Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2020/10/IMG_20201110_0940531.jpg

Jak działa pomiarowy czujnik laserowy stosowany w automatyce przemysłowej?


Czujniki optyczne to elementy automatyki, które spotyka się w zakładach przemysłowych niemalże na każdym kroku. Spełniają one wiele rozmaitych zadań. Znajdują zastosowanie podczas określania poziomu cieczy i materiałów sypkich, kontrolują położenie ruchomych części maszyn, spełniają funkcje bezpieczeństwa (np. kontrolują zamknięcie osłon), wykorzystuje się je przy pomiarach drgań czy też w procesach identyfikacji różnego rodzaju obiektów. Postaram się rozjaśnić świat czujników optycznych tak, byście zrozumieli „z czym to się je”, ale przede wszystkim postaram się odpowiedzieć na pytanie zadane w tytule tego artykułu.

Słów kilka o czujnikach optycznych

Czujniki optyczne, inaczej nazywane fotoelektrycznymi, emitują szeroką lub wąską wiązkę światła widzialnego, podczerwieni lub korzystają z lasera. Najprostsze czujniki odbiciowe, z zakresem działania do 2m, mogą posłużyć np. do zliczania liczby obiektów na transporterze. W takim rozwiązaniu światło emitowane z czujnika odbija się od przedmiotu i powraca do tego samego czujnika. Dalej możemy znaleźć czujniki refleksyjne, które współpracują z lustrem (inaczej zwanym reflektorem), które pozwala zwiększyć zasięg urządzenia nawet do kilkunastu metrów. Czujniki te znajdują zastosowanie np. przy wykrywaniu obecności osób. Jeśli dodatkowo zastosujemy polaryzację, czujnik refleksyjny będzie w stanie rozróżnić odbicie wiązki światła od błyszczącego elementu (np. wypolerowany metalowy przedmiot). Dzięki temu czujnik nie pomyli obiektu z reflektorem. W przypadku, gdy potrzebujemy czujników do aplikacji, w których wymagana jest niezwykła precyzja bądź szybkość działania, zastosowanie znajdą czujniki laserowe. Czujniki te emitują bardzo wąską wiązkę światła, przez co powstająca na mierzonym obiekcie plamka ma niewielką średnicę. Takie czujniki szczególnie znajdą zastosowanie np. przy sprawdzaniu jakości produktu czy prawidłowym ułożeniu detalu podczas obróbki. I właśnie czujnikom laserowym chciałbym poświęcić najwięcej uwagi i zrozumiale wyjaśnić sposób ich działania, tak by każdy z was mógł samodzielnie odpowiedzieć na pytanie postawione w tytule.

Logika działania laserowych czujników optycznych

W przypadku laserowych czujników optycznych stosowanie tradycyjnej nomenklatury NO/NC (normalnie otwarty/normalnie zamknięty) jest niewłaściwe. Stworzono nowe nazewnictwo, specjalnie dla bohaterów tego artykułu. Niech więc nie zdziwią Was określenia takie jak Light ON, Dark ON (czy czasami też Light OFF). Przede wszystkim chodzi o sposób, w jaki jest wystawiany stan wysoki na wyjście czujnika.

  • Light ON – logika, w której stan wysoki jest wystawiany na wyjście czujnika w momencie, gdy odbita wiązka światła trafiła do odbiornika.
  • Dark ON – logika, w której stan wysoki jest cały czas wystawiony na wyjściu czujnika, natomiast w momencie pojawienia się odbitej wiązki światła w odbiorniku wyjście jest ustawiane na stan niski.

Wiąże się to oczywiście z tradycyjną, znaną wszystkim strukturą półprzewodnikową PNP (sterowanie „plusem”) oraz NPN (sterowanie „minusem”). Większość czujników to urządzenia półprzewodnikowe – ich działanie opiera się na tranzystorach. Tranzystor pełni rolę „przełącznika”, który po wykryciu przez czujnik obiektu, zamyka obwód i wystawia na wyjściu stan wysoki lub niski. Poniżej przedstawiam obwody dla wyjścia typu PNP oraz NPN dla czujnika z serii HG-C firmy Panasonic. Należy pamiętać, że rodzaj czujnika (PNP i NPN) nie ma nic wspólnego z zastosowanym na wyjściu stykiem NO czy NC. 

Wiele czujników może pracować w obu trybach, zarówno Light ON jak i Dark ON. Możemy wybrać aktualny tryb pracy, używając przełącznika znajdującego się na czujniku.

Jak działa laserowy czujnik pomiarowy?

Przeczytałeś pewnie teraz nazwę powyżej i zacząłeś się zastanawiać… Co to w ogóle jest? O czym on tu pisze? Już spieszę z wyjaśnieniami. Triangulacja laserowa jest metodą wykorzystywaną w większości laserowych czujników pomiarowych. Najprościej będzie mi to wyjaśnić na przykładzie czujnika z serii HG-C firmy Panasonic.

Najważniejszymi elementami urządzenia jest nadajnik oraz odbiornik. Nadajnik, zgodnie z nazwą, emituje światło lasera. Wiązka światła przechodzi przez układ optyczny i pada na powierzchnię obiektu. Na powierzchni naszego elementu powstaje obraz świetlny wiązki,  a następnie ten obraz rejestrowany jest przez odbiornik, którym w naszym przypadku jest detektor CMOS. Zmieniając odległość między źródłem światła w postaci lasera a powierzchnią przedmiotu, zmieniamy kąt, pod jakim obserwowany jest obraz plamki świetlnej przez matrycę CMOS. Znając wzajemne położenie między źródłem wiązki laserowej a detektorem CMOS, możemy dokonać obliczeń zmian odległości.

Brzmi to dość skomplikowanie prawda? Jednak nie musimy się przejmować obliczeniami, które wykonuje za nas układ scalony wbudowany w czujnik. Myślę, że sytuację rozjaśni poniższa grafika prezentująca sposób działania czujnika pomiarowego.

Budowa czujnika HG-C

Na pierwszy rzut oka możemy zauważyć, że czujnik HG-C posiada dodatkowe wbudowane lustro, które przekazuje obraz plamki świetlnej na matrycę CMOS. Takie rozwiązanie pozwala na zmniejszenie rozmiarów samego czujnika, a całe urządzenie jest bardziej kompaktowe. Na grafice pomarańczowym kolorem zostały zaznaczone najważniejsze elementy samego czujnika: nadajnik, którego zadaniem jest emitowanie wiązki laserowej oraz odbiornik, którym jest matryca CMOS. Na niebiesko mamy zaznaczone elementy układu optycznego.

Ale czym jest matryca CMOS? Z matrycami CMOS do czynienia mogły mieć osoby działające w świecie fotografii. Stanowią nieodzowną część wielu aparatów cyfrowych. Sama matryca CMOS jest konstrukcją zawierającą wiele elementów światłoczułych. Światło padające na kryształy krzemu generuje w nich ładunki elektryczne. Są one następnie przekształcane na standardowy sygnał napięciowy 0-5 V lub prądowy 4-20 mA.

Programowanie laserowego czujnika pomiarowego HG-C

Czujnik możemy programować w trzech trybach: nauka 1 punktowa, 2 punktowa i 3 punktowa.

W tym artykule  postaram się przybliżyć Wam jak zaprogramować czujnik HG-C w trybie nauki 1 punktowej. Odpowiednio zaprogramowany czujnik po wykryciu naszego obiektu zostanie wysterowany i na wyjściu pojawi się sygnał. Do programowania będzie potrzebny oczywiście czujnik i element, względem którego będziemy kalibrować urządzenie. Programowanie czas zacząć!

Programowanie najlepiej jest rozpocząć od przywrócenia czujnika do ustawień fabrycznych. Dokonamy tego poprzez przytrzymanie przycisku DOWN przez 3 sekundy. Znajdujemy opcję RESET, wchodzimy do niej za pomocą przycisku TEACH i zmieniamy z NO na YES. Ponownie potwierdzamy przyciskiem TEACH. W tym momencie czujnik został przywrócony do ustawień domyślnych.

Następnie należy ustawić czujnik w tryb nauki 1 punktowej. W tym celu przechodzimy ponownie do menu głównego, szukamy opcji SENSE i wybieramy tryb nauki 1 punktowej. Dalej należałoby wyzerować nasz wyświetlacz i ustalić miejsce, które będzie bazą. W tym celu należy ustawić laser nad wybrane miejsce i przez dwie sekundy jednocześnie przytrzymać przycisk UP i DOWN.

Wybraliśmy już opcję nauki 1 punktowej oraz zbazowaliśmy nasz czujnik. Teraz jesteśmy już w zasadzie w domu. Zostało nam tylko wskazać pożądane miejsce, które będzie naszym punktem odniesienia. W tym celu ustawiamy czujnik nad miejscem, które przyjęliśmy jako baza i naciskamy przycisk TEACH, następnie czujnik ustawiamy nad miejscem, które będzie naszym odniesieniem i ponownie naciskamy TEACH. Jeśli na wyświetlaczu pojawi się napis GOOD proces programowania czujnika przebiegł pomyślnie. Et voila, właśnie zaprogramowaliśmy nasz czujnik do pracy w trybie 1 punktowym. Teraz za każdym razem, gdy w danej odległości pojawi się przedmiot, wyjście czujnika zostanie wysterowane. Szczegółowy proces programowania czujnika, krok po kroku, został przedstawiony na poniższym filmie.

Zastosowanie czujników pomiarowych

Znamy już zasadę działania – wiemy, co sprawia, że czujnik jest w stanie obliczyć odległość do przedmiotu. Warto się teraz zastanowić, gdzie możemy zastosować laserowe czujniki pomiarowe. Możliwości jest wiele, postaram się przybliżyć kilka branż i aplikacji, w których możemy je spotkać. Posiłkując się kartą katalogową czujnika przygotowaną przez firmę Panasonic, przygotowałem poniższą grafikę, na której zaprezentowałem kilka przykładów, gdzie możecie zastosować laserowe czujniki pomiarowe. Czujnik możecie także zaimplementować do aplikacji, których zadaniem jest pomiar ugięcia materiału lub pomiar grubości płyty. Podaję tylko kilka z możliwości, czujnik znajdzie jednak zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest duża precyzja i dokładność pomiaru odległości.

Podsumowanie

Obecnie niemal każda z aplikacji, i ta mniej, i ta bardziej skomplikowana, zawiera elementy detekcji. Czujniki pomiarowe znajdą zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebujemy pomiaru odległości, wykrycia obecności obiektów lub wykrycia specyficznych cech tych obiektów. Czujniki pomiarowe świetnie sprawdzą się w kontroli jakości. Kompaktowa budowa, bardzo proste programowanie, wysoka precyzja i dokładność to główne powody stosowania takich czujników w projektowanych maszynach.

Jeżeli zaciekawił was ten temat, macie więcej pytań, bądź jesteście zainteresowani czujnikami oferowanymi przez Panasonic, serdecznie zapraszam do kontaktu z działem wsparcia technicznego.

 



Utworzono: / Kategoria: , ,

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • Rozwiązania wizyjne nadają się idealnie do zautomatyzowanych zadań kontrolnych i pomiarowych. Kamery wizyjne 2D i 3D firmy SICK sprawdzają się w ogromnej ilości aplikacji, polegających na pomiarze, lokalizacji, kontroli i identyfikacji. Nas...
  • Urządzenia firmy FATEK istnieją na rynku polskim od 2004 roku i stały się alternatywą dla już istniejących rozwiązań i urządzeń. Niezawodność, korzystna cena i możliwości sterowników PLC sprawiły, że zyskały one ogromne zainteresowanie prog...
  • EPSITRON®ECO & COMPACT Power OSZCZĘDNOŚĆ KOSZTÓW Zasilacze EPSITRON® ECO i COMPACT Power to nie tylko oszczędność przy zakupie, ale również niższe koszty dzięki łatwej obsłudze oraz braku konieczności serwisowania. Są one doskonałym roz...
  • ÖLFLEX® CLASSIC 110 – elastyczny przewód sterowniczy do różnych zastosowań, w płaszczu z PVC, aprobata VDE, odporność na oleje, 300/500 V, również do YSLY lub YY CPR: informacje pod adresem www.lapppolska.pl Certyfikat zgodności VDE z...
  • Autor: Paweł Wiącek, Kierownik Produktu Czujniki Przemysłowe, SICK Sp. Z o.o. SLT – Smart Light Tower, czyli inteligentna optyczna kolumna sygnalizacyjna pracująca po IO-Link   SLT zapewnia elastyczność w wizualizacji przebiegu procesó...
  • ITP14 to uniwersalny wyświetlacz procesowy do monitorowania i kontroli procesów przemysłowych. To urządzenie ma zwartą, znormalizowaną konstrukcję i pasuje do standardowego otworu montażowego ⌀22,5 mm na lampy sygnalizacyjne. Zapewnia to sz...