Bruke avanserte fotoelektriske enheter til å forenkle distribusjonen av nærhetsdeteksjon

Fotoelektriske (PE – photo electric) sensorer brukes ofte for berøringsfri nærhetsdeteksjon i produksjons- og industrisystemer og kommersielle systemer takket være deres effektivitet, robusthet og klarhet når det gjelder driftsprinsipper. Vanlige bruksområder omfatter å detektere flasker eller bokser på en høyhastighetsproduksjonslinje, oppdage fravær eller tilstedeværelse av en pakke i en forsendelsesboks, se etter en åpen eller lukket dør eller detektere nærvær av mennesker.

Fotoelektriske nærhetssensorer kan konstrueres for forskjellige moduser med optisk deteksjon, og den grunnleggende retroreflekterende tilnærmingen er en typisk sammenstilling. Til tross for det enkle driftsprinsippet kan konfigurering av en fotoelektrisk sensor kreve tidkrevende prøving og feiling for å initialisere, finjustere og optimalisere konfigurasjons- og sensoralgoritmen i henhold til den aktuelle utrustningens spesifikasjoner, eller justere på nytt for en annen produksjonskjøring. Systemutviklere trenger en mer strømlinjeformet løsning for å unngå den tilknyttede konfigurasjonen og forsinkede distribusjoner.

Denne artikkelen gir en kort oversikt over det grunnleggende innen fotoelektrisitet (PE). Den introduserer deretter fotoelektriske nærhetssensorer fra SICK, Inc. og viser hvordan disse kan brukes ved hjelp av en unikt forenklet konfigurasjonsprosess.

Grunnleggende om fotoelektrisk deteksjon

Fotoelektrisk nærhetsdeteksjon er avhengig av en lyskilde med en tett fokusert stråle rettet mot objektet som skal detekteres. Denne lysstrålen brukes deretter på én av tre måter, avhengig av hvordan den detekteres av en mottaker (figur 1).

Figur 1: Fotoelektrisk nærhetsdeteksjon kan bruke en sendt lysstråle og en korresponderende lysfølsom mottaker i tre fysiske sammenstillinger. (Bildekilde: Proximity Switch)

• I diffusreflekterende deteksjon er senderen og mottakeren plassert sammen, og deteksjon skjer når lysstrålen fra senderen treffer og reflekteres av det aktuelle objektet.
• I retroreflekterende deteksjon er senderen og mottakeren også plassert i samme hus, men reflektoren ligger på den andre siden av målobjektet.
• I gjennomstråledeteksjon er fotosensoren plassert på den andre siden av objektet, og objektet indikerer sin tilstedeværelse ved å blokkere lyset som sendes av senderen til mottakeren.

Fotoelektrisk nærhetsdeteksjon kan også brukes til sikkerhetsformål, for eksempel lysbarrierer eller lysgardiner, der disse enhetene er strategisk montert og fungerer som sikkerhetsporter (figur 2). Når en hindring detekteres, vil lysbarrieren sende et signal til en styring eller fastkoblet sikkerhetskrets som vil slå av maskinen hvis hindringen er uventet eller farlig.

Figur 2: Nærhetsdeteksjon kan brukes i en sikkerhetsrelatert lysbarriere eller -gardin. (Bildekilde: SICK, Inc.)

Fotoelektrisk deteksjon er attraktivt siden den bruker et intuitivt driftsprinsipp og en fysisk sammenstilling. De reflekterende tilnærmingene er også ønskelige fordi de krever en kablet enhet på bare én side, noe som forenkler logistikken forbundet med installasjon.

En ny utforming og et nytt brukergrensesnitt løser mange utfordringer

Til tross for den konseptuelle enkelheten, krever fotoelektrisk nærhetsdeteksjon montering, installasjon og justering ute i felten. Visuelt støyende omgivelser kan være utfordrende og frustrerende for teknikere, og faktorer forbundet med rekkevidde og målinnretting påvirker ytelsen og konsistensen.

Fotoelektrisk deteksjon brukes ofte med en programmerbar logisk styring (PLS). Ofte må installatøren konfigurere, teste, justere og teste på nytt med PLS-en, som kan være en viss avstand fra den fotoelektriske enheten. Videre kan variasjoner i belysning, uønskede og skiftende refleksjoner og andre forvrengninger i den virkelige verden påvirke ytelsen og nøyaktigheten.

Problemer som dukker opp under produksjonsløp er særlig irriterende, og forverres ofte når de må fikses raskt.

For å få bukt med disse problemene, utviklet SICK nærhetssensorer i W10-familien (figur 3).

Figur 3: W10-serien tilbyr komplette, sofistikerte fotoelektriske nærhetssensorer i et kompakt, robust hus. (Bildekilde: SICK, Inc.)

Enhetene er særlig bemerkelsesverdige fordi de er de første enhetene av denne typen som har berøringsskjerm (figur 4).

Figur 4: Den unike integrerte berøringsskjermen på W10-enheter gir en kraftig forbedret brukeropplevelse. (Bildekilde: SICK, Inc.)

Dette skjermgrensesnittet er brukervennlig, støtter rask installasjon og akselererer tilpasningen til hver utrustning. Den enkle navigasjonen reduserer tiden det tar å få enheten i drift, og legger til rette for bruksjusteringer for ulike mål, hastigheter eller uventede problemer. Dette eliminerer også behovet for fysiske brytere, knotter og justeringer på enheten, noe som forbedrer påliteligheten, kabinettets integritet og sikkerheten.

Klasse 1-laserlyskilden i W10-serien leverer nøyaktige deteksjonsresultater med høy gjentakende nøyaktighet. Den fokuserte røde laserstrålen produserer et lite lyspunkt på et objekt, som kombineres med et raskt og nøyaktig trianguleringssystem på mottakerlaseren og skanning av evalueringslinjen.

Dette er grunnlaget for deteksjonsresultater med høy repetisjonsnøyaktighet og raske beslutninger. I hurtigmodus er responstiden bare 1,8 millisekunder (ms), så pålitelig svitsjehandlinger garanteres selv ved høye maskinhastigheter. Tofargede lysdioder gir umiddelbar visuell feedback om deteksjonsstatusen. Enhetene tilbyr også robust og pålitelig deteksjon av objekter med forskjellige overflateegenskaper som glans, farge eller struktur.

De fotoelektriske nærhetssensorene tilbyr individuelle læringsalternativer for spesifikke tilpasninger. I tillegg til den vanlige ettpunktslæringen, som detekterer objekter i en definert avstand, gjør en topunktslæring det mulig å detektere objekter i forskjellige høyder. En manuell modus utvider læringsalternativene og gir enda bedre fleksibilitet. Tre utrustningsoptimaliserte driftsmoduser kan aktiveres ved å bruke skjermen til å aktivere forgrunns- eller bakgrunnsutelatelse om nødvendig.

Fra den integrerte berøringsskjermen kan brukeren intuitivt velge, justere og lagre innstillinger for hastighet, standard eller presise driftsmoduser, omgivelsesutelatelse, individuelle læringsinnstillinger, forhåndskonfigurerte parametere og grenseverdier. Den unike låsefunksjonen på sikkerhetsskjermen til W10 beskytter innstillingene mot tredjepartstilgang.

Fleksibilitet i brukergrensesnittet er ikke begrenset til berøringsskjermen: De samme funksjonene kan nås via W10 IO-Link-funksjonen. Dette gir mulighet for ekstern konfigurasjon og virkningsfull integrasjon av de registrerte sensordataene i et eksisterende automatiseringsnettverk.

Elektriske alternativer og innkapsling for W10-enheten

Den digitale utgangen til W10-sensorenhetene er en viktig konstruksjonsmessig faktor. Enhetene tilbyr en justerbar push-pull PNP/NPN-utgangsstruktur. Hvis utgangen er satt til PNP har den et positivt utgangssignal, og sensorens utgang kan levere strøm til et strømtrekkende inngangskort. Hvis sensoren er satt til NPN er utgangssignalet negativt, og utgangen kan trekke strøm for tilkoblingen til et strømtrekkende inngangskort (figur 5). Når begge alternativene brukes, sikres grunnleggende signalnivåkompatibilitet med en PLS eller andre systemstyringer.

Figur 5: Utgangstrinnet til W10-enhetene kan levere moduser med både strømtrekk (sinking) (øverst) og strømkilde (sourcing) (nederst) for å garantere kompatibilitet med den tilknyttede PLS-en. (Bildekilde: www.realpars.com)

Utgangen kan konfigureres for lyse eller mørke utgangsmoduser (lys-på eller mørk-på). I lysmodus vil sensorutgangen være på når lyset kan nå mottakeren og av når lyset er blokkert. I mørk modus vil derimot sensorutgangen være på når lyset er blokkert og av når lyset når frem til mottakeren.

Fysisk innkapsling er viktig siden disse enhetene vanligvis brukes i industrielle omgivelser. W10-enhetene har en solid konstruksjon med et 316L-hus i rustfritt stål og IP67- og IP69k-beskyttelsesklassifiseringer. De tilbys i en kapsling på 18 × 57 × 42,2 millimeter (mm) og er spesifisert for drift over omgivelsestemperaturområdet på –10 °C til +55 °C.

En av utfordringene med industrielle sensorer er behovet for å støtte ulike enheter ute i felten eller i fabrikken. Denne virkeligheten kompliserer intern lagerbeholdning og støtte. På grunn av fleksibiliteten til W10-serien, krever imidlertid familien bare to typer hus (figur 6). Hver av disse har to sensorområder, som resulterer i totalt fire forskjellige modeller, noe som forenkler utvelgelsesprosessen.

Figur 6: De funksjonelt lignende enhetene i W10-familien er tilgjengelige i to typer hus, hvert med to sensorområder. (Bildekilde: SICK, Inc.)

1133545-modellen i W10-serien er tilgjengelig i et rektangulært hus med standard hullmontering på 2,54 cm (1 tommer) og en objektavstand på 25 mm til 400 mm, mens den lignende 1133547-modellen støtter en objektavstand på 25 mm til 700 mm. For hybridinstallasjoner har 1133544-modellen et 2,54 cm (1 tommer), gjenget M18-monteringshull foran eller på siden med en objektavstand på 25 mm til 400 mm, og den tilsvarende W10-modellen 1133546 har samme hus, men med en objektavstand på 25 mm til 700 mm.

Konklusjon

De fotoelektriske W10-sensorenhetene gir allsidige, robuste diffusor-reflektorløsninger for industrielle utrustninger. De avanserte funksjonene inkluderer bransjens første integrerte brukergrensesnitt med berøringsskjerm, noe som forenkler installasjon, oppsett og justering, mens de sofistikerte algoritmene gir forbedrede funksjoner og nøyaktighet.