Projektanci systemów automatyzacji stale poszukują nowych rozwiązań powiązanych z czujnikami. Bogactwo czujników na rynku odzwierciedla ogromną różnorodność przedmiotów, materiałów i płynów, które muszą zostać wykryte. Oprócz tego konieczne jest dobieranie interfejsów umożliwiających współpracę z innymi systemami oraz analizowanie wpływu środowiska, w którym czujnik ma być używany, na dobór odpowiedniej obudowy.
W wielu sytuacjach wymagane jest tylko wykrywanie obiektu, na przykład na taśmie transportowej, stole lub na wózku transportowym. Może jednak nie być możliwe zamontowanie odbłyśnika, który współpracowałby z czujnikiem retrorefleksyjnym, lub odbiornika na końcu zakresu roboczego wiązki przenikającej czujnika Jeśli za obiektem, który ma zostać wykryty, znajduje się tło zakłócające, właściwym wyborem może okazać się czujnik rozproszeniowy z funkcją wytłumiania tła.
Takie czujniki wykorzystują zasadę triangulacji, mierząc natężenie światła odbitego przez żądany cel oraz oddalenie obiektu. Minimalny rozmiar obiektu jest określany przez wymiary używanej wiązki światła. Odległość do obiektu jest konfigurowana za pomocą śruby ustalającej, chociaż niektóre bardziej zaawansowane rozwiązania mogą wykorzystać metodę uczenia się Teach-in.
Podstawowym przykładem niezawodnego rozwiązania klasy IP67 jest seria czujników fotoelektrycznych FHDK 14P5104 firmy Baumer. Są one umieszczone wewnątrz obudowy o wymiarach 14,8 mm x 43 mm, dostępne z interfejsem przewodowym, czterostykowym złączem M8 lub M12 i czujnikiem odległości Tw o długości wykrywania od 30 do 500 mm. Są one również odporne na zagrożenia elektrycznie dzięki zabezpieczeniu przed zwarciem i odwrotnej polaryzacji oraz zastosowaniu wyjścia PNP do zasilania prądem o natężeniu do 100 mA, co umożliwia ich używanie zarówno miejscach oświetlonych, jak i pozbawionych dostępu światła. Przednie elementy optyczne są wykonane ze szkła akrylowego, a wbudowana elektronika sygnalizuje problemy z wyrównaniem lub zabrudzeniem soczewki za pomocą migającej żółtej diody LED.
Wyposażenie obejmuje nadajnik światła czerwonego, ponieważ widoczną wiązkę światła można w łatwy sposób dostosować, nawet w przypadku małych obiektów. Czujniki laserowe są zdolne do wykrywania obiektów o rozmiarze zaledwie 0,1 mm, a precyzyjne czujniki diodowe mogą kontrolować wiązkę światła o średnicy 2 mm. Dzięki ich konstrukcji wykryty obiekt może mieć różne kolory i być wykonany z różnych materiałów. Nie wpływa to na funkcję wykrywania, a obiekty poruszające się w tle nie powodują niepożądanego wykrycia.
Jednym z takich rozwiązań jest system wizji ZFV firmy Omron. Te bardzo szybkie kamery CCD można montować w stałej pozycji lub integrować z ramieniem robota. W zależności od zastosowania, linia kamery obsługuje obszar pomiarowy od 5 x 4,6 mm, do 50 x 46 mm. Każda kamera posiada własne źródło światła w postaci ośmiu czerwonych diod LED, zapewniających światło impulsowe, oraz obudowę o stopniu ochrony IP65.
Niektóre rozwiązania do wykrywania wzrokowego wymagają dokładniejszej oceny wykrywania obiektu. Przykładem może być określenie, czy etykieta została poprawnie naklejona lub czy produkt nie jest uszkodzony. Przemysłowe systemy wizyjne, oparte na wbudowanej kamerze sieciowej wraz z komputerem przemysłowym, to jedno z rozwiązań. Jednak bardziej odpowiednie może być rozwiązanie przeznaczone dla określonego zadania. Dzięki ciągłemu wzrostowi wydajności procesów i pojemności pamięci dostępne są teraz wysokowydajne systemy rozpoznawania wizyjnego, zabudowane w standardowej obudowie kamery wideo.
Pomiar cieczy w zbiornikach i przewodach stwarza kolejne wyzwania. Niektóre płyny pienią się, podczas gdy inne, o niższej lepkości, mają tendencję do przywierania do powierzchni. Może to powodować problemy jakości wykrywania. Model z serii CleverLevel LBFH firmy Baumer to kompaktowe przełączniki poziomu, które posiadają jasne, widoczne z każdej strony diody LED, informujące o statusie czujnika. Dostępne w obudowie IP69K, mogą być używane w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i chemicznym. W oparciu o technikę pomiaru pojemnościowego rezonansowego wykorzystują zmiany częstotliwości występujące w obecności wykrywanego materiału.
Kamery są używane w połączeniu z modułem wzmacniacza. Po przeszkoleniu system może prawidłowo reagować na rozpoznanie w przedziale od 4 do 15 ms, w zależności od rodzaju obrazu. Moduły wzmacniacza mogą być również montowane blokowo. Pozwala to na zastosowanie dwóch lub więcej kamer do analizy sąsiednich obiektów, takich jak zintegrowany obwód, w celu kontrolowania orientacji produktu lub prawidłowego ustawienia butelek z kodami kreskowymi. Ponieważ wzmacniacz posiada stopień ochrony na poziomie zaledwie IP20, musi być odpowiednio zamontowany. Pomyślne rozpoznanie może wyzwalać NPN lub PNP, podczas gdy obrazy mogą być dodatkowo rejestrowane na karcie pamięci.
Czujniki mogą być również skonfigurowane w taki sposób, aby dysponowały różnymi oknami przełączania, z rozróżnieniem na olej, wodę, pianę i płyny. Są one także zdolne do wykrywania pustych rur i zbiorników oraz materiałów bezkształtnych i sypkich, takich jak mąka lub granulat z tworzywa sztucznego. W przypadku najbardziej wymagających materiałów pieniących się lub przylegających firma Baumer dostarcza także narzędzie FlexProgrammer 9701. To narzędzie programowania może być połączone z komputerem za pośrednictwem interfejsu USB. We współpracy z oprogramowaniem przyjaznym dla użytkownika różne menu pomocy pomagają skonfigurować czujnik, aby spełnić wymagania aplikacji. Można też wizualizować wyniki pomiarów, co pozwala na późniejsze dostosowanie parametrów, np. stałe czasowe dla funkcji tłumienia i odwracanie logicznych układów przełączających.
Czujniki są w stanie wykryć elementy w zakresie od 50 do 800 mm, z granicą błędu od 0 do 50 mm. Natychmiastowo informują o swoim statusie, używające zielonego wskaźnika do wskazania, że czujnik jest włączony, a żółtego, że obiekt jest w zasięgu czujnika. Wejście TEACH-IN umożliwia prostą konfigurację górnej i dolnej granicy zakresu oceny. Czujnik zapewnia wyjście 20 mA dla wykrytego obiektu, 4mA, gdy żaden obiekt nie jest obecny i zmienną wartość w przypadku ruchu obiektu pomiędzy wartościami granicznymi. Czujnik znajduje się w obudowie o stopniu ochrony IP67.
W niektórych środowiskach obiekt, który ma zostać wykryty, nie może być wykryty w sposób wiarygodny z powodu zmiany koloru, lub materiału, z którego jest wykonany. Trudności pojawiają się również przy wykrywaniu przezroczystych materiałów, takich jak folie z tworzywa sztucznego i szklane butelki. W takich sytuacjach czujniki ultradźwiękowe, wykorzystujące wiązki przenikające lub refleksyjne, są idealnym kandydatem. Jednym z kandydatów jest seria UB800 firmy Pepperl+Fuchs, pojedynczy system o konstrukcji wielkości zaledwie 40 mm.
Ponieważ w przemyśle 4.0 i wyższych wersjach cyfryzacja napędza więcej internetowych zautomatyzowanych systemów produkcyjnych, coraz więcej czujników będzie wymaganych do rozwoju tych platform. Ze względu na konieczność wykrywania ogromnej różnorodności materiałów, płynów i obiektów, stanowi to wyzwanie dla precyzyjnego określenia, który czujnik najlepiej spełnia potrzeby konkretnego zastosowania. Dostawcy oferują szeroką gamę rozwiązań i wiele zintegrowanych funkcji. Bardzo widoczne wskaźniki dostarczają wizualnych informacji o zasilaniu czujnika i wykryciu obiektu. Są one również w coraz większym stopniu konfigurowalne, od zaawansowanych, opartych na kamerze systemów wizualnych, aż do stosunkowo prostych czujników dystansowych i wykrywających ciecze. Niezależnie od tego, co należy wykryć, jest wysoce prawdopodobne, że istnieje rozwiązanie, które odpowiada potrzebom danego zadania.
Źródło: DTCA
