Przy doborze czujnika znaczenie może mieć nawet kilka milimetrów wolnego miejsca przy taśmociągu lub wewnątrz maszyny. Innym razem problemem okazuje się skuteczna detekcja cienkiego przewodu lub szybko przesuwającego się detalu. I właśnie w sytuacjach, w których standardowe czujniki okazują się zbyt duże lub niewystarczająco precyzyjne, wykorzystywane są czujniki światłowodowe.
Co warto wiedzieć o czujnikach światłowodowych?
Typowy układ detekcji czujnika światłowodowego składa się ze wzmacniacza oraz podłączonego do niego światłowodu zakończonego odpowiednią głowicą. We wzmacniaczu znajdują się źródło światła, odbiornik oraz elektronika przetwarzająca sygnał, a światłowód doprowadza wiązkę do głowicy zainstalowanej w miejscu detekcji. Właśnie takie rozdzielenie funkcji daje możliwości, których nie oferują standardowe czujniki zamknięte w jednej obudowie.
Dlaczego warto wybrać czujnik światłowodowy?
1. Możliwość pracy w bardzo ograniczonej przestrzeni
Niewielka głowica światłowodowa może zostać zamontowana tam, gdzie nie zmieściłby się klasyczny czujnik wraz z elektroniką. Dotyczy to np. wnętrza chwytaków, prowadnic, podajników i narzędzi montażowych. Do strefy detekcji doprowadza się wówczas tylko końcówkę światłowodu, a wzmacniacz można umieścić w bardziej dogodnym miejscu.
Poza tym dostępność różnych rozwiązań, takich jak światłowody z końcówkami gwintowanymi, tulejami o małej średnicy, w wykonaniu ze stali nierdzewnej oraz optyką ustawianą pod kątem, ułatwia skierowanie wiązki dokładnie tam, gdzie ma pojawić się kontrolowany detal.
2. Precyzyjne wykrywanie małych i szybko przemieszczających się obiektów
Standardowe czujniki mogą mieć problemy z detekcją cienkiego drutu, pinów złącza, małego elementu elektronicznego lub detalu opuszczającego podajnik. Czujniki światłowodowe pozwalają uzyskać małą, precyzyjnie skierowaną plamkę świetlną, dzięki której mogą wykrywać obiekty o bardzo niewielkich wymiarach, ich krawędzie oraz zmiany położenia.
W takich zastosowaniach liczy się również szybka reakcja wzmacniacza. Krótki czas odpowiedzi umożliwia rejestrowanie krótkich impulsów generowanych przez poruszające się obiekty, co jest istotne na szybkich liniach pakujących i montażowych oraz podczas zliczania produktów.
Przy doborze czujnika światłowodowego warto sprawdzić przede wszystkim:
- minimalny rozmiar wykrywanego obiektu,
- średnicę i kształt wiązki,
- częstotliwość przełączania lub czas odpowiedzi,
- wymagany zasięg i zapas sygnału,
- prędkość oraz tor ruchu detalu.
3. Odseparowanie elektroniki od miejsca detekcji
W czujniku światłowodowym wrażliwa elektronika nie musi znajdować się bezpośrednio przy monitorowanym obiekcie. W strefie detekcji można zainstalować pasywną końcówkę światłowodu, a wzmacniacz zamontować poza obszarem o podwyższonej temperaturze, ograniczonej przestrzeni lub silnych zakłóceniach elektromagnetycznych.
Takie rozwiązanie sprawdza się między innymi w miejscach o podwyższonej temperaturze, ograniczonej przestrzeni lub tam, gdzie sama elektronika czujnika powinna znajdować się dalej od punktu detekcji. Warto jednak pamiętać, że nie każdy światłowód jest odporny na trudne warunki otoczenia, w tym temperaturę pracy, wibracje, czy wilgoć i charakteryzuje się wystarczającą odpornością chemiczną oraz odpowiednim promieniem gięcia. Dlatego parametry te należy sprawdzić w dokumentacji konkretnego modelu, pamiętając też o sprawdzeniu maksymalnej dopuszczalnej długości światłowodu.
4. Wykrywanie obiektów trudnych dla standardowych czujników
Problemy z detekcją pojawiają się nie tylko przy niewielkich obiektach. W takich zastosowaniach pomocny może być odpowiednio dobrany układ światłowodowy, np. z głowicą przeznaczoną do detekcji obiektów przezroczystych, małych lub o określonych właściwościach powierzchni. Skuteczność zależy jednak od rodzaju głowicy, sposobu prowadzenia wiązki i ustawień wzmacniacza.
Czytaj też: Jak wykrywać przezroczyste obiekty na linii produkcyjnej?
5. Duża swoboda montażu i dopasowania układu optycznego
Dużą zaletą czujników światłowodowych jest możliwość dobrania rozwiązania do geometrii maszyny i zastosowania, co ułatwia dopasowanie czujnika do istniejącej konstrukcji maszyny.
W systemach automatyki przemysłowej stosowane są układy barierowe, w których obiekt przerywa wiązkę pomiędzy dwiema końcówkami oraz układy odbiciowe, wykorzystujące światło powracające od powierzchni detalu.
Do wyboru są głowice proste i kątowe, światłowody odporne na częste zginanie, wersje mogące pracować w podwyższonej temperaturze oraz modele z optyką pozwalającą odpowiednio ukształtować i ukierunkować wiązkę, na przykład przez użycie soczewek. Pozwala to dobrać kierunek emisji, rozmiar wiązki i sposób mocowania czujnika. Warto jednak pamiętać o konieczności zachowania minimalnego promienia gięcia, ponieważ zbyt mocne zgięcie światłowodu może osłabić sygnał lub uszkodzić włókno.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze czujnika światłowodowego?
Przy wyborze czujnika światłowodowego warto uwzględnić nie tylko samą głowicę, ale też możliwości wzmacniacza. W zależności od modelu dostępne są funkcje takie jak ustawienie progu detekcji, teach-in, wybór czasu odpowiedzi czy podgląd poziomu sygnału. Pozwala to lepiej dopasować układ do konkretnej aplikacji i łatwiej ocenić stabilność detekcji.
Ostatecznie dobór powinien uwzględniać wielkość i właściwości obiektu, warunki pracy, sposób montażu, wymagany zasięg oraz parametry światłowodu i wzmacniacza.
Najczęściej zadawane pytania
Jakie jest zastosowanie czujnika światłowodowego?
Czujnik światłowodowy służy do bezkontaktowego wykrywania obecności, położenia lub ruchu obiektów. Sprawdza się szczególnie tam, gdzie miejsca na montaż jest niewiele, wykrywany detal jest mały lub szybko się porusza albo elektronika czujnika powinna znajdować się poza strefą detekcji. Czujniki światłowodowe stosuje się między innymi w maszynach pakujących, podajnikach, urządzeniach montażowych i systemach kontroli jakości.
Jakie są cztery główne typy czujników?
Czujnik światłowodowy warto rozważyć, gdy standardowy czujnik jest zbyt duży, nie zapewnia odpowiedniej precyzji lub nie może być zamontowany bezpośrednio przy miejscu detekcji. Rozwiązanie to jest przydatne między innymi przy wykrywaniu niewielkich i szybko poruszających się elementów oraz w aplikacjach wymagających elastycznego prowadzenia wiązki światła. Dobór konkretnego modelu powinien uwzględniać właściwości obiektu, warunki pracy, wymagany zasięg i parametry wzmacniacza.
Jakie są rodzaje czujników światłowodowych?
W przemysłowej detekcji obiektów najczęściej stosuje się czujniki światłowodowe działające w układzie barierowym lub odbiciowym. W układzie barierowym nadajnik i odbiornik znajdują się naprzeciw siebie, a obiekt jest wykrywany po przerwaniu wiązki. W układzie odbiciowym światło jest kierowane na obiekt, a czujnik analizuje sygnał powracający po odbiciu od jego powierzchni.
Czujniki światłowodowe różnią się również konstrukcją głowicy, materiałem włókna i przeznaczeniem. Dostępne są między innymi wykonania odporne na podwyższoną temperaturę i częste zginanie oraz modele przeznaczone do wykrywania bardzo małych obiektów.
