Základní popis snímače IFM OJ5088

Difuzní optický snímač pro detekci přítomnosti či přiblížení předmětů s označením ifm OJ5088 se vyznačuje na první pohled trošku netypickým provedením. Ani tak to nejsou jeho rozměry či elektrické vlastnosti, které najdeme i u některých konkurenčních výrobků dalších společností, ale odlišná koncepce mechanického uspořádání a provedení. Zatímco u většiny snímačů s kvádrovým pouzdrem je běžné umisťovat aktivní plochu, tedy vysílač a přijímač na tu užší stranu pouzdra, v případě IFM OJ5088 se vývojáři německé společnosti ifm electronic GmbH rozhodli umístit červeně zářící LED diodu vysílače, fotodiodu přijímače a zaostřovací čočku trošku netypicky na další stranu oranžového plastového kvádrového pouzdra. Přitom podobně jako u ostatních kvádrových snímačů jsou upevňovací otvory vedeny skrze kratší strany pouzdra (tedy zde ve stejné ose jako vysílač / přijímač). Ve výsledku to tedy znamená upevnění otočené o 90° než u běžných kvádrových senzorů. Tím lze bez jakéhokoliv přídavného držáku snímač okamžitě upevnit na rám, plochu, panel či stěnu rovnoběžnou například s dopravníkem, po kterém se pohybují (přivážejí) objekty, jejichž přítomnost se má na určitém místě detekovat. Zatímco běžné provedení kvádrového snímače by se muselo připevňovat přes nějaký L-profil a svojí delší stranou by "trčel do oblasti dopravníku", snímač IFM OJ5088 lze přímo přišroubovat a navíc bude do prostoru zasahovat jen svojí užší stranou, tedy jen 11 mm.

Další zajímavou a neobvyklou věcí je provedení upevňovacích otvorů snímače. U kvádrových snímačů je zcela běžné nechat v rámci plastového pouzdra 2 či 3 otvory procházející zcela skrz užší stranu pouzdra, kterými se pak dají prostrčit šrouby a přišroubováním na druhé straně je tak upevnit k podložce. K sejmutí takových snímačů je pak nutné všechny šrouby opět demontovat. Zde je toto vyřešeno zajímavě prostřednictvím speciálního kovového "držáčku", který je nasunut na plastovou kolejničku na pouzdře v místě vývodu připojovacího kabelu. Při přizvednutí miniaturní páčky ukryté v kovovém držáku pomocí malého plochého šroubováčku (jde to i nehtem, ale dost obtížně) se provede odklonění malé pružinky a držák lze z kolejnice stáhnout. Stejným způsobem pak lze i nasunout a po dotlačení pak zmíněná pružinka zaskočí a držák drží. Zajímavé řešení, které jsem zatím u jiného výrobce neviděl.

Ostatní parametry a hodnoty snímače IFM OJ5088 se již tak z běžné praxe nevymykají. Ano, snímací / detekční dosah až 400 mm u tak malého snímače je velmi dobrá hodnota a v porovnání s konkurencí lehce nadprůměrná, ale ne neobvyklá (nejběžnější hodnoty bývají okolo cca 300 mm). Ke snímání se zde využívá červené světlo.

Z pohledu elektrického připojení snímače je v tomto konkrétním případě napevno instalován 2 m tenký 4-vodičový kablík, kde hnědý a modrý vodič jsou určeny pro napájení snímače rozsahem stejnosměrného napětí 10 až 30 V, zatímco černý vodič je spínaným výstupem snímače. Nakonec bílý vodič je vstupem a funguje stejně jako tlačítko snímače na spuštění a ovládání režimu učení. 

Snímač ifm OJ5088 z obou stran.

"Poloautomatický" režim učení Teach-in

Dnes již běžnou funkcí je "poloautomatický" režimu učení / nastavení snímače, který se všeobecně označuje jako "Teach-in mode". Zde je realizován tak, že pro potřeby nastavení snímacího dosahu a současně potlačení nežádoucí detekce pozadí, se musí stisknout a přidržet na úzké horní straně umístěné zapuštěné tlačítko (lze to nejlépe malým plochým šroubováčkem), po kterém se střídavě rozbliká sousedící oranžová i zelená indikační LED dioda a snímači se má předložit předmět, který má být detekován, v maximální vzdálenosti, kde se bude pohybovat. Poté se opět stiskne to samé jediné tlačítko. Tím si snímač změří intenzitu odraženého světla a uloží do paměti a přepne se do režimu, kdy čeká, až umístěný předmět odstraníme. Jsme totiž v režimu nasnímání pozadí, jehož vliv se naopak má eliminovat. Zde se snímaný objekt musí odstranit, ale vše ostatní ponechat na svém místě, například v pozadí umístěné nosníky, stěny apod. a opět stisknout tlačítko. V ten moment si snímač zaznamená množství světla odražené od pozadí (background), které již má být eliminováno a hned poté automaticky přejde do standardního provozního režimu.

Na základě naučených hodnot a aktuální úrovně intenzity světla na přijímači pak elektronika snímače rozlišuje, zda je či není přítomen detekovaný předmět. Důležité při učení je to, aby probíhalo přímo na předmětu, který následně bude používán a detekován i za provozu, tedy hlavně z pohledu stejné barvy a "lesklosti" povrchu. Problém nastává, když při provozu mohou být předkládány například předměty sice stejných rozměrů, ale různé barvy. Pak je nutné při nastavení použít předmět s nejméně lesklým povrchem a nejtmavší barvy. Totiž když se pro učení použije například bílý předmět, a pak za provozu se někdy předkládá i předmět černý, tak ten nemusí být detekován vůbec nebo jen na velmi malou vzdálenost.

Nejhorší možný stav pak nastává, když má být detekován černý objekt, přičemž blízko za ním je umístěno bílé či ještě hůře velmi lesklé pozadí (například bílá stěna či nerezový plech nebo jekl). V této situaci by snímač potřeboval vysílat co největší intenzitu světla, aby alespoň jeho část se od černého předmětu, který většinu světla pohlcuje, odrazilo zpět na přijímač, ale zároveň by potřeboval nastavit co nejmenší intenzitu, aby nebylo detekováno pozadí. Od určité malé vzdálenosti mezi černým objektem a bílým pozadím proto učící režim logicky selhává, což je však indikováno blikající červenou LED po nasnímání pozadí a zůstává v platnosti předchozí nastavení snímače.

Snímač ifm OJ5088 za běhu (zelená LED indikuje běh snímače).

Praktické poznatky z testování snímače

Z praktického pohledu mám k snímači několik následujících informací:

Snímač má docela velkou stopu snímacího paprsku a navíc se "dvěma prstenci intenzity světla". Již na vzdálenosti 150 mm má kruhová stopa prakticky dvě oblasti s rozdílnou intenzitou světla. Vnější hranice méně osvětlené oblasti má průměr cca 60 mm, zatímco intenzivnější střed má průměr cca 17 mm, což se cca rovná údaji výrobce o velikosti stopy. Na jmenovité snímací vzdáleností 400 mm má světelná stopa rozměry již vnější celkový průměr kruhu cca 140 mm, přičemž výrazně světlejší střed má již čtvercový půdorys 40x40 mm. Toto je z praktického pohledu nutno vzít do úvahy při požadavku na přesnou detekci pozice předmětu, resp. přesnou detekci hrany předmětu při pohybu (zvláště u malých předmětů), protože na větší snímací vzdálenosti než cca 150 mm již nemusí být detekován vždy přesně ve stejnou chvílí právě díky již dost široké stopě paprsku. Mluvíme tady o nepřesnostech pozice v řádu až mnoha jednotek mm. Snímač je tak spíše vhodný pro kratší vzdálenosti mezi snímačem a předmětem.

Dále jsem zkoušel naměřit největší skutečnou detekční vzdálenost s použitím čisté matné bílé plochy 300 x 200 mm bez kompenzace vlivu pozadí (před senzorem nebyly umístěny žádné předměty). Zjistil jsem překvapivě vysokou hodnotu 830 mm, kdy ještě byla bílá deska spolehlivě opakovaně detekována.

Dále jsem při výše dosaženém "maximálním nastavení" snímače zkoušel změnu detekčního dosahu v závislosti na změně barvy neprůhledné desky shodných rozměrů 300 x 200 mm.  Výsledky jsou v následující tabulce:

Tabulka maximálních snímacích vzdáleností snímače IFM OJ5088 bez vlivu potlačení pozadí (pozadí se nachází dále než 2 m).

Nakonec jsem otestoval orientačně v některých bodech následují detekční graf výrobce. Potvrdila se mi platnost v něm uvedených charakteristik pro černý a bílý předmět před bílým pozadím. Navíc jsem v případě černého předmětu dospěl k hodnotám detekčním vzdálenosti  až 15 cm při vzdálenosti od pozadí 8 cm. Také jsem zkoušel objekt tmavě zelené barvy. V tomto případě jsem naměřil dosah až 18 cm při vzdálenosti předmětu od bílého pozadí 5 cm.

Graf výrobce závislosti detekčního rozsahu vzhledem ke vzdálenosti bílého pozadí od předmětu.

Základní parametry (dle údajů výrobce):

• Charakteristika produktu: difuzní reflexní optický snímač pro detekci přítomnosti předmětů
• Jmenovitý detekční dosah: 15 až 400 mm (pro bílou desku 20x20 cm), nastavitelný
• Vysílač: červená LED dioda, vln. délka: 660 mm
• Velikost stopy paprsku: < 18 mm na vzdálenosti 150 mm
• Nastavení dosahu/citlivosti: poloautomatický učící režim Teach-in
• Indikace funkce: zelená LED = provoz, oranžová LED = stav výstupu, červená LED = hlášení chyby
• Elektrické připojení: 2 m kabel se 4 vodiči
• Vstupy: vzdálené spuštění / ovládání režimu učení
• Výstupy: spínaný výstup indikace detekce, NO / PNP, max. 200 mA, spínací frekvence max. 1 kHz
• Napájení: 10 až 30 VDC, spotřeba, max. 25 mA (bez zátěže na výstupu).
• Rozměry: 24 x 45 x 11 mm
• Pouzdro: plast ABS, držák slitina zinku
• Materiál čočky: PMMA
• Pracovní teplota: -25 až 60°C
• Krytí: IP67

Závěr

IFM OJ5088 představuje difuzní snímač s lehce nadprůměrným snímacím dosahem, s neobvyklým řešením pouzdra a hlavně systémem upevnění. Na druhou stranu pro přesnou detekci pozice nebo pro předměty menší než cca 15x15 cm je z důvodu dost velké stopy snímacího paprsku vhodné snímače využívat jen do vzdálenosti cca 20 cm. Pro větší snímací vzdálenosti je vhodné úměrně zvětšovat rozměry detekovaného předmětu. Pro výrobce uváděnou detekční vzdálenost 40 cm je pak vhodné pro spolehlivou detekci snímači předkládat plochu velikosti min. 30 x 20 cm. To trošku limituje použití jinak nadprůměrného snímače. Systém poloautomatického učení pracuje dobře a pokud například nelze pro danou vzdálenost od snímače a od pozadí snímač vhodně nastavit, začne blikat červená LED a ponechá se předchozí seřízení.

Odkazy:

• Stránky společnosti ifm electronic - http://www.ifm.com/ifmcz/web/home.htm
• Přímý odkaz na datasheet snímače - http://tds.ifm-electronic.com/tentacle/aus/OJ5088.pdf