Precyzja nie jest celem samym w sobie: czasami wystarczy zwykły czujnik optyczny

Laserowe czujniki optyczne mogą być droższe od standardowych modeli wykorzystujących światło LED. Dlatego nie warto stosować ich wszędzie „na zapas”, ponieważ o sensowności zakupu powinno decydować przede wszystkim to, czy ich właściwości i cechy są w stanie rozwiązać konkretny problem.

W automatyce przemysłowej czujnik ma dostarczyć sterownikowi wiarygodną informację we właściwym czasie. Jeżeli jego zadaniem jest wykrywanie obecności obiektów, takich jak np. duże opakowania poruszające się na stabilnie pracującym przenośniku, plamka świetlna o bardzo niewielkich rozmiarach prawdopodobnie nie przyniesie żadnej dodatkowej korzyści. W takich sytuacjach wystarczy standardowy czujnik optyczny, który wykona zadanie równie skutecznie, a przy tym będzie znacznie tańszy.

Sytuacja zmienia się, gdy obiekt jest mały, porusza się szybko albo znajduje się blisko innych elementów. Szeroka wiązka może wówczas obejmować detal i fragment tła, przez co sygnał będzie niejednoznaczny. Skupiona wiązka lasera pozwala wówczas skierować światło na wybrany punkt i ograniczyć wpływ otoczenia.

Precyzja ma wartość dopiero wtedy, gdy poprawia parametry procesu. Jeżeli wyższa wiarygodność wykrywania cienkiego elementu albo krawędzi pozwoli zapobiec zatrzymaniu maszyny, błędnemu cięciu lub nieprawidłowemu etykietowaniu, to w takich wypadkach uzasadniony staje się wybór czujnika o wyższej cenie.

Warto jednak pamiętać, że nawet bardzo dobry laserowy czujnik optyczny nie skompensuje drgającego uchwytu, niestabilnego prowadzenia produktu ani zabrudzonej optyki. Dlatego przed zakupem droższego modelu warto sprawdzić, czy problem rzeczywiście wynika ze zbyt małej precyzji detekcji, a nie z problemów z mechaniką stanowiska.

Patrz też: Jak zaprojektować system detekcji na linii produkcyjnej krok po kroku

Za co właściwie dopłacamy kupując laserowy czujnik?

Najbardziej charakterystyczną cechą czujników laserowych jest niewielka, dobrze widoczna plamka. Można ją ustawić na interesującym fragmencie produktu, co ułatwia montaż i kalibrację, gdy zadaniem czujnika jest "obserwacja" krawędzi, otworu, znacznika lub bardzo małych elementów.

Skupiona wiązka ma również niewielką rozbieżność. Pozwala to zachować mały obszar detekcji także wtedy, gdy ze względów konstrukcyjnych linii produkcyjnej nie da się zamontować czujnika bezpośrednio przy produkcie.

W praktyce wybór droższego pomiaru laserowego ma sens, gdy niezbędne jest:

• wykrywanie niewielkich części, przewodów i cienkich krawędzi,
• precyzyjny wybór miejsca detekcji,
• możliwość poprowadzenia wiązki lasera przez otwór lub wąską szczelinę,
• rozróżnianie przemieszczających się produktów znajdujących się w niewielkich odległościach,
• stabilna kontrola położenia detalu względem narzędzia,
• niewielka plamka przy większej odległości montażowej.

Określenie „czujnik laserowy” jest jednak bardzo ogólne. Część urządzeń wykrywa obecność i przekazuje sygnał dwustanowy. Inne mierzą odległość, wysokość lub przemieszczenie i udostępniają wartość pomiarową. Laserowe źródło światła nie oznacza więc, że każdy model nadaje się do każdego zastosowania.

O jego przydatności decydują również rozmiar plamki w odległości wykrywania, minimalna wielkość wykrywanego obiektu, powtarzalność, czas reakcji, częstotliwość przełączania oraz sposób tłumienia tła.

Kiedy wyższy koszt zaczyna się zwracać?

Dobrym przykładem sensownego użycia czujnika laserowego jest kontrola obecności niewielkich detali na linii montażowej. Jeśli zwykły czujnik reaguje również na taśmę przenośnika, będzie generować fałszywe alarmy albo przepuszczać niekompletne produkty. W takiej sytuacji węższa wiązka pozwoli skuteczniej odróżnić obiekt od tła, a droższy czujnik będzie oznaczać niższe koszty ogólne niż powtarzające się zatrzymania lub braki.

Podobna sytuacja występuje przy pozycjonowaniu. Przed cięciem, etykietowaniem lub pobraniem produktu przez robota niezbędne jest potwierdzenie położenia jego krawędzi. Przy niewielkiej tolerancji laser pomaga wówczas zawęzić obserwowany obszar i uzyskać bardziej powtarzalny sygnał.

W szybko pracujących maszynach pakujących niewielkie produkty mogą przesuwać jeden za drugim, praktycznie bez odstępu. Czujnik powinien dostrzec każdy z nich i rozdzielić kolejne impulsy, a niewielkie rozmiary plamki iść w parze z krótkim czasem reakcji. Nie wystarczy więc nawet najbardziej precyzyjna optyka, jeśli system sterowania będzie zbyt wolny.

Czujnik laserowy może być również racjonalnym rozwiązaniem w przypadku maszyn, w których obiekt można obserwować wyłącznie przez wąską szczelinę pomiędzy podzespołami. Skupiona wiązka czujnika laserowego może wtedy pozwolić uniknąć kosztownej przebudowy całego stanowiska.

Jednak nie każda wymagająca aplikacja potrzebuje lasera. Błyszczące, ciemne lub przezroczyste powierzchnie mogą utrudniać detekcję, podobnie jak zapylenie, para i zabrudzenie soczewki, w przypadku których czujniki laserowe mogą nie działać poprawnie. Lepszym wyborem może być wtedy czujnik LED, czujnik ultradźwiękowy, czujnik światłowodowy lub inna konfiguracja układu optycznego.

Biorąc powyższe pod uwagę, przed zakupem warto ustalić:

• jaki będzie najmniejszy wykrywany detal lub przesunięcie,
• jak duża będzie plamka w miejscu pracy oraz
• ile kosztuje pojedynczy błąd.

I pamiętać, że jeżeli standardowy czujnik działa stabilnie i z odpowiednim zapasem, dopłata nie przyniesie mierzalnej korzyści. Jeśli jednak proces pracuje na granicy tolerancji, nawet niewielka poprawa powtarzalności może szybko zrekompensować wyższą cenę czujnika laserowego.

Najczęściej zadawane pytania

Jak działają czujniki laserowe?

Czujnik emituje skupioną wiązkę światła w kierunku obiektu, odbłyśnika lub osobnego odbiornika. Układ optyczny analizuje światło, które wraca do urządzenia lub dociera do odbiornika, a elektronika przekształca tę informację w sygnał wyjściowy.

W zależności od konstrukcji czujnik laserowy może wykrywać przerwanie wiązki, zmianę ilości odbitego światła albo mierzyć odległość do powierzchni. W rozwiązaniach pomiarowych stosuje się między innymi triangulację oraz pomiar czasu przelotu światła.

Jakie czujniki są stosowane w automatyce?

W automatyce przemysłowej wykorzystuje się między innymi czujniki indukcyjne, pojemnościowe, magnetyczne, optyczne, ultradźwiękowe, temperatury, ciśnienia, przepływu i położenia. Osobną grupę stanowią enkodery, czujniki wizyjne oraz urządzenia przeznaczone do pomiaru odległości.

Dobór technologii zależy od materiału obiektu, rodzaju wymaganej informacji, zasięgu, szybkości procesu oraz warunków panujących w miejscu instalacji.

Jakie są zastosowania czujnika laserowego?

Czujniki laserowe wykorzystuje się do wykrywania małych elementów, kontroli obecności i położenia detali, rozpoznawania krawędzi, zliczania szybko przemieszczających się produktów oraz detekcji w trudno dostępnych miejscach. Modele pomiarowe służą również do kontroli odległości, wysokości, grubości, średnicy, ugięcia lub przemieszczenia.

Spotyka się je między innymi systemach automatyki przemysłowej w maszynach pakujących, liniach montażowych, robotyce, wewnątrzzakładowych procesach logistycznych, systemach kontroli jakości, ale także w diagnostyce medycznej, systemach bezpieczeństwa i w geodezji.