Dlaczego niezawodna detekcja obiektów przezroczystych jest tak trudna?

W przypadku materiałów transparentnych problemem nie jest brak obiektu, ale to co dzieje się z wiązką sygnału w momencie dotarcia do detalu.

Metoda działania klasycznych czujników fotoelektrycznych opiera się na przerwaniu lub odbiciu wiązki światła, a przezroczyste materiały w większości ją przepuszczają. Z tego powodu różnica sygnału, która wskazywałaby na obecność lub brak detalu, bywa minimalna. Nieprzydatne są też czujniki indukcyjne, które reagują wyłącznie na metale, a czujniki pojemnościowe (choć teoretycznie potrafią wykryć szkło i tworzywa), mają problem z lekkimi, cienkimi przedmiotami, w przypadku których zmiana pojemności jest ledwo wykrywalna.

Dodatkowym utrudnieniem są warunki pracy. Połyskliwe powierzchnie, zmienne tło, zabrudzenia, wilgoć i różna grubość materiałów sprawiają, że detekcja przezroczystych obiektów staje się zadaniem bardziej wymagającym niż w przypadku standardowych zastosowań.

To właśnie te problemy sprawiły, że producenci czujników zaczęli projektować rozwiązania dedykowane detekcji opakowań PET, szkła oraz folii w systemach automatyki przemysłowej.

Jakie rozwiązania umożliwiają niezawodne wykrywanie szkła, folii i butelek PET na liniach produkcyjnych?

Do precyzyjnego wykrywania przezroczystych obiektów stosuje się czujniki z eliminacją wpływu tła. Tego typu rozwiązania mają nadajnik i odbiornik w jednej obudowie, a ich konstrukcja pozwala ograniczyć wpływ tła odbijającego światło, co poprawia stabilność pracy czujnika w trudniejszych warunkach. Co ważne, producenci wskazują wprost, że takie rozwiązania skutecznie wykrywają także obiekty przezroczyste oraz mocno błyszczące, dlatego dobrze sprawdzają się tam, gdzie standardowa detekcja optyczna okazuje się mało przydatna.

W bardziej wymagających aplikacjach stosuje się również specjalne czujniki refleksyjne do obiektów transparentnych, wyposażone w rozwiązania ograniczające błędne odczyty oraz poprawiające stabilność pracy, takie jak: światło czerwone, filtry polaryzacyjne, funkcje teach-in, dynamiczna regulacja progu przełączania, autokolimacja czy PinPoint LED.

Dobrym rozwiązaniem są również czujniki zbieżne działające w ściśle określonym obszarze detekcji. Z powodzeniem sprawdzają się na taśmach transportowych przy wykrywaniu przezroczystych, ale też cienkich, matowych i ciemnych elementów.

Z kolei do wykrywania przezroczystych, bardzo małych i zaokrąglonych obiektów z niewielkiej odległości świetnie nadają się czujniki rozbieżne, które charakteryzują się szerokim kątem emitowanej i odbieranej wiązki światła. Mogą być stosowane tam, gdzie standardowa plamka świetlna okazuje się zbyt wąska albo obiekt ma nieregularny kształt.

Są jeszcze czujniki ultradźwiękowe, których metoda detekcji nie opiera się na analizie wiązki światła, ale działaniu fali ultradźwiękowej. Dlatego dobrze sprawdzają się przy obiektach przezroczystych oraz refleksyjnych i są dobrym rozwiązaniem w trudnych warunkach optycznych, na przykład przy zabrudzeniach, wilgoci albo silnych odbiciach.

Warto pamiętać, że jeżeli na linii pojawiają się butelki, pojemniki lub cienkie opakowania z tworzyw, duże znaczenie ma powtarzalność odczytu. W praktyce oznacza to, że czujnik do przezroczystych obiektów powinien być dobierany nie tylko według rodzaju materiału, ale też odpowiednio do geometrii i odległości produktu oraz warunków panujących na linii.

Czytaj też: Detekcja obiektów na liniach pakujących: jakie czujniki sprawdzają się najlepiej

Dlaczego warto połączyć systemy detekcji i czujniki kontrastu?

W zastosowaniach pakujących wykrycie samej obecności obiektu to często dopiero początek. Liczy się też położenie etykiety, znacznik cięcia, poprawność nadruku oraz synchronizacja ruchu opakowania z kolejnym etapem procesu.

Dobrze zaprojektowane systemy detekcji i kontroli jakości pozwalają połączyć wykrywanie obiektu, kontrolę jego położenia oraz stabilność sygnału w zmiennych warunkach pracy. Dlatego obok klasycznych czujników do szkła lub folii coraz częściej wykorzystuje się, na przykład, czujniki kontrastu, które uzupełniają system, zwłaszcza tam, gdzie potrzebna jest precyzja pracy z opakowaniami i oznaczeniami.

Czytaj też: Detekcja kolorów i znaczników w produkcji: gdzie wykorzystuje się czujniki kontrastu

Czujniki optyczne SICK w detekcji przezroczystych materiałów

Jeśli w grę wchodzą trudne optycznie detale, warto zwrócić uwagę na produkty SICK zaprojektowane z myślą o wykrywaniu przezroczystych opakowań z tworzyw, butelek szklanych i PET, ampułek, strzykawek, pipet oraz folii wykorzystywanych w procesach pakowania i transportu np. w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

Na przykład modele z serii W12G są opisywane jako rozwiązania do skutecznej detekcji butelek PET i przezroczystej folii, a technologia PinPoint LED ma zapewniać małą, jasną i precyzyjną plamkę świetlną ułatwiającą ustawienie sensora i poprawiającą jakość detekcji. Z kolei seria WL9G, z funkcją ciągłej regulacji progu przełączania, charakteryzuje się bardzo wysoką skutecznością i stabilnością przy wykrywaniu przezroczystych.

Warto też wspomnieć o czujnikach generujących światło niebieskie, płycej wnikające w powierzchnię materiału, dzięki czemu większa jego część wraca do odbiornika. W praktyce oznacza to często wcześniejsze wykrycie obiektu, dłuższe utrzymanie sygnału i lepszą stabilność przy detekcji detali ustawionych pod kątem, cienkich folii oraz mocno transparentnych opakowań, w przypadku których standardowe czerwone światło może gubić obiekt albo generować kilka impulsów zamiast jednego.

Najczęściej zadawane pytania

Do czego służy czujnik fotoelektryczny?

Czujniki fotoelektryczne służą do bezkontaktowego wykrywania obecności, położenia lub ruchu obiektu za pomocą wiązki światła. W automatyce przemysłowej wykorzystuje się je między innymi do monitorowania elementów na liniach transportowych, kontroli obecności detalu i przekazywania sygnału do sterownika.

Jakie są rodzaje czujników fotoelektrycznych?

Do najczęściej spotykanych czujników fotoelektrycznych należą bariery optyczne, czujniki odbiciowe oraz czujniki refleksyjne. W praktyce stosuje się także wersje specjalne, na przykład z eliminacją wpływu tła, a dobór rozwiązania zależy od materiału, odległości i warunków pracy.

• Bariery optyczne pracują z osobnym nadajnikiem i odbiornikiem ustawionymi naprzeciw siebie, dzięki czemu dobrze sprawdzają się przy większych odległościach detekcji, w zapylonym środowisku i tam, gdzie trzeba pewnie wykrywać przerwanie wiązki światła.
• Czujniki odbiciowe mają nadajnik i odbiornik w jednej obudowie, analizują światło odbite od powierzchni obiektu i są stosowane, gdy liczy się szybka reakcja oraz prosty montaż.
• Czujniki refleksyjne również mają nadajnik i odbiornik w jednej obudowie, ale do pracy wymagają dodatkowego odbłyśnika, od którego wiązka odbita wraca do czujnika.

W praktyce stosuje się też wersje specjalne, na przykład czujniki z eliminacją wpływu tła, które są odmianą czujników odbiciowych, ale pozwalają stabilnie wykrywać obiekty nawet wtedy, gdy tło silnie odbija światło albo ma niestandardowe właściwości optyczne.

W bardziej wymagających zastosowaniach spotyka się również czujniki tłumienia przedpola, czujniki światłowodowe, zbieżne i rozbieżne. Ostatecznie dobór rozwiązania zależy nie tylko od samego typu czujnika, ale też od materiału detalu, wymaganej dokładności, warunków środowiskowych i sposobu montażu na linii produkcyjnej.

Co to jest detektor optyczny i do czego służy?

Detektor optyczny to urządzenie, które analizuje światło odbite, przerwane albo zmienione przez obiekt i na tej podstawie generuje sygnał elektryczny.

Służy do wykrywania obecności, położenia, znaczników lub różnic na powierzchni detalu i jest stosowany zarówno w prostych układach detekcji, jak i w bardziej wymagających systemach kontroli procesu produkcji.