždy v rovnakej vzdialenosti. Výhodou je, že vysielač a prijímač sa nachádzajú v jednom kryte. Jeho ďalšie výhody sú jednoduchá montáž a detekcia všetkých objektov vrátane predmetov s lesklými povrchmi. Ak však ide o veľký lesklý objekt s nepravidelným tvarom, môže to byť pre tento druh snímača problém. Detekcia malých objektov na väčšie vzdialenosti je menej spoľahlivá.
Extrémne vibrácie, vysoká okolitá teplota, nebezpečná a vysoko korozívna aplikácia sú faktory, ktoré prekoná fotoelektrický snímač s optickými vláknami. Laserové fotoelektrické snímače sú ideálne na presnú detekciu malých objektov a pre aplikácie, kde musí laserový lúč smerovať cez malé otvory.
Vlastnosti fotoelektrických snímačov
Štandardný fotoelektrický snímač môže detegovať objekty vzdialené viac ako 10 m. To je prakticky nemožné pri využití indukčných alebo magnetických metód snímania. Tieto snímače fungujú na princípe, že objekt preruší alebo odrazí svetlo, takže nie je obmedzený na detekciu kovových predmetov ako indukčné snímače. To znamená, že môžu byť použité na detekciu prakticky akéhokoľvek objektu vrátane skla, plastu, dreva a kvapaliny. Reakčný čas je extrémne krátky, pretože svetlo sa pohybuje vysokou rýchlosťou a snímač nevykonáva žiadne mechanické operácie, keďže všetky obvody sú zložené z elektronických komponentov. Existuje len malá pravdepodobnosť poškodenia snímačov, pretože objekty možno detegovať bez fyzického kontaktu. Rýchlosť, s akou objekt odráža alebo absorbuje svetlo, závisí od vlnovej dĺžky emitovaného svetla a od farby objektu. Preto možno fotoelektrické snímače použiť na detekciu farieb.
Okrem spomínaných vlastností má tento druh snímača aj isté obmedzenia. Nedajú sa detegovať objekty cez fyzické bariéry, napríklad potrubia, steny alebo prepravné kontajnery, vtedy sú vhodnejšie indukčné alebo kapacitné senzory. Fotoelektrické snímače môžu vyžadovať pokročilejšie nastavenie v porovnaní s inými typmi snímačov.
Aplikácie
Fotoelektrické snímače sa široko používajú v mnohých priemyselných odvetviach a prakticky všade, kde je prítomná automatizácia. Niektoré odvetvia uvádzame ďalej.
Potravinársky priemysel. Fotoelektrické snímače využívajú výrobné a baliace linky v potravinárskom priemysle. Ako príklad možno uviesť uzatváranie plastových alebo sklených fliaš. Aby sa fľaša zavrela správne, musí byť uzáver umiestnený správnym smerom. Ak sa vyskytnú nejaké chyby, môžu ich odhaliť fotoelektrické snímače. Ďalším príkladom môže byť kontrola baliaceho procesu. Ak sa na dopravníkovom páse nachádza krabica, ktorá je zle uzatvorená, snímač to deteguje a riadiaci systém presunie krabicu mimo hlavnej trasy.
Automobilový priemysel. Fotoelektrické snímače v automobilovou priemysle napomáhajú pracovníkom pri výrobe áut. Konštrukcia vozidla sa pohybuje na dopravných pásoch po fabrike a zastavuje na rôznych stanovištiach, kde sa vykonáva konkrétna úloha. Fotoelektrické snímače s dokonalým načasovaním zastavia vozidlo v príslušnej stanici, kde bude časť zváraná, namontovaná a pod. Fotoelektrické snímače používané v automobilovom priemysle majú vysokú presnosť, aj keď pracujú s lesklými povrchmi.
Farmaceutický priemysel. Fotoelektrické snímače používajú aj aplikácie farmaceutického priemyslu, ako je balenie liekov. Tieto snímače detegujú (ne)prítomnosť blistru s liekmi na dopravníkovom páse a tak pomáhajú predchádzať problémom v podobe prázdnej liekovej krabičky.
Dvere a brány. Automatické dvere a brány, napríklad v autobusoch, vo vlakoch, výťahoch, v garážach atď., musia mať spoľahlivú technológiu snímania, aby sa mohli otvárať a zatvárať v správnom čase. Aby automatizované dvere fungovali správne a bezpečne, musí byť celý priestor pred dverami snímaný. Fotoelektrické snímače v spojení s infračervenými snímačmi dokážu zistiť prichádzajúce osoby alebo vozidlá.
Na záver treba napísať, že trh so snímačmi ponúka nespočetné možnosti a určite neexistuje ideálny snímač, ktorý by do bodky splnil všetky požiadavky vašej aplikácie. Preto sa pri výbere snímača treba zamerať na to, čo by malo byť úlohou snímača. Je to snímanie polohy, farby alebo tvaru, prípadne ich kombinácia? Rôznorodosť snímačov na trhu vám dáva na výber.
Zdroje
[1] Henneberry, B.: More About Photoelectric Sensors. THOMAS. [online]. Citované 16. 8. 2020. Dostupné na: https://www.thomasnet.com/articles/instruments-controls/about-photoelectric-sensors/.
[2] Agner, R.: Choose the Right Object Detection Sensor. SICK. [online]. Citované 16. 8. 2020. Dostupné na: https://sickusablog.com/wp-content/uploads/2014/09/2013_12-Choose-the-Right-Sensor.pdf.
[3] Photoelectric Sensors. OMRON. [online]. Citované 16. 8. 2020. Dostupné na: http://www.ia.omron.com/support/guide/43/introduction.html.
[4] Photoelectric Sensors & Their Applications. Bulgin. [online]. Citované 16. 8. 2020. Dostupné na: https://blog.bulgin.com/blog/photoelectric-sensors.
