Weboldalunk használatával jóváhagyja a cookie-k használatát a Cookie-kkal kapcsolatos irányelv értelmében.

Az optikai szenzorok működési elve és főbb jellemzői

Az optikai szenzorok működési elve és főbb jellemzői

Ezen a héten ismét a szenzortechnika vizein evezünk. Megnézzük az optikai közelítéskapcsolók működését, ipari automatizálásban való alkalmazását és főbb tulajdonságait. Bemutatjuk, hogy mi a különbség a reflexiós és a tárgyreflexiós szenzorok között, illetve hogy milyen előnyökkel vagy hátrányokkal jár a használatuk.

 

Milyen tulajdonságai vannak a fénynek?

Mielőtt komolyabban foglalkoznánk az optikai szenzorokkal, nem árt, ha átveszünk egy-két dolgot a fénnyel, mint jelenséggel kapcsolatban.

A fény élettani szempontból egy olyan sugárzás, ami a szemünkbe jutva a látás érzetét kelti, ezáltal érzékelhetővé válik számunkra a környezetünk. Ez azonban csupán a fény empirikus meghatározása.

Fizikai szempontból a fény egy sokkal összetettebb jelenség, egy elektromágneses hullám.
A fényhullámok az anyagok részecskéinek, atomjainak és még kisebb egységeinek felületén nyelődnek el, vagy verődnek vissza.

A fényre tehát már nem érvényesek a klasszikus fizikai törvények, itt már kvantumfizikai tulajdonságokról beszélünk. A fény kvantumjait, azaz a részecskékkel kölcsönhatásba lépő, meghatározott energiájú egységeit nevezzük fotonoknak.

 

 

Hogyan működnek az optikai közelítéskapcsolók?

Az optikai közelítéskapcsoló feladata, hogy elektromos jelet adjon, amikor egy munkadarab vagy anyag az érzékelő érzékelési tartományát megközelíti, azon belül kerül, illetve kilép onnan. Az optikai érzékelők fejlesztésénél arra törekednek, hogy a környezeti elemektől függetlenné tegyék a jeladók válaszát, ezért a jelet modulálják.

Fényforrásként leggyakrabban egyszerűen modulálható LED diódákat használnak, fényérzékelésre pedig fotodiódákat vagy fototranzisztorokat.  

Az optikai érzékelők infravörös vagy vörös fénnyel működnek. Ez egyrészt megkönnyíti a jeladó beállítását, mivel a vörös fény szabad szemmel is látható. Másrészt, ebben a hullámhossz-tartományban a legegyszerűbb a fényvezető polimer vagy üvegszálak csillapítása.

Infravörös fényt akkor érdemes alkalmazni, ha nagyobb fényerőre vagy nagyobb érzékelési távolságra van szükség. Az infravörös fénnyel működő szenzorok előnye, hogy kevésbé vannak kitéve a környezetből származó zavaró fényeknek.

 

 

Milyen típusai vannak az optikai tárgyérzékelőknek?

Az optikai tárgyérzékelők esetében két főbb típusról beszélhetünk.

Egyutú fénykapu esetében az érzékelés két eszköz, egy adó és egy vevő egység révén valósul meg. Az adó által kibocsátott jelet vagy annak hiányát a vele szemben elhelyezett vevő egység érzékeli.

Kapcsolási funkciójuk lehet NO vagy NC.

NO (normally open) esetén a vevő kimenete zár, ha a fénysugár útjában nem áll semmi.

NC (normally closed) esetében viszont akkor zár a kimenet, ha a fénysugár útjába kerül valamilyen tárgy.

Az egyutú fénykapuk sokrétűen alkalmazhatók. Leggyakrabban fénysorompókban, fényfüggönyökben használják őket, akár biztonsági kapcsolóként is. Robotcellák, emberre veszélyes gépek esetén azonnali leállítást tesznek lehetővé, ha valamilyen tárgy lép be az érzékelt mezőbe.

Hátrányuk, hogy bizonyos esetekben, például futószalagoknál több munkadarabot is egy egységként érzékelhetnek, illetve külön adó és vevőegységet kell telepíteni. Alább látható egy ilyen szenzor működése:

Forrás: Dr. Bencsik Attila: Mechatronika alapjai (2014)

 

Reflexiós fénykapuról beszélünk, ha egy érzékelőben adó-vevő egység is van, és az adó által kibocsátott jel egy ún. retroreflektorról (üvegfelületről vagy prizmáról) tükröződik vissza.

Ha nincs az érzékelési távolságon belül tárgy, a kibocsátott fény visszaverődik, ha viszont belép oda egy tárgy, a visszaverődés hiányára az érzékelő beállítása szerint kapcsol.

A reflexiós fénykapuk előnye a nagy érzékelési biztonság, mivel gyakorlatilag bármilyen tárgy érzékelhető általuk. Egyszerűen beszerelhetők és könnyen beállíthatók, mindössze egy tükröződő felületet kell a szenzor elé állítani.

Hátrányuk, hogy a teljesen átlátszó tárgyakat, illetve erősen tükröződő felületű tárgyakat nehezen érzékelik, illetve a tükör felszerelése és karbantartása is költséges lehet.

 

 

Ennél magasabb szintet képviselnek a tárgyreflexiós optikai szenzorok.

Ezek az eszközök a tárgyak fényvisszaverő-képességét használják ki, azaz a tárgyakról visszavert jelet érzékelik, és nem annak hiányát.

Előnyük, hogy tényleg csak egy érzékelőt kell elhelyezni, és gyakorlatilag bárhol felhasználhatók, kialakításuk is kompakt. Részben átlátszó tárgyakat, illetve tükröződő felületű anyagokat is képes érzékelni. Beállítástól függően akár a háttértől is elkülöníthetők a munkadarabok vagy anyagok.

Hátrányuk ugyanakkor az alacsony érzékelési távolság, illetve, hogy nem teljesen függőleges felület esetén szórva érkezik vissza az optikai jel, ami rontja a pontosságot. Azt is érdemes megemlíteni, hogy fekete színű, fényelnyelő tárgyakat nem képesek ezek a szenzorok detektálni.

 

Szeretnél még több érdekességet olvasni?

Iratkozz fel hírlevelünkre, ne maradj le az újdonságokról!