Jste zde

Novinka - Ultrazvukový snímač pro detekci tenkých listů papíru

Antonín Vojáček, 24. Leden 2010 - 16:29

V automatických aplikacích pracující s papírem, kartónem či tenkými kovovými nebo plastovými fóliemi je často nutné hlídat a detekovat nejen jejich přítomnost, ale i zda jde o jeden list, dvojlist či více listů. Například při počítání listů nebo u tiskařských stroje se může omylem místo jednoho listu vzít více slepených listů. Tomu zabrání přesné ultrazvukové snímače Microsonic dbk+4.

V nabídce německé společnosti Microsonic Ultrasonic Sensors jsem narazil na zajímavý ultrazvukový senzor s označením dbk+4 pro kontrolu dvojlistů, resp. detekci jednotlivých listů, chybějícího listu apod. Na tomto snímači je nejzajímavější princip, jaký je využíván pro snímání tak tenkého předmětu jakým je třeba jeden tenký japonský papír nebo silných kartonů nebo desek, protože jak je známo, klasický odrazový ultrazvukový princip je spíše vhodný spíše pro méně přesnou detekci na velké vzdálenosti. Zde se však využívá trošku odlišného principu.

Ultrazvukový princip detekce tenkých listů

Obecně celý princip je založen na měření vibrací listů papírů. Jak je známo, papír lze velmi snadno rozvibrovat, pokud mu dodáme energii. Toho se například běžně využívá u generování zvuku v podobě reproduktorů s papírovou membránou, které jsou velmi rozšířené. U nich se k vibracím využívá mechanické kmitání kmitavé cívky, která je s membránou spojena. Naopak pokud takovou membránu vystavíme akustickému zvuku, rozkmitá se a její vibrace se mohou prostřednictvím kmitavé cívky převést na elektrický signál (princip mikrofonu). Podobného principu se využívá i zde. List nebo listy papíru se vystaví ultrazvukovému paprsku. Jeho energii pohltí a dle tuhosti papíru začnou vibrovat. Tyto vibrace opět generují zvuk, který lze snímat a podle jeho frekvence a hlavně intenzity identifikovat počet listů nebo případně tloušťku listů. A takto pracuje celý jednocestný systém detekce složený z ultrazvukového vysílače a přijímače / snímače.

Možné použití ultrazvukové detekce listů

Výše uvedený systém a dále popsané snímače Microsonic dbk+4 je možné použít nejen pouze pro papír, ale alternativně i pro jiné tenké materiály jako jsou tenké plastové či kovové fólie nebo kombinace papíru s těchto fólií. U tiskáren například chceme hlídat přítomnost jen jednoho listu papíru a vyvarovat se tak chybného nabírání více listů najednou, nebo naopak u výroby etiket můžeme chtít právě detekovat přítomnost více vrstev.

Příklady možného použití:

  • Tiskařské stroje, tiskárny
  • Stroje pro kompletaci listů
  • Stroje pro ohýbání listů
  • Kopírovací stroje
  • Systémy zpracování papíru
  • Počítací stroje listů, stran, bankovek apod.
  • Stroje pro výrobu etiket, etiketovací systémy
  • Výroba pokovených obalů
  • Výroba solárních panelů
  • atd.

Ultrazvukové snímače Microsonic dbk+4

Aktuální novinkou v nabídce společnosti Microsonic Ultrasonic Sensors jsou již výše zmíněné snímače řady dbk+4 pro detekci listů, dvojlistů či desek. Každý snímač je prakticky systém z principu své funkce (viz výše) tvořený ultrazvukovým vysílačem generující vysokofrekvenční zvukový paprsek (400 kHz) a snímače přijímající a měřící intenzitu a frekvenci zvukových vln generované opačnou stranou papíru, na jehož přední stranu dopadá ultrazvuk z vysílače. Papír či papíry se vkládají do prostoru mezi přijímačem a vysílačem vzdálené 20 až 60 mm (optimálně 40 mm), přičemž 7 mm před čelem vysílače a přijímače je tzv. mrtvá zóna, kde snímací systém nedetekuje. Větší vzdálenost než 60 mm nelze použít, protože papírem generovaný ultrazvukový paprsek je velmi slabý a přijímač by jej již nezaznamenal.

Snímače dbk+4, které jsou určeny pro napájení stejnosměrným napětím 24 V, se vyrábějí v několika provedeních pouzdra. Standardní je provedení vysílače i přijímače ve válcovém pouzdru M18. Zatímco vysílač neobsahuje velké množství elektroniky a může být velmi krátký (jen 21 mm), přijímač vyžaduje integraci složitého zpracování a vyhodnocení. Proto je pouzdro dlouhé 60 mm, což je ale v porovnání s konkurencí velmi malá hodnota.

Mimo válcové provedení pouzdra je v nabídce i zahnuté provedení přijímače nebo oddělené pouzdro snímací a vyhodnocovací části přijímače. Díky tomu může být samotné pouzdro snímací části jen velikosti M12 x 26 mm a na výstupním kabelu je dále přítomné pouzdro M18 x 60 s vyhodnocovací elektronikou.

Snímače řady dbk+4 se vyrábějí ve 4 různých pouzdrech dle požadavku na upevnění. Funkcí jsou všechny provedení shodná.

Funkce snímačů dbk+4

Snímače dbk+4 obsahuje 3 řídící binární vstupy C1 až C3 a 2 spínané výstupy pro indikaci, zda jde o u detekovaného předmětu o dvojlist (více listů), jeden list nebo zda list papíru zcela chybí (double sheet output / missing sheet output). Vstupy C1 a C2 se přednastavuje jeden ze 3 pracovních rozsahů a spolu se vstupem C3 se pak spouštějí i některé další funkce.

Základní kontinuální režim nepřetržité detekce s indikací dvojlistu (Doppelbogen) a chybějícího listu (Fehlboden) dvěma spínanými výstupy.

Standardní pracovní rozsah pokrývá rozlišení listů papírů s váhovým rozsahem 20 g/m2 až 1 200 g/m2. Velmi tenké materiály, jako je papír bible s váhou menší než 20 g/m2, jsou skenovány v režimu „Thin (tenký). Naopak režim „Thick (tlustý) je vhodný pro papírové obaly, kartony a papírové desky. Jestliže není zapojen žádný volící vodič, pracuje snímač standardně v základním režimu, kde může být skenována většina běžných papírů.

Všechny snímače řady dbk+4 jsou navíc vybaveny samoučícím „Teach-in“ režimem pro speciální materiály (lesklé papíry, voděodolné papíry apod.), které se špatně detekují ve všech 3 režimem. Učení se provádí vložením typického jednoho listu papíru požadovaného detekovaného materiálu a následné přivedení logického elektrického stavu log.1 na vstup C3 po dobu 3 sekundy. S materiály s nehomogenními prvky by se mělo během tohoto času pohybovat. Úspěšné naučení snímače je indikováno zelenou LED diodou. Pak již lze materiál úspěšně skenovat. V případě metalizovaných papírů nebo papíru s plastovou vrstvou je vhodné provádět snímání ne kolmo, ale pod specifickým úhlem (45°, 35°, 27° nebo 11°) - viz obrázek vlevo.

V případě, že jde o automatický systém se nepřetržitým podáváním, lze mimo kontinuálního režimu nepřetržité detekce využít i režim spouštění (trigger mode). Zde se pomocí vstupu C2 (například ovládaný jiným snímačem nebo časovačem) zahajuje detekce v momentě, kdy je to požadováno. Spuštění může být buď hranové (detekce se zahajuje od náběžné hrany řídícího pulsu) nebo hladinové (detekce probíhá v momentě, kdy je přítomný logický stav 1).

V režimou externího spuštění se řídícím vstupem C2 buď hranou (vlevo) nebo úrovní (vpravo) snímači říká, kdy má detekovat.

Základní technické parametry standardního provedení:

  • ultrazvukový snímač listů
  • pouzdro: válcové pouzdro M18
  • základní provozní režim: detekce dvojlistů
  • princip měření: pulsní provoz s vyhodnocením amplitudy
  • vysílací frekvence: 400 kHz
  • mrtvá zóna: 7 mm před vysílačem a přijímačem
  • pracovní rozsah / detekční možnosti:
    • běžný papír s gramáží: 20 g/m2 až 2.000 g/m2
    • nejjemnější papíry
    • papírové desky
    • pauzovací papír
    • voděodolný papír
    • metalizovaný papír
    • papír s kovovou nebo plastovou fólií do tloušťky 0,4 mm
    • samolepící papír / etikety
    • karton
  • Napájení: 20 - 30 VDC, zvlnění +/- 10%
  • Spotřeba bez zatížení: typ. 50 mA
  • Vstupy: řídící binární C1 až C3
  • Výstupy: 2 spínané
    • Signál "Dvojlist"
    • Signál "Chybějící list"
  • Vzdálenost vysílač / přijímač: 20 - 60 mA (optimální 40 mA +/- 3 mm)
  • Povolený sklon proti detekované ploše: +/- 45°
  • Provozní teplota: +5°C až +60°C
  • Materiál pouzdra: niklovaná mosaz, plastové části
  • Krytí: IP65

Článek vytvořil a zpracoval: Antonín Vojáček

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: