Какие четыре типа фотоэлектрических датчиков существуют?

Вы когда-нибудь задумывались, как промышленные роботы «видят» проносящиеся мимо товары или как автоматическая дверь узнаёт о вашем приближении? Скорее всего, фотоэлектрические датчики, часто называемые «фотоглазами», — незаметные герои, благодаря которым это происходит. Эти умные устройства используют лучи света для обнаружения объектов без физического контакта, составляя основу современной автоматизации. Но знаете ли вы, что существует четыре основных типа датчиков, каждый из которых обладает своей уникальной способностью? Давайте разберём их подробнее, чтобы вы могли понять, какие технологии формируют наш автоматизированный мир.

Квартет Core: четыре способа, которыми свет определяет ваш мир

Хотя существуют специализированные варианты, отраслевые эксперты неизменно выделяют четыре основополагающие технологии фотоэлектрических датчиков. Выбор подходящей технологии во многом зависит от конкретных потребностей вашей области применения: расстояния, типа объекта, условий окружающей среды и требуемой точности.

1. Датчики сквозного луча: чемпионы дальнего действия

• Как они работают: Представьте себе маяк и наблюдательный пункт. Эти датчики имеютотдельные подразделения: излучатель, испускающий луч света (часто инфракрасный или красный светодиод), и приёмник, расположенный прямо напротив. Обнаружение происходит, когда объект физическиперерывыэтот луч.
• Основные преимущества: они обладают самой большой дальностью обнаружения (легко до 20 метров и более) и обеспечивают превосходную надёжность и стабильность. Поскольку приёмник напрямую воспринимает свет излучателя, на них практически не влияют цвет, форма или качество поверхности объекта (блестящая, матовая, прозрачная).
• Недостатки: Установка требует точного совмещения двух отдельных модулей и прокладки проводов для каждого из них, что может быть более сложным и дорогостоящим. Кроме того, они уязвимы, если на одной из линз скапливается грязь.
• Где вы их видите: Идеально подходят для дальнего обнаружения на конвейерах, для защиты крупногабаритного оборудования, для проверки оборванных проводов или нитей, а также для подсчёта объектов, проходящих через ворота. Что за защитный брус гаражных ворот, который не даёт им закрыться на ваш автомобиль? Классический сквозной луч.

2. Световозвращающие (отражающие) датчики: альтернатива одноблочным датчикам

• Как они работают: здесь излучатель и приемник размещены вта же единицаДатчик направляет свет на специальный отражатель (например, высококачественный велосипедный), установленный напротив. Отражатель отражает световой луч обратно в приёмник. Обнаружение происходит, когда объект прерывает этот отражённый луч.
• Основные преимущества: Гораздо проще установка и подключение, чем у датчиков сквозного луча, поскольку это всего один блок с одной стороны (плюс пассивный отражатель). Обеспечивает хорошую дальность обнаружения, часто больше, чем у датчиков рассеянного света. Некоторые специализированные версии отлично подходят для обнаружения прозрачных объектов (например, стеклянных или пластиковых бутылок) благодаря использованию поляризационных светофильтров, которые позволяют игнорировать паразитные отражения.
• Недостатки: Для надёжной работы необходимо поддерживать отражатель в чистоте. На эффективность работы могут влиять объекты с высокой отражающей способностью, которые могут отражать свет. Дальность обнаружения, как правило, меньше, чем у датчиков с пересечением луча.
• Где вы их видите: Широко используются на упаковочных линиях, при погрузочно-разгрузочных работах, для обнаружения транспортных средств или людей в точках доступа, а также для проверки наличия прозрачных контейнеров на производственных линиях.

3. Диффузионные датчики (датчики приближения): компактные рабочие лошадки

• Как они работают: Излучатель и Приемник снова находятся вта же единицаВместо использования отражателя датчик использует сам целевой объект для отражения света обратно в приёмник. Датчик обнаруживает объект на основе интенсивности этого отражённого света.
• Основные преимущества: Простейшая установка — достаточно установить и подключить только одно устройство. Компактный размер делает их идеальными для использования в ограниченном пространстве. Не требуется отражатель на противоположной стороне.
• Недостатки: Дальность обнаружения меньше, чем у датчиков на сквозной луч и датчиков с обратным отражением. Эффективность сильно зависит от цвета, размера, текстуры и отражательной способности объекта. Тёмный матовый объект отражает гораздо меньше света, чем яркий блестящий, что снижает надёжность обнаружения на максимальном расстоянии. Фоновые объекты также могут вызывать ложные срабатывания.
• Где они встречаются: Чрезвычайно распространены для задач обнаружения на коротких расстояниях: обнаружения деталей на сборочных линиях, обнаружения крышек от бутылок, контроля высоты штабелей и уровня в контейнерах. Представьте себе торговый автомат, реагирующий на вашу руку рядом с зоной выдачи.

4. Датчики подавления заднего фона (BGS): эксперты, уделяющие особое внимание

• Принцип работы: усовершенствованная версия диффузного датчика, также выполненная в едином корпусе. Датчики BGS не просто измеряют интенсивность отраженного света, а определяют расстояние до объекта, используя принципы триангуляции или времени пролета. Они точно откалиброваны для обнаружения объектов только в пределах заданного диапазона расстояний, фактически игнорируя всё, что находится за его пределами (фон).
• Основные преимущества: Не подвержены влиянию фоновых объектов — их главное преимущество. Значительно менее чувствительны к цвету и отражательной способности целевого объекта по сравнению со стандартными диффузными датчиками. Обеспечивают высоконадежное обнаружение объектов на точном расстоянии.
• Недостатки: как правило, имеют меньшую максимальную дальность действия, чем стандартные диффузные датчики. Как правило, дороже, чем базовые диффузные датчики.
• Где вы их видите: Незаменимы для обнаружения объектов на сложном или отражающем фоне, надёжного обнаружения тёмных или чёрных объектов (например, шин), проверки уровня наполнения контейнеров независимо от цвета содержимого и обеспечения точного позиционирования в местах, где помехи на заднем плане представляют проблему. Незаменимы на линиях сборки автомобилей и упаковки пищевых продуктов.

За пределами основ: удовлетворение особых потребностей

Хотя основные четыре датчика справляются с большинством задач, инженеры разработали специализированные датчики для решения уникальных задач:

• Волоконно-оптические датчики: используют гибкие оптоволоконные кабели, подключенные к центральному усилителю. Идеально подходят для очень ограниченных пространств, сред с высокой температурой или зон с высоким уровнем электрических помех.
• Датчики цвета и контрастности: обнаруживают определенные цвета или различия в контрасте (например, этикетки на упаковке), что имеет решающее значение для контроля качества.
• Лазерные датчики: обеспечивают высокосфокусированный луч для обнаружения очень маленьких объектов или достижения точных измерений расстояний.
• Датчики прозрачных объектов: специально настроенные световозвращающие датчики, разработанные специально для надежного обнаружения прозрачных материалов.

Почему фотоэлектрические датчики управляют автоматизацией

Эти «орлиные глаза» обладают неоспоримыми преимуществами: большой радиус действия, бесконтактное действие (предотвращающее повреждения), быстрое время отклика и долговечность в суровых промышленных условиях. Они играют важнейшую роль в решении множества задач в различных отраслях:

• Производство и упаковка: обнаружение деталей на конвейерах, подсчет продукции, проверка уровня наполнения, подтверждение наличия этикеток, управление роботизированными руками.
• Продукты питания и напитки: обеспечение надлежащей упаковки, обнаружение посторонних предметов, мониторинг потока производственной линии.
• Фармацевтика: проверка наличия таблеток в блистерных упаковках, точная проверка уровня наполнения флаконов.
• Автомобилестроение: точное позиционирование деталей для сборочных роботов, проверка компонентов, световые завесы безопасности.
• Логистика и обработка материалов: управление конвейерными лентами, обнаружение поддонов, автоматизация склада.
• Автоматизация зданий: автоматические двери, позиционирование лифтов, системы безопасности.

Будущее светлое (и умное)

Рынок фотоэлектрических датчиков переживает бурный рост: по прогнозам, к 2030 году его объём достигнет 3,01 млрд долларов США с ежегодным ростом 6,6%, а к 2033 году — 4,37 млрд долларов США при среднегодовом темпе роста 9%. Этот рост обусловлен неустанным стремлением к автоматизации, развитию Индустрии 4.0 и созданию «умных» производств.

Следующая волна предполагает, что датчики станут более интеллектуальными и взаимосвязанными. Обратите внимание на такие достижения, как подключение по интерфейсу IO-Link для упрощения настройки и обмена данными, интеграцию с платформами Интернета вещей для предиктивного обслуживания и даже применение наноматериалов для повышения чувствительности и расширения возможностей. Мы вступаем в эпоху «Сенсорных технологий 4.0», где эти фундаментальные сенсорные устройства становятся интеллектуальными точками сбора данных во взаимосвязанных системах.

Выбор правильного «глаза» для работы

Понимание этих четырёх основных типов датчиков: сквозного луча, обратного отражения, диффузного и подавления фона — это первый шаг к использованию возможностей фотоэлектрических датчиков. Учитывайте объект, расстояние, окружающую среду и потенциальные фоновые помехи. В случае сомнений обратитесь к производителям датчиков или специалистам по автоматизации, чтобы выбрать оптимальную технологию для вашей конкретной задачи, гарантируя бесперебойную и эффективную работу вашей системы. Изучите варианты; правильный датчик может открыть путь к повышению производительности.