Jste zde

Snímače etiket - nabízená provedení a volba pro danou aplikaci

Antonín Vojáček, 14. Listopad 2012 - 21:20

V nabídce některých výrobců senzorů můžete najít tzv. vidlicové snímače (fork sensors), které často slouží pro detekci malých nebo velmi tenkých předmětů. Jednou ze speciálních aplikací, pro které je tato koncepce pouzdra již dlouhodobě využívána, je detekce etiket. A proto jsou někdy pro tyto účely specializovaná čidla také označovaná jako snímače etiket (label sensors). Jaké existují typy a jaké mají obecné výhody a nevýhody? To jsem se pokusil shrnout v následujícím článku...

K čemu jsou snímače etiket?

Než se budeme blíže zabývat vyráběnými typy, pojďme si nejdříve obecně přiblížit, co to vůbec jsou "snímače etiket". Je to docela úzce specializovaný typ snímačů, které byly vyvinuty a jsou optimalizovány primárně pro aplikaci rozpoznání přítomnosti a rozpoznání pozice samolepících etiket převážně pro potřeby automatických či poloautomatických etiketovacích zařízení. Prakticky každá větší firma, která balí produkty denní spotřeby pro nás běžné "drobné" spotřebitele se dnes neobejde bez nějakého etiketovacího stroje. A v největší míře to platí u potravin. Naprostá většina produktů, které se dnes prodávají v samoobsluhách (mimo některých na místě vážených lahůdek či ovoce a zeleniny), musí obsahovat nějakou etiketu, která nás zákazníky informuje o názvu výrobku, dodavatelské/výrobní firmě, datu spotřeby, složení produktu a dalších důležitých a zákonem definovaných informací, plus obvykle ještě čárový kód pro snadnou elektronickou identifikaci ve skladu či u pokladny. Etiketa se samozřejmě může lepit i ručně, ale pokud někdo produkuje více než jen několik produktů za hodinu či den, již se dnes neobejde bez poloautomatické či plně automatické etiketovačky. V případě dnes nečastějšího řešení etiket v podobě role za sebou umístěných samolepek na podkladové pásce, tzv. návin etiket, (stále, i když již minoritně se ještě někdy využívají i papírové etikety se nanášením lepidla), pak etiketovací zařízení postupně návin odvíjí a postupně vydává etikety (odděluje je od podkladové pásky), jak postupně přicházejí etiketované produkty nesené dopravníkem (etiketovací) či po ruční inicializaci stiskem tlačítka nebo zacloněním fotobuňky.

Aby motor etiketovačky vždy odvinul jen potřebné množství / délku návinu odpovídající jen jedné etiketě, je nutné detekovat začátek a konec etikety, resp. mezeru na podkladové pásce mezi etiketami. Pro tento účel právě existují snímače etiket, které jsou obvykle vyráběné ve formě tzv. vidliček (fork sensor). Prakticky jde o snímač kvádrového pouzdra s obvykle dost úzkým a hlubokým zářezem (obvykle cca 1 až 4 mm). Ten slouží současně k detekci i k vedení etikety, tedy vymezení prostoru, kudy má návin etiket procházet, aby byly etikety správně detektovány. Ne vždy však musí být obě strany (obě vidličky) aktivní.

Nabízená provedení snímačů etiket

Dle fyzikálního principu detekce se snímače etiket rozdělují na:

Optické snímače etiket - detekují přítomnost etikety / mezery mezi etiketami měřením intenzity prošlého světla
Ultrazvukové snímače etiket - pracují podobně jako optické, pouze místo světla využívají akustickou vlnu.
Kapacitní snímače etiket - měří a detekují rozdílnou kapacity návinu v místě etikety a v mezeře mezi etiketami.

Všechny tři typy se v praxi používají, i když nejčastěji, nebo lépe řečeno, vždy pokud to je možné, se používají optické snímače.

Optické snímače etiket

Optické snímače jsou charakteristické vysokou spínací frekvencí (až 5 kHz) , krátkým časem odezvy (již od 10 mikrosekund) a vysokou přesností (až 0,05 mm), jsou také ve většině případů nejspolehlivější a také hlavně proti ostatním typů nejlevnější. Prakticky vždy, kdy se používají "klasické" neprůhledné (bíle či barevné) etikety nalepené na papírové průsvitné nosné pásce, tak se využívá optických snímačů. A na tento druh detekce jsou také výrobcem obvykle konstruované a prakticky vždy bývají realizovány v tzv. jednocestném provedení, tzn. že jedna vidlička ze strany mezery pro etiketu obsahuje vysílač světla v podobě klasické LED či laserové diody a druhá vidlička pak obsahuje optický přijímač (fotodioda či fototranzistor). Obě vidličky jsou tedy aktivní.

Jenže někdy vyvstane požadavek na etiketování i průhledných etiket, tedy takových, které jsou sice také nalepené na průsvitné papírové nosné pásce, ale jejich povrch je průhledný plast "igelit" jen z části potištění textem či logem. Takové logicky optický snímač nerozezná, přesněji řečeno nepozná, kde je a kde není na pokladové pásce přítomna etiketa. I když současné moderní optické snímače lze ve většině případů nastavit na rozpoznání přítomnosti i samotné průhledné etikety (odlepené od podkladové pásky), kvůli nutnosti prosvícení jen průsvitné podkladové pásky, se musí vždy nastavit vyšší intenzita světla, která pak snadno projde i místem, kde se nachází průhledná etiketa a tu tedy nelze nijak detekovat. Pak je čas sáhnout po kapacitním čidle či dnes spíše po snímači ultrazvukovém.

Kapacitní snímače etiket

Kapacitní čidlo bylo dlouhou dobu jedinou možnou alternativou pro případ detekce průhledných etiket, ale zdokonalení technologie ultrazvukového snímání i na krátké vzdálenosti za posledních 10 let, je postupně v mnoha případech nahrazují. Kapacitní snímače se vyznačují univerzálností při detekci všech pokovených, částečně pokovených, nepokovených i průhledných etiket. Další úlohou může být detekce více vrstev, místa slepení nebo trhlin. Na druhou stranu jsou proti optickým čidlům více citlivé na správné nastavení na konkrétní typ etiket, rozlišení / přesnost detekce je závislá na materiálu etiket a podkladové pásky, náchylnější na rušení okolí (hlavně změna teploty, vlhkosti), detekce je citlivá na směr pohybu etiket a i samotný systém nastavení je výrazně náročnější a to i v případě, kdy dnes výrobci do snímačů instalují různou kompenzační elektroniku a speciálním provedením referenčního kanálu se snaží uvedené negativní vlivy automaticky kompenzovat. Dnes nejlepší kapacitní snímače umožňují detekci etiket tloušťky od 0,05 mm při kadenci až 75 000 ks/min, rychlosti posunu etiket až 8 m/s a při rozlišení mezer velikosti již od 0,1 mm.

Z pohledu provedení snímání existují dvě možná provedení:

Diferenční provedení (Differential Capacitive Label Sensing) - obě elektrody "snímacího kondenzátoru" jsou umístěny vedle sebe na jedné vidličce a druhá "protividlička" je jen pasivní "kus kovu" realizující mezielektrodu. Tento typ rozlišuje i směr pohybu etiket.
Jednoduché provedení (Single-Ended Capacitive Label Sensing) - každá elektroda "snímacího kondenzátoru" je na jedné vidličce (obě vidličky jsou aktivní) a mezera pro etikety prakticky tvoří dielektrikum. Tento typ nerozlišuje směr pohybu etiket.

V praxi snímače s prvním uvedeným systém obvykle mají trošku širší pouzdro, ale z pohledu "kvality detekce" spíše závisí na celkovém provedení snímače a jeho řídící elektroniky.

Ultrazvukové snímače etiket

I když i v současné době jsou kapacitní snímače etiket stále výrazně levnější než ultrazvukové a obecně jsou také o něco lepší pro vysoké rychlosti pohybu etiket, ultrazvukové provedení je díky svým výhodnějším provozním vlastnostem stále více upřednostňováno. Nastavuje se / ovládá se totiž prakticky stejně jako optické a je méně citlivé na materiál etikety i rušivé vlivy okolí (teplotu/vlhkost). Například ultrazvukový snímač etikety je jedinou možnou variantou v případě průhledných etiket obsahujících na sobě různé pokovené (el. vodivé) prvky (např. různé napařené hliníkové proužky či symboly), které dělají kapacitním snímačům velké problémy. Také se obvykle vyznačují podobnými celkovými rozměry pouzdra jako optická provedení, což umožňuje snadnější záměnu (kapacitní čidla bývají až 3 x širší). To je dáno stejnou jednocestnou konfigurací jako u optických čidel, tedy na jedné straně detekční mezery je ultrazvukový vysílač a na druhé přijímač.

Na druhou stranu obecnou nectností ultrazvukových snímačů vždy byla horší schopnost ve vysokých rychlostech rozlišit etikety nalepené těsně vedle sebe. Tato negativní vlastnost se však vývojem technologie stále více minimalizuje a současné moderní ultrazvukové snímače etiket poskytují rozlišení už od cca 0,5 mm při rychlosti pohybu etiket až 4 m/s a reakční době od 0,1 ms, což jsou v tomto směru téměř totožné parametry, jako nabízí většina kapacitních či nelaserových optický snímačů (laserové snímače mají rozlišení až v řádu mikrometrů).

Shrnutí...

Prakticky vždy všude tam, kde je to možné, se využívá optické čidlo etiket. Je levnější (až 5x proti ultrazvukovému typu), rychlejší, přesnější a spolehlivější. Pokud však z důvodu provedení etiket je nelze použít (optika prostě nerozliší etiketu od materiálu nosné pásky), je nutné použít kapacitní či ultrazvukové čidlo. Zatímco kapacitní bývá levnější a v některých případech má i větší rozlišení (v závislosti na materiálu etiket i pásky), ultrazvukové je jednodušší na použití / nastavení a je také univerzálnější (obvykle jej lze použít i pro všechny ostatní "běžné" etikety i místo optického čidla).