Dnes se v tomto článku nebudeme zabývat ani provedením nějakých konkrétních senzorů a snímačů, ani tvary a připojením. Cílem tohoto článku je stručně přiblížit a nastínit, který typ senzoru pro detekci přiblížení objektů použít v závislosti na fyzikálních vlastnostech a provedení detektovaných předmětů a produktů.

Co lze detekovat

V současné době lze detekovat předmět podle následující vlastnosti:

• Materiálu - kov, plast
• Průhlednost - průhledný, průsvitný, neprůhledný
• Velikost detekovaného předmětu či snímané plošky
• Tvaru předmětu
• Vzdálenosti mezi snímačem a objektem
• Teploty

Na co je nutné si dát pozor

Pro volbu typu snímače je však nutné vzít v úvahu i další s detekcí spojené okolnosti:

• Velikost prostoru pro umístění snímače
• Max. možná vzdálenost detekovaného předmětu od snímače
• Vliv okolí:
  • znečišťování detekčního prostoru
  • elmag. rušení
  • intenzita okolního světa
  • okolní provozní teplota
  • materiály a vzdálenost okolních objektů / předmětů
• Rychlost pohybu předmětu v případě detekce za pohybu
• Životnost

Typy běžně vyráběných senzorů přiblížení

Běžně na celosvětovém trhu se snímači pro detekci přítomnosti nebo přiblížení se vyskytují následující typy (pro podrobný popis o jejich funkci klikněte na odkaz = modrý název typu senzoru, zobrazí se článek na serveru automatizace.HW.cz):

• Indukční - detekují přítomnost kovových částí objektů na malou vzdálenost (do několika cm)
• Kapacitní - umožňují detekci téměř jakéhokoliv materiálu včetně průhledných a tekutin, ale jen na velmi malou vzdálenost (max. pár mm)
• Ultrazvukové - detekce libovolných pevných větších předmětů nebo kapalin i na mnoho metrů
• Optické
  • Difuzní - detekce blízkého neprůhledného, ale i průsvitného objektu téměř libovolného nelesklého materiálu
  • Reflexní - detekce i vzdálených a velmi malých neprůhledných a nelesklých pevných předmětů
  • Jednocestné - detekce na krátké i velké vzdálenosti i pro průsvitné a hůře průhledné (nečiré) produkty
  • Optovláknové - detekce velmi malinkých objektů nebo větších předmětů ve stísněných podmínkách
  • Kontrastní - blízká detekce různého obrazce, značky či plochy světlejší či tmavší než podložka (pozadí)
  • Luminiscenční - detekce schopnosti luminiscence ozářeného objektu
  • Senzory barvy - detekce barevné plochy na ploše nebo na pozadí jiné barvy na malé až střední vzdálenosti
  • Senzory tvaru - detekce předmětu podle jeho tvaru na malé a střední vzdálenosti
• Magnetické - detekce magnetických materiálů (kovů) na malé vzdálenosti
• Teplotní - pomalá detekce přítomnosti libovolných objektů dle jejich teploty rozdílné od pozadí

Příklady volby typu senzorů podle vlastností detekovaných objektů

Detekce kovových obalů nebo částí produktů

To se téměř vždy provádí indukčními senzory, které dnes v mnoha případech mají stejnou citlivost na všechny nebo většinu běžných kovů a jsou hodně odolné proti znečištění a okolnímu rušení. Stejně dobře se dají použít i kapacitní senzory, pokud pozadí nebo okolí detekčního místa není ze stejného materiálu, jako detekovaný objekt. Kapacitní senzory mají zhruba při stejné velikosti stejný dosah, ale jsou více citlivé na rušící vlivy (zvláště teplotu). Pokud je detekován jen kov magnetický lze použít i magnetické senzory. Ty je pak nutné použít v případě, když se například rozlišují dva různé stejně barevné kovové objekty z odlišných materiálů (např. hliník/železo). Pro větší vzdálenosti lze použít optické snímače nebo ultrazvuk, ale provozní prostředí však musí být dost čisté. V případě vyleštěných povrchů může být použití reflexní optozávory omezené.

Detekce neprůhledných obalů a produktů

Pro tyto účely se nejčastěji používají optické senzory, kterou jsou obecně spolu s indukčními nejvyužívanější. Zde se hlavně rozlišují dva typy: difuzní a reflexní. Zatímco difuzní mají účinnost často jen na několik cm (max. desítek cm), reflexní pracující na principu odrazu vyslaného světla od vzdálené odrazky mohou pracovat i na několik metrů. Difuzní však nevyžadují odrazku a umožňují i detekci lesklých a dnes i průsvitných objektů, ale zase nesmí mít blízké pozadí podobné optické vlastnosti, jako detekovaný předmět. I když v případě použití difuzního senzoru s polarizací světla lze toto vyřešit. Reflexní senzory se pak dají obvykle použít jen na neprůhledné nelesklé objekty, které však dnes mohou být úzké (několik mm). Pokud jsou předměty velmi úzké (méně než 1 mm, např. jehla) využívá se vláknových reflexních nebo jednocestných optosenzorů. Pokud je ještě navíc potřeba rozlišovat i různé produkty mezi sebou, lze použít optické senzory barvy, kontrastu nebo tvaru. Hlavní obecnou podmínkou použití optických senzorů je však provoz v čistém prostředí (hlavně vadí prach). V případě těžkého prachem znečišťovaného průmyslu je nutné použít indukční, kapacitní nebo případně ultrazvukové senzory, podle materiálu objektu, jeho vzdálenosti od snímače a stupně znečištění provozu.

Detekce průhledných obalů a produktů

I když se to může zdát divné, i průhledné objekty lze detekovat opticky. Využít lze optické senzory (reflexní nebo difuzní) detekující změnu polarizace jimi vyslaného polarizovaného světla. Pouze v případech, kdy je potřeba detekovat velmi tenké plně průhledné (čiré) pevné předměty nebo kapaliny na velmi malou vzdálenost, se obvykle nasazují kapacitní senzory. Pro větší vzdálenost je pak možné velmi dobře použít senzory ultrazvukové. Ty jsou navíc dobře použitelné v prašném prostředí, kde optika selhává. Nevýhodu kapacitních senzorů je velký vliv detekovaného materiálu na detekční citlivost (dáno tzv. redukčním činitelem), zatímco nevýhoda ultrazvuků je daná minimální vzdálenost objektu od senzoru, omezená přibližovací rychlost v axiálním směru a předměty musí stále přicházet dostatečně kolmo na čelo snímače (zvláště pokud mají velmi hladký povrch). Pokud není pohyb předmětů rychlý a navíc proti okolí mají rozdílnou teplotu (jsou chlazené nebo zahřáté) lze dobře využít k tomu určené teplotní senzory přiblížení. Při jejich použití je pak detekce úplně nezávislá na typu a skupenství produktu.

Detekce kapalin

Pro detekci přítomnosti kapalin v nádobách, ať již průhledných nebo neprůhledných, je možné použít kapacitní senzory. V otevřených nádobách pak i senzory ultrazvukové, které umožňují nejen kapalinu detekovat, ale i přesně měřit výsku hladiny. Nesmí jim však v cestě ke kapalině stát žádná pevná překážka.

V případě velmi dobře průhledných nádob a hůře průhledných kapalin, lze použít i difuzní, reflexní nebo jednocestné optické senzory detekující změnu polarizace světla. U barevných kapalin lze někdy použít i senzory barvy.

Detekce horkých nebo velmi chladných objektů

Pokud jsou detekované předměty velmi horké (nad 80°C) je nutné použít senzory pracující z většího odstupu. To splňují buď klasické optické reflexní senzory nebo jednocestné optosenzory nebo difuzní a reflexní senzory využívající k "dopravě" světla na pracovní místo optická vlákna, nebo ultrazvukové senzory s velkým dosahem. Pro ty však musí být předmět dostatečné rozměrný, stále kolmý na čelo snímače a pevné pozadí dostatečně vzdálené. Navíc na funkci a nastavení ultrazvukových senzorů má dost velký vliv teplota a vlhkost vzduchu a hrubost (materiálu).

Detekce velmi slabých (tenkých, plochých) nebo malých ležících předmětů

Pokud je potřeba detekovat přítomnost na dopravním páse velmi tenkých předmětů (několik mm) nebo je například počítat, je nutné řešit problematické rozlišení produktu a samotného pásu. Pokud je nosná podložka s produkty průhledná a produkt neprůhledný, nejedná se o velký problém. Použije se reflexní nebo jednocestná optozávora. Pokud je podložka lesklá, tedy dobře odrazná a produkt naopak světlo neodráží nebo naopak, lze opět využít optiku (difuzní optický senzor). Čím je však produkt tenčí, tím lepší a přesnější musí být senzor a musí obsahovat dobrou funkci potlačení vlivu pozadí.

Pokud má produkt výrazně jinou světlost než dopravní pás a pracovní prostředí je čisté, lze nasadit kontrastní optické snímačem, případně pokud produkt má jinou barvu než podklad, lze použít optické senzory barvy. Nejhorší je případ, kdy tenký či nízký produkt je z podobného materiálu jako podložka a podobné optické vlastnosti (průhlednost nebo neprůhlednost). Pak nejde logicky žádný z optických senzorů použít a ani ultrazvuk není vhodný. Pokud je pás plastový nebo gumový a produkty jsou alespoň částečně kovové, lze dobře využít spolehlivého indukčního snímače. Jinak je nutné zvolit některý z kapacitních senzorů.

Detekce etiket a potisku

Speciální aplikací je detekce etiket a potisku. Pokud je potřeba jen získat informaci, zda je přítomna etiketa na produktu (např. lahvi) nebo ji detekovat na nosné pásce, využívají se obvykle v případě neprůhledných etiket optosenzory. Pokud je láhev průhledná tak reflexní nebo difuzní, pokud není, tak je nutné využít senzory barvy nebo kontrastu. Senzory barvy se dají využít i pro rozlišení různých etiket. V případě, že se detekují etikety na průhledných nosných páskách, využívá se speciálních jednocestných vidlicových optosenzorů, případně kontrastních senzorů značek. Horší je to při průhledných etiketách. Zde lze použít kapacitní snímače, protože obvykle je materiál etikety jiný než materiál nosné pásky.

Pro jednoduchou detekci správného potisku se pak využívají také kontrastní senzory nebo senzory barvy. Pro složitější rozpoznání se však dnes již využívají inteligentní kompaktní inspekční kamery.

Závěr

Jak je z toho článku vidět, možností, jak řešit tu či onu detekci v závislosti na vlastnostech předmětů, je opravdu mnoho. Navíc nabídka mnoha výrobců je opravdu široká, zvláště v oblasti indukčních kapacitních a optických difuzních a reflexních senzorů. Zvláště se výrobci předhánějí v detekční vzdálenosti a různých automatických učících režimech u indukčních a kapacitních senzorů a v co nejmenší velikosti a přesnosti u optických senzorů. Pro více informací odkazuji na stránky některých u nás známých výrobců. Osobně mám kladné zkušenosti se senzory společností SICK a Turck.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka firmy SICK - www.sick.cz
• Domovská stránka firmy ifm electronic, spol. s r.o., výrobce senzorů - www.ifm-electronic.cz
• Domovská stránka firmy Carlo Gavazzi Automation Components - www.gavazzi-automation.com
• Domovská stránka firmy TURCK s.r.o, výrobce mj. indukčních senzorů - www.turck.cz
• Další výrobce průmyslových optických senzorů: Carlo Gavazzi Automation Components
  
   
• Článek o optických senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o utrazvukových senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o kapacitních senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz
• Článek o indukčních senzorech přiblížení na stránkách automatizace.HW.cz