Úvodní popis snímače Omron E3Z-D87

Řada optosnímačů OMRON E3Z představuje základní univerzální rodinu představující několik desítek různých zástupců. Proto jak říká výrobce, téměř pro každou „normální“ aplikaci zde vyberete ten pravý snímač. Všechny zástupci mají stejný rozměr kvádrového pouzdra 43,5 x 10 x 20 mm a jejich montáž je možná s roztečí 1 palec, tedy 25,4 mm (takový světový standard). Najdete zde zástupce z oblasti jednocestných, dvoucestných difúzních provedení i optozávor optimalizované funkcí nebo pouzdrem do různých aplikacích i prostředí s dosahem od 200 mm až do 15 m.

Konkrétně typ EZ3-D87 je difuzní optický snímač, tedy provedení, které detekuje objekt odrazem vlastního vyslaného paprsku od jeho povrchu. Z pohledu provedení pouzdra poskytuje krytí IP67 a zvýšenou odolnost proti působení olejů a chladících kapalin, tedy jsou velmi vhodné pro nasazení ve strojírenském průmyslu.

Difuzní provedení jsem zvolil konkrétně pro nasazení na detekci kaučukových bloků zabalených v igelitu. Původně jsem sice používal reflexní odrazové optozávory, ale v praxi se vyskytovali problémy s detekcí z důvodů poškozování rozměrnějších zrcátek nepozornou obsluhou linky. Proto později padla volba právě na difuzní provedení, kde malé pouzdro snímačů Omron E3Z lze snadno skrýt v kvalitním železném držáku a protože odrazky chybí, je mechanicky detekce prakticky nezničitelná. A protože detekční vzdálenost je v mé aplikaci potřeba jen relativně malá (do 30 cm), okolní světelné podmínky stabilní a i odrazná plocha jednotlivých detekovaných produktů cca stejná, je možné při dobrém nastavení detekční citlivosti je bez problémů použít.

Detekční dosah udávaný výrobcem pro bílý předmět velikosti 30x30 cm je 100 cm a u černého předmětu pak cca 30 cm. To v obou případech mé aplikace detekce produktů na 40 cm širokém dopravníku plně dostačuje. 

Provedení difuzního snímače OMRON E3Z-D87 v malém plastovém kvádrovém pouzdru.

Typ označený jako D87 pak obsahuje spínaný PNP výstup (spínací PNP tranzistor), který se mi hodí pro spínání napájecího napětí 24 V DC na vstupy PLC. Existuje však i verze s NPN výstupem. Samozřejmě nechybí volba spínání „na světlo“ (světlo se odrazí od předmětu) nebo „na tmu“ (výstup sepne při chybějícím předmětu). Generované a vysílané modulované světlo vysílá infračervená LED dioda, která je však u difuzních snímačů napříč různými výrobci dnes běžná. Odezva snímače na zacloněná je pak výrobce deklarována jako max. 1 ms.

Blokové schéma zapojení a možné provedení konektorů pro snímače OMRON E3Z - v mém případě šlo o 4-vývodovou M8.

Vyzkoušel jsem….

Po krátkém popisu se vrhněme na prakticky zjištěné zajímavosti. Tak předně u tohoto snímače není žádný učící režim či něco podobného, ale starý dobrý poťák na nastavení snímací citlivosti / dosahu. Nehledejte v tom však žádnou vědu, protože jde o vcelku triviální regulaci intenzity svícení vysílací infra LED, u které samozřejmě není generované světlo vidět, což je tak trošku jeho praktická nevýhoda pro potřeby nastavení a nasměrování snímače. Pozor také na fakt, že detekční dosah a citlivost difuzního snímače mimo nastavené citlivosti a barvy detekovaného objektu, také závisí na velikosti odrazné plochy (viz graf výrobce vedle). Vyzařovací paprsek má totiž dost širokou vyzařovací charakteristiku. Např. na vzdálenosti cca 60 cm má výrobce paprsek průměr cca 4 cm a vzdálenostech větších než 1,2 m i klidně více než 8 cm.

Jinak regulace citlivosti snímače není vyřešena zcela ideálně, protože natočení potenciometru citlivosti snímače v rozsahu 0 až cca 70° z celkového nastavovacího rozsahu 270° (tedy cca 25 %) se prakticky nic neděje, protože v této oblasti není detekován ani čistě bílý papír 30 x 30 cm ani na vzdálenost několik centimetrů. Až po natočení rozsahu citlivosti do pozice cca  30 % rozsahu již  je alespoň na vzdálenost cca 5 cm bílý papír spolehlivě detekován. Pro detekci černé plochy pak samozřejmě je nutné nastavit skoro vždy citlivost větší než alespoň 75% rozsahu nastavení.

Při nastavení druhého "točítka" (otočného přepínače) na pozici D (dark = spínání na tmu) se tedy v rozsahu odrazky 0 až 60 cm kolmé na čelo snímače rozsvítí zelená i oranžová LED, které charakterizují, že přijímač detekuje odražené světlo od odrazky (oranžová LED) a funkce je spolehlivá (zelená LED s označením „Stabilita“). Teď jsem také vyjmenoval všechny ovládací a indikační prvky. 

Výsledky testů detekce různě barevných ploch

Zkoušel jsem prakticky naměřit největší skutečnou detekční vzdálenost různě barevných ploch velikosti cca 300 x 200 mm bez kompenzace vlivu pozadí, tedy v režimu nastavení snímače na maximální detekční citlivost. Naměřil jsem vysokou hodnotu 145 cm pro čistě bílou plochu tvořenou čistou klasickou kladívkovou čtvrtkou (větší vzdálenost než udává výrobce pro bílou) a naopak pouze cca 30 cm pro čistě černou matnou plochu, což ale přesně odpovídá údajům výrobce.

S takovými rozdíly pak korespondují i výsledky praktičtější části měření, tedy maximální možná detekce předmětu umístěné před pozadí, které je odstíněné. Tedy snímač má nastavenou takovou maximální citlivost, aby pozadí spolehlivě nedetekoval. Samozřejmě nejhorší případ je detekce černé plochy na bílém pozadí. Při odstínění bílého pozadí vzdálené 100 cm pak je možné detekovat černou plochu jen na maximální vzdálenost 17 cm od čela snímače. Tedy nic moc, ale prostě to je fyzika a v tomto případě se opravdu více hodí použití reflexní optozávory s odrazkou než difuzní snímač. Ale u ploch jiných barev je výsledek hned výrazně lepší. Například u zelené barvy plochy je max. detekční vzdálenost 45 cm při stejně nastavených podmínkách.

Konkrétní moje naměřené výsledky jsou uvedeny v následujících tabulkách:

Tabulka 1 - Maximální detekční dosah snímače pro různě barevné plochy naměřené při testu

Tabulka 2 - Maximální detekční dosah snímače při potlačeném pozadí naměřené při testu

Základní parametry snímače OMRON E3Z-D87 (dle výrobce):

Závěr

OMRON E3Z-D87 představuje difuzní snímač s nadprůměrným snímacím dosahem a s obvyklým řešením pouzdra a upevněním. Výrobce uváděnou max. detekční vzdálenost 100 cm je pak vhodné pro spolehlivou detekci ploch od 30 x 20 cm a však jen bílé barvy. V případě jiných barev ploch či předmětů je nutné počítat s výrazně menším dosahem, ale to je dáno prostě u difuzních snímačů samotným provozním principem, ale nelze je obejít.

Odkazy:

• Stránky českého zastoupení společnosti OMRON - http://industrial.omron.cz/cs/home
• Přímý odkaz na stránky výrobce o snímači OMRON E3Z-D87 - http://www.ia.omron.com/product/item/e3z_7016r/index.html
• Test difuzního snímače IFM - http://automatizace.hw.cz/test-maly-difuzni-snimac-ifm-s-teach-in-rezimem