Czynniki wpływające na pracę czujników optycznych

Pierwszym i najbardziej powszechnym wyzwaniem jest temperatura. Standardowe czujniki optyczne działają w zakresie od minus dwudziestu pięciu do siedemdziesięciu stopni Celsjusza, co wystarcza w przypadku większości hal produkcyjnych, magazynów i linii montażowych. Problem pojawia się w chłodniach, w których temperatura spada poniżej minus dwudziestu stopni oraz w pobliżu pieców, linii lakierniczych i procesów spawalniczych, w których temperatura otoczenia regularnie przekracza osiemdziesiąt stopni. W takich warunkach należy stosować modele specjalne o rozszerzonym zakresie temperaturowym lub dodatkowe osłony termiczne izolujące sensor od źródła ciepła.

Kolejnym problemem są wilgoć i kondensacja występujące zwłaszcza w przemyśle spożywczym, w którym linie produkcyjne są regularnie myte przy użyciu myjek wysokociśnieniowych i gorącej pary. Czujniki montowane w takich miejscach muszą posiadać stopień ochrony co najmniej IP67, a w przypadku mycia CIP – IP69K zapewniający szczelność przy temperaturze do osiemdziesięciu stopni Celsjusza i ciśnieniu stu barów. Ważny jest tu także materiał obudowy, np. odporna na korozję i dopuszczona do kontaktu z żywnością stal nierdzewna.

Detekcję optyczną utrudniają też zapylenie i aerozole. Kurz osiadający na soczewce nadajnika lub odbiornika przerywa wiązkę, powodując fałszywe zadziałania lub brak reakcji czujnika na obiekt. W przemyśle cementowym, drzewnym oraz przy produkcji proszków spożywczych problem ten jest na tyle poważny, że czujniki optyczne wymagają częstego czyszczenia lub automatycznych systemów przedmuchiwania sprężonym powietrzem. Alternatywnym rozwiązaniem są wówczas czujniki ultradźwiękowe, które dzięki wykorzystaniu fal dźwiękowych są mniej wrażliwe na pyły zawieszone w powietrzu.

Typowe dla pras, młotów oraz linii pracujących z dużymi prędkościami wibracje i wstrząsy mechaniczne mogą rozstrajać optykę czujników i powodować niestabilność pomiaru. Stosuje się wówczas czujniki przeznaczone do trudnych warunków, które przechodzą testy odporności na wibracje zgodnie z normą IEC 60068-2-6 symulujące obciążenia rzędu pięciu do dziesięciu g.

W przemyśle chemicznym, galwanizacji i farmacji mogą pojawiać się agresywne środki chemiczne, takie jak kwasy, zasady, rozpuszczalniki i oleje, które potrafią uszkodzić standardowe obudowy z tworzyw sztucznych. W takich zastosowaniach konieczne są modele z obudową z metalu i uszczelnieniami odpornymi na substancje chemiczne.

Detekcja może zostać także zakłócona przez zewnętrzne źródło światła, np. intensywne nasłonecznienie lub światło spawalnicze. Należy wówczas wybrać czujniki korzystające ze światła podczerwonego, czerwonego lub niebieskiego światła LED, z filtrami, polaryzacją lub modulacją częstotliwości, eliminującymi wpływ światła zewnętrznego.

Jak dobrać czujnik, np. czujnik refleksyjny, odpowiednio do warunków?

Podstawą jest oczywiście uczciwa analiza środowiska przeprowadzona przed wyborem czujnika.

Począwszy od stopnia ochrony IP:

• IP65 wystarcza w przypadku suchych hal z niewielkim zapyleniem,
• IP67 to minimum dla wilgotnych miejsc pełnych kurzu,
• IP69K jest niezbędnych w strefach, w których występuje mycie/płukanie oraz produkcji spożywczej z częstym czyszczeniem.

Należy także dobrać materiał obudowy odpowiednio do agresywności środowiska.

• Stal nierdzewna w przemyśle chemicznym, spożywczym i farmaceutycznym,
• Tworzywa sztuczne w suchych miejscach, w zastosowaniach logistycznych i przemyśle samochodowym, w którym co prawda występują oleje i wibracje, ale nie ma kontaktu z kwasami.

Bardzo ważny jest także zakres temperatur pracy: zakres podawany w katalogu musi odpowiadać rzeczywistym warunkom pracy. Jeśli na hali temperatura dochodzi do pięćdziesięciu stopni latem, a w nocy spada do zera, czujnik musi to wytrzymać bez pogorszenia parametrów. Na szczęście producenci oferują modele dostosowane do ekstremalnych warunków (warto jednak sprawdzić, czy dołączone certyfikaty potwierdzają ich obietnice).

Warto wziąć także pod uwagę funkcje kompensacyjne, takie jak autokalibracja teach-in i automatyczne ustawianie czułości, które pozwalają czujnikowi dostosować się w zależności od zmieniającego się tła, na przykład zabrudzenia soczewki, zmian koloru obiektu lub zmian oświetlenia zewnętrznego. Są one szczególnie istotne w liniach, w przypadku których wymiana czujnika wiąże się z przestojem całej produkcji.

Typowe błędy przy montażu czujników optycznych

Najczęstszym błędem jest stosowanie czujnika o wysokim stopniu ochrony z kablem o niższej klasie IP, np. w przypadku czujnika IP68 z przewodem IP20 wilgoć może wniknąć do czujnika przez złącze. Z tego względu należy zwrócić uwagę, by przewód zasilania i złącze miały taką samą klasę ochrony.

Kolejnym błędem jest montaż czujnika zbyt blisko źródła ciepła, np. maszyn, pieca, lampy halogenowej, silnika, które powodują przegrzewanie i skracają żywotność czujnika. Jeśli nie można zainstalować czujnika w innym miejscu, należy zastosować osłonę termiczną lub model o rozszerzonym zakresie temperatur.

Ważne jest także regularne czyszczenie czujników pracujących w zapylonych obszarach. Pył i lepkie aerozole osiadają na soczewce, obniżając zasięg i czułość czujnika. Oprócz regularnych przeglądów w takich miejscach można zastosować systemy przedmuchowe.

Problemem bywa też niewłaściwy typ wyjścia, np. pomylenie PNP z NPN lub NO z NC w wyniku czego, sygnał czujnika nie jest w stanie komunikować się ze sterownikiem. Dlatego przed montażem należy koniecznie sprawdzić kompatybilność czujnika z układem sterowania.

Najczęściej zadawane pytania

Jak działa czujnik optyczny?

Czujnik optyczny (np. czujnik optyczny laserowy) emituje wiązkę światła lasera, która odbija się od obiektu lub przechodzi do odbiornika. Zmiana natężenia lub przerwanie wiązki powoduje zmianę stanu wyjścia cyfrowego lub analogowego czujnika i sygnalizuje obecność obiektu w strefie detekcji.

Jaki jest przykład czujnika optycznego?

Przykładem czujnika optycznego jest optyczny czujnik barierowy, w którym nadajnik i odbiornik znajdują się w oddzielnych obudowach, są montowane naprzeciwko siebie np. przy linii produkcyjnej. Taka bariera optyczna może wykrywać różne produkty, nawet z odległości 20 m.

Innym przykładem może być czujnik optyczny odbiciowy montowany nad przenośnikiem i wykrywający odbicie światła od powierzchni detalu na odległość do metra.

Jakie są cztery rodzaje czujników optycznych?

Cztery podstawowe typy to:

• czujniki optyczne odbiciowe (barierowe) z osobnym nadajnikiem i odbiornikiem, oferujące dużą strefę działania,
• czujniki refleksyjne z odbłyśnikiem o średnim zakresie detekcji,
• czujniki odbiciowe bez dodatkowych elementów o małym zakresie detekcji,
• czujniki retrorefleksyjne z taśmą odbijającą łączące zalety czujników barierowych i odbiciowych.