- M18-Cube: Det plassbesparende huset fra ifm
- Teknologi fotoelektriske sensorer
Introduksjon til fotoelektriske sensorer
Alle fotoelektriske sensorer har de samme grunnleggende komponentene:
- Hus ulike former, størrelser og konstruksjonsmaterialer
- Grunnleggende sensorelement varierer avhengig av teknologien, men inkluderer alltid et linsesystem
- Elektronikk -- evaluerer hva sensoren oppdager
- Elektrisk tilkobling gir strøm og signal(er)
For best mulig bruk av fotoelektriske sensorer, er det nyttig å forstå det elektromagnetiske strålingsspekteret. Fotoelektriske sensorer fra ifm opererer i det synlige (primært røde) og infrarøde frekvensområdet.
| Synlig rødt lys | |
|---|---|
| er den beste "all around" lystypen og anbefales for de fleste bruksområder. De fleste ifm-sensorer bruker synlig rødt lys. | |
| Fordel | Ulempe |
|
Lett å se på korte avstander, noe som gjør den nyttig som oppsetthjelp |
Fargeavhengig på lengre avstander |
| Infrarødt lys | |
|---|---|
| Fordeler | Ulempe |
|
Fargeuavhengig over det meste av sanseområdet Godt valg for skitne miljøer - det har evnen til å "brenne gjennom" støv, tåke, damp, osv. |
Usynlig for det menneskelige øyet gjør oppsett vanskeligere |
| Laserlys | |
|---|---|
| Fordeler | Ulemper |
|
Evne til å oppdage små mål på lange avstander Liten lysflekk gir nøyaktige koblingspunkter Skarp rød synlig stråle kan brukes som oppsettshjelp |
Laserlysdioder er generelt dyrere enn standard synlige røde eller infrarøde lysdioder |
Terminologi
Modulert lys lys sendt av senderen pulseres med en frekvens som er unik for hver sensorfamilie. Mottakeren er innstilt for å oppdage lys modulert ved denne frekvensen og ignorere omgivelseslys fra andre kilder.
Skiftende frekvens maksimal hastighet som en sensor vil levere diskrete pulser med når målet går inn og forlater sansefeltet.Det er ganske enkelt hvor raskt sensoren kan slå seg av og på når et mål passerer.
Kontrast forskjellen i farge og lysstyrke mellom to objekter. Hvit er den fargen som er lettest å oppdage og svart er den vanskeligste å oppdage.
Lyspunkt (eller lysflekk) diameteren til det transmitterte lyset i en gitt avstand. Denne dimensjonen vises vanligvis på datablad ved maksimal rekkevidde, og den er en funksjon av senderlinsens blenderåpningsvinkel.
Effektiv stråle området av lysstrålen som må være fullstendig avbrutt for at sensorutgangen skal endre tilstand.Sensorer som skifter når lysstrålen brytes (dvs. gjennom stråle og polariserte retroreflekterende sensorer) har effektive stråler.Sensorer som spretter lys direkte fra målet (dvs. diffuse sensorer) har ikke effektive stråler.
Lysdrift (eller lys-på) utgangen endrer tilstand når mottakeren oppdager lys.
Mørkedrift (eller mørke-på) utgangen endrer tilstand når mottakeren ikke oppdager lys.
Overskuddsforsterkning forholdet mellom lysenergi som faktisk mottas av sensoren og lysenergien som kreves for å endre utgangstilstanden.En forsterkningsverdi på 1 er minimum kreves for å veksle utgang.Alt over denne terskelen regnes som overskuddsforsterkning.Det er nyttig for å fastslå riktig drift av sensoren i forurensede områder.
| Maksimal overskuddsforsterkning kreves | Driftsmiljø |
|---|---|
| 1.5X | Ren luft: Ingen smuss bygges opp på linser eller reflektorer. |
| 5X | Litt skitten. Litt oppbygging av støv, skitt, olje, fuktighet osv. på linser eller reflektorer; linser rengjøres etter en jevnlig tidsplan. |
| 10X | Middels skittent: Åpenbar forurensning av linser eller reflektorer, men ikke skjult; linser rengjøres av og til eller når det er nødvendig. |
| 50X | Veldig skittent: Kraftig forurensning av linser; kraftig tåke, dugg, støv, røyk eller oljefilm, minimal rengjøring av linser |
Gjennomstrålingssensorer
Også kjent som gjennomstråling / gjennomstrålingspar.Sender og mottaker er pakket i separate hus og er montert overfor hverandre.Lys sendes fra senderlinsen og fanges opp av mottakerlinsen.
Utgangen endrer tilstand når et mål avbryter strålen og mottakeren ikke mottar lys.Så lenge målet er stort og solid nok til å bryte den effektive strålen, vil ikke fargen, formen, vinkelen, reflektiviteten og overflatefinishen påvirke applikasjonen.Dette gjør dem mer pålitelige enn diffuse sensorer, som er avhengige av lys som reflekteres fra målet.
| Fordeler | Ulemper |
|
|
Den effektive strålen er jevn i diameter og omtrent lik diameteren til sender- og mottakerlinsene.Så lenge målet er minst like stort som den effektive strålen, vil utgangen veksle når målet bryter strålen.
Utganger for et gjennomstrålingspar:
- Lysdrift-utgangene slås på når målet ikke er til stede.
- Mørkedrift-utgangene slås på når målet er til stede.
Installasjonshensyn
Når du monterer flere gjennomstrålingspar, må du passe på at den utsendte strålen til en sensor ikke forstyrrer andre mottakere.En enkel løsning er å alternere sendere og mottakere som vist.
Et sterkt reflekterende objekt som passerer gjennom en stråle kan reflektere lys på en ikke-relatert mottaker og forårsake et falskt signal.En enkel løsning er å plassere barrierer mellom sensorene for å blokkere eventuelle strørefleksjoner.
Fordi sollys inneholder de samme bølgelengdene av lys som fotoelektriske sendere, kan svært sterkt omgivelseslys ofte lure mottakerne.Dette er ofte sett når fotoelektriske sensorer brukes til garasjeportåpnere og sollys i en viss vinkel kan forstyrre portdriften.Mulige løsninger inkluderer å vinkle sensorene, legge til en barriere eller reversere sender og mottaker.
Polariserte retroreflekterende sensorer
Sender og mottaker er pakket i samme hus og montert overfor en reflektor.Lys sendes fra senderlinsen, spretter fra reflektoren og går tilbake til mottakerlinsen.
Som med gjennomstrålingssensorer, endrer utgangen tilstand når et mål avbryter strålen og ikke lar mottakeren motta lys.Så lenge målet er stort og solid nok til å bryte den effektive strålen, vil ikke fargen, formen, vinkelen, reflektiviteten og overflatefinishen påvirke applikasjonen.Dette gjør dem mer pålitelige enn diffuse sensorer, som er avhengige av lys som reflekteres fra målet.
| Fordeler | Ulemper |
|
|
Den effektive strålen fra polariserte retroreflekterende sensorer er kjegleformet. I nærheten av sensoren er strålen omtrent på størrelse med senderlinsen.I nærheten av reflektoren er den på størrelse med reflektoren.Dette betyr at mindre gjenstander kan oppdages når de er nær sensoren, men ikke nødvendigvis når de er nær mottakeren.
Utganger for en polarisert retroreflekterende sensor:
- Lysdriftsutganger slås på når målet ikke er til stede.
- Mørkedrift-utgangene slås på når målet er til stede.
Prismatiske reflektorer kreves for polariserte retroreflekterende sensorer.Med sin utforming roterer disse reflektorene den innkommende lysstrålen med 90 grader. Sensorene er utstyrt med polariserende filtre over linsen slik at lysbølgene kun er orientert i én retning. Reflektoren roterer lysbølgene for å matche orienteringen til filteret på mottakeren.
Skinnende mål kan returnere lys med høy intensitet til sensoren, men siden lyset ikke er riktig orientert, vil ikke de skinnende målene forårsake et falskt signal.
Diffuse sensorer
Sender og mottaker i en diffus-sensor er plassert i samme hus. Det overførte lyset reflekteres tilbake til sensoren fra målet og mottakeren evaluerer det.Det er viktig å nøye vurdere egenskapene til målet og bakgrunnen bak målet når du velger riktig løsning for en applikasjon.Diffuse sensorer har mye mindre overskuddsforsterkning enn gjennomstrålingspar, men vanligvis mer enn polariserte retrorefleksjonsensorer.
Følsomheten til diffus-sensorer er svært høy.Bare 2 % av den overførte lysenergien som reflekteres fra målet vil få utgangen til å veksle.
| Fordeler | Ulemper |
|
|
Målpåvirkninger:
Større objekter reflekterer mer lys, noe som resulterer i større sanserekkevidde.
Med synlige røde sensorer kan lysere farger oppdages på lengre rekkevidde enn mørkere farger.Målets farge har mye mindre effekt på infrarøde sensorer.Skinnende overflater kan registreres med lengre rekkevidde enn flate eller matte overflater.
Glatte overflater har bedre reflekterende kvalitet enn ru overflater.Et glatt blått plastmål vil for eksempel reflektere mer lys enn et blått fløyelsmål.
Flate mål vinkelrett på sensoren vil reflektere mer lys enn flate mål i en vinkel.Ikke-flate mål har også en tendens til å avlede lyset bort fra sensoren, noe som resulterer i tap av energi og sanserekkevidde.
Bakgrunnsinterferens
En diffus-sensor oppdager alt lys som reflekteres inn i mottakeren, uavhengig av kilden.Lys som reflekteres fra bakgrunnen ser ut som lys fra målet og er spesielt vanskelig når bakgrunnen er mer reflekterende enn målet og når målet og bakgrunnen er veldig nær hverandre.
For å redusere gjenkjenningen av bakgrunnen:
- Endre den ved å male den med en mørk, matt maling.
- Endre vinkelen på sensoren i forhold til bakgrunnen.
- Reduser følsomheten til sensoren for å "justere bort" bakgrunnen.
- Bruk en diffus-sensor med innebygd bakgrunnsdemping.
Bakgrunnsdempende sensorer
Disse sensorene er spesialdesignede diffus-sensorer som eliminerer falsk trigging på bakgrunnen bak målet.Flere teknologier demper bakgrunnsstøy, inkludert: Fast rekkevidde, trianguleringsprinsippet, dioderekke, PMD-time-of-flight
| Fordeler | Ulemper |
|
|
Fast rekkevidde
Posisjonen til sender- og mottakerlinsene er vinklet for å lage en deteksjonssone.Objekter i deteksjonssonen reflekterer lys inn i mottakslinsen og blir registrert.Objekter utenfor deteksjonssonen (enten for nært eller for langt) har ikke riktig geometri for å returnere lys til mottakeren.Denne metoden brukes vanligvis for kort rekkevidde og er ikke justerbar.
Trianguleringsprinsippet
Denne teknologien bruker to mottakselementer for å oppnå bakgrunnsundertrykkelse.Ved hjelp av et potensiometer for justering, er et speil mekanisk plassert for å bestemme punktet der en mottaker oppdager målet og den andre oppdager bakgrunnen.Sensoren justeres deretter halvveis mellom disse to punktene.Sensoren evaluerer vinkelen til det mottatte lyset for å finne ut om lyset kommer fra målet eller bakgrunnen.
Dioderekke
Denne metoden ligner trianguleringsprinsippet, bortsett fra at mottakerne er en 63-dioderekke.De ekstra mottakerne tillater presis bakgrunnsdemping (dvs. målet og bakgrunnen kan være veldig nærme).Dioderekke-sensorer er utstyrt med en mikroprosessor og programmert elektronisk via trykknapper.
PMD time-of-flight
PMD (Photonic Mixer Device) bestemmer avstanden mellom sensoren og objektet (og sensoren og bakgrunnen) ved å måle tiden det tar for lyset å bevege seg fra sensoren til målet og tilbake igjen.
En laserdiode genererer en modulert laserstråle.Lyset som reflekteres av målet rettes mot en fotosensitiv brikke (PMD Smart Pixel) via en linse.Mikrobrikken sammenligner deretter de innkommende lysbølgene og trekker konklusjoner om avstanden til målet.
Lysbølger forplanter seg fra laserlyskilden. Når lyset spretter fra målet, skifter fasemønsteret og skiftet er direkte proporsjonalt med avstanden.
Denne proprietære teknologien gir:
- Robust deteksjon av små reflekterende mål
- Rask installasjon på grunn av farge- og vinkeluavhengighet
- Målt avstandsinformasjon via IO-Link
ifms ODG, O1D, O5D og OID laseravstandssensorer bruker alle denne teknologien.