Kupuj z głową – czujniki fotoelektryczne

Czwarty z serii 8 artykułów – „Kupuj z głową”. Publikacja uwypukla najistotniejsze aspekty, jakie każdy kupujący powinien znać. Aspekty te to w szczególności: najistotniejsze właściwości produktu, główne rozbieżności pomiędzy produktami na rynku, rangi cenowe – korelacja ceny i właściwości produktu oraz te czynniki rynku, które mogą wpłynąć na decyzje potencjalnego kupca.
Czujniki fotoelektryczne dostępne są zazwyczaj w dziewięciu lub więcej trybach pracy, wykorzystują dwa źródła, umieszczane są w różnych rodzajach obudów, oferują kilka zakresów czułości, a dodatkowo mogą oferować różne techniki montażu, wyjść sygnałów i napięć pracy.
Takie bogactwo ofert i mnogość opcji czujników może wprowadzić potencjalnego nabywcę w stan wstępnej dezorientacji. Jednak łatwo zapobiec takiej dezorientacji, wprowadzając podział na dwie podstawowe kategorie: pierwsza – jakie obiekty mają być obsługiwane przez czujniki; druga – jakie jest środowisko pracy czujników.
Opakowania
– Pierwsze pytanie, jakie należy sobie postawić brzmi: co powinien kontrolować dany czujnik? – czy produkujemy butelki?, czy też kontrolujemy położenie tekturowych pudeł? – stwierdza Greg Knutson, starszy inżynier aplikacji w firmie Banner Engineering produkującej czujniki.
Optyczne właściwości oraz odległość determinują, jaki typ czujnika oraz źródło oświetlenia będzie najbardziej odpowiednie. Dla przykładu, w przypadku pudełek o jednolitym kolorze możliwe jest zastosowanie niedrogich czujników dyfuzyjnych, reagujących na odbicie światła rozproszonego od pudełka. Jednakże podobne rozwiązanie nie może być wykorzystane, gdy pudełka są różnokolorowe i w związku z tym występuje różnica w odbiciu promieni świetlnych. W tym przypadku najlepszym rozwiązaniem mogą być czujniki lokalizowane naprzeciw siebie lub z wiązką zwrotną (odbitą).
Gdy pudełko osiąga zadaną pozycję, wiązka jest przerywana i tym samym dokonuje się proces detekcji pudełka. Dopóki nie stosuje się pudełek przezroczystych, metoda ta cechuje się dużą niezawodnością. Użycie kilku czujników pozwala dodatkowo na detekcję pudełek o różnych wysokościach.
Odległość pomiędzy czujnikami lub czujnikiem a obiektem odgrywa istotną rolę w procesie doboru źródła wiązkiświetlnej, którymi mogą być diody LED lub lasery. Diody LED są oczywiście tańsze, jednakże generowane przez nie światło jest rozproszone i dlatego ten typ źródeł światła zalecany jest na małych odległościach. Promień lasera może być natomiast skupiony w jednym punkcie, tworząc wiązkę mogącą pokonać bez uszczerbku duże odległości. Wąskie skupienie wiązki światła może być również przydatne, gdy czujnik ma identyfikować niewielkie elementy lub szczegóły. Czujniki laserowe stosuje się najczęściej w celu rozpoznania, wykrycia niewielkich elementów charakterystycznych z odległości kilkunastu centymetrów.
Powszechne jest przekonanie, iż czujniki laserowe są nawet kilkakrotnie droższe od czujników z elementami LED. W ostatnim czasie jednak ta różnica znacznie stopniała, ze względu na wciąż spadające ceny diod laserowych. Stosowanie czujników laserowych wciąż wymaga więc większych nakładów finansowych, jednak nakłady te nie są już tak znaczne, jak miało to miejsce w przeszłości.
Zmiany środowiskowe
Środowisko pracy to kolejny istotny czynnik, decydujący o wyborze właściwego czujnika. Niektóre z branż produkcji przemysłowej, jak spożywcza czy też samochodowa, to środowiska szybko brudzące się i niebezpieczne. W przypadku branży spożywczej występuje wysoki poziom wilgotności otoczenia, a w wielu miejscach pojawiają się różnego rodzaju płyny. W przemyśle samochodowym maszyny i urządzenia mogą wytwarzać zapylenie, powszechnie występują różnego rodzaju smary czy chłodziwa. W takich właśnie sytuacjach, decydując się na zakup niezbędnych czujników, należy wziąć pod uwagę czynniki środowiskowe. Jeżeli czujnik nie jest odporny na zabrudzenia, nie może być stosowany.
Warunki środowiska otoczenia mają również wpływ na zasięg czujników, niekiedy konieczne jest bowiem takie ich usytuowanie, aby w trakcie eksploatacji uniknąć ich mechanicznego zniszczenia, np. przez produkowane elementy – co z kolei zwiększa odległość pomiędzy czujnikiem, a identyfikowanym obiektem. Użyteczne mogą tu okazać się odpowiednie sygnały alarmowe czy ostrzegawcze, w przypadku stwierdzenia zabrudzenia czujnika lub też obniżenia się poziomu sygnału identyfikacyjnego.


 Kluczowe zagadnienia związane z czujnikami fotoelektrycznymi:

  • rozmiar,
  • rodzaj czujnika,
  • zasięg czujnika,
  • system montażu,
  • wyjście sygnałowe,
  • typ technologii pracy,
  • napięcie robocze,
  • źródło światła,
  • sposób połączenia,
  • materiały, z jakich wykonano obudowę;
  • czynniki związane z aplikacjami specjalnymi:

     –  praca przy dużych prędkościach i wysokich temperaturach,
         –  sterowanie, funkcje logiczne,
         –  programowanie,
         –  kompatybilność ze standardami sieciowymi.


Podobne kwestie dotyczą rozmiarów czujników, poczynając od urządzeń mniejszych od palca, skończywszy na większych od otwartej dłoni. Małe czujniki mogą być znacznie droższe od czujników większych, co związane jest z wyższymi kosztami upakowania całej struktury czujnika w mniejszej przestrzeni. Jednakże mniejsze czujniki mają również nieco ograniczoną powierzchnię odbioru wiązki świetlnej i tym samym mniejszy zasięg działania oraz gorsze wskaźniki optyczne. Wady te muszą być uwzględnione i odpowiednio wyważone w stosunku do zalet, jakie niosą ze sobą niewielkie rozmiary urządzeń, jak np. lepsze, bardziej ekonomiczne wykorzystanie dostępnej przestrzeni.

Czujniki wykorzystywane przy produkcji zaawansowanych układów półprzewodnikowych w sterylnych warunkach (np. produkcja mikroprocesorów itp.) nie pracują w bardzo surowym, ekstremalnym środowisku, jednakże muszą wykonywać swoje zadania na ograniczonych przestrzeniach. Odległości pomiędzy elementami identyfikowanymi wynoszą zazwyczaj kilka, kilkanaście centymetrów, dlatego też czujniki muszą być niewielkich rozmiarów. Często wykorzystuje się w nich również technikę światłowodową – w celu dostarczenia i odebrania wiązki świetlnej z miejsc, gdzie dokonywana jest identyfikacja.

Montaż, wycena

Innym ważnym aspektem jest montaż systemu czujników. Często czujniki muszą być mechanicznie zabezpieczane za pomocą odpowiednich wzmocnień lub innych środków ochrony. Ta mechaniczna i optyczna ochrona może kosztować więcej niż sam czujnik – ważny czynnik w procesie decyzji kupna. Jeżeli dostawca czujników oferuje kilka systemów montażowych oraz odpowiedni sprzęt zabezpieczający dla swoich urządzeń, mogą być one łatwiejsze w implementacji w danej aplikacji oraz charakteryzować się większą trwałością.

Zakres cenowy standardowych czujników fotoelektrycznych zawiera się w ramach od 100 zł do około 300 zł. Czujniki specjalizowane i laserowe to koszt od około 400 zł do 1 200 zł. Cechy takie jak: proste obudowy, standardowa optyka oraz ograniczona lub w ogóle niedostępna regulacja parametrów, związane są z produktami tańszymi w każdej ze wspomnianych kategorii cenowych. Urządzenia z tzw. wyższej półki mają wysokiej jakości obudowy, często wykonane ze stali nierdzewnej lub aluminium, bardziej zaawansowaną optykę oraz szeroką gamę możliwych do regulacji parametrów pracy (czas reakcji, czułość itp.). Wspomniane wcześniej tańsze produkty stosuje się zazwyczaj w prostych, popularnych aplikacjach, zaś urządzenia bardziej zaawansowane w specyficznych aplikacjach, gdzie wymagana jest: odpowiednia szybkość działania, odporność na wysoką temperaturę oraz inne czynniki środowiskowe lub zagrożenia (np. zagrożenie eksplozją).

Należy mieć świadomość, że jeden rodzaj czujnika nie spełni wymagań stawianych przez różne aplikacje i jeżeli one się zmieniają, może okazać się, iż konieczna będzie wymiana wszystkich czujników. – Proces takiej wymiany może być znacznie prostszy, jeżeli tylko jeden dostawca ma w swej ofercie czujniki wykonane w różnych technologiach, ale umieszczane w podobnych obudowach i oferujące podobne techniki montażu – stwierdza Ed Myers, menedżer produktu w firmie Pepperl+ Fuchs, produkującej czujniki.

ce

Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza