Systemy i elementy wizyjne w automatyce

Wysokie koszty pracy powodują narastającą tendencję odchodzenia od kontroli wykonywanej przez personel i automatyzacji tych procesów. Stała, powtarzająca się przez 8 godzin, monotonna kontrola takich samych produktów jest niewykonalna dla ludzi, jeżeli ma być rzeczywiście w 100 % skuteczna. Czynności wytwórcze są realizowane przez automatyczne linie produkcyjne, które w coraz większym stopniu są zrobotyzowane. Ostatnią, niezautomatyzowaną fazą produkcji, pozostawała do niedawna kontrola międzyoperacyjna i końcowa. I właśnie systemy wizyjne stały się najważniejszym narzędziem automatyzacji kontroli produkcji. Poza ogromną rolą w kontroli, systemy wizyjne stają się także bezpośrednim narzędziem wspomagania produkcji, głównie na stanowiskach zrobotyzowanych. Ta nowa branża, określana terminem machine vision, wyróżnia się najwyższym rocznym wzrostem obrotów (20 %). Przemysłowe systemy wizyjne to połączenie pobierania obrazów przez czujniki lub kamery i ich obróbki. Do realizacji prostych zadań kontroli wiele firm oferuje od kilku lat liczne typy kamer inteligentnych i czujników wizyjnych. Te zintegrowane urządzenia wizyjne zawierają w jednej małej obudowie kamerę, mikrokomputer, oświetlacz i interfejsy automatyki oraz moduły transmisji sieciowej. Najmniejsze zintegrowane czujniki wizyjne mieszczą się w rurce o średnicy 30 mm. Są one najczęściej instalowane na liniach produkcyjnych do końcowej kontroli etykiet, oznaczeń, stopnia napełnienia opakowań.

Wśród szeroko rozumianych wizyjnych elementów automatyki stosowane są często prostsze elementy optyczne wspomagające systemy automatyki w zakresie rozpoznawania elementów lub ich parametrów oraz położenia na linii produkcyjnej, najogólniej nazywane czujnikami optycznymi lub fotooptycznymi.

Systemy i elementy optyczne

Systemy optyczne są jedną z najszybciej rozwijających się technik automatyzacji produkcji, a czujniki optyczne i najprostsze kamery optyczne są na tyle małe i tanie, że montowane są na liniach produkcyjnych, służąc do rozpoznawania elementów oraz badania ich wybranych cech.

Podstawowe elementy systemu to głowica, system oświetlenia obiektu (najczęściej zintegrowany z głowicą) i jednostka przetwarzająca. Większość z nich to elementy inteligentne: programowane, z interfejsami do systemów magistralnych z automatycznym sterowaniem oświetlenia i innymi funkcjami, np. rozpoznawania obrazów. Nawet najprostszy czujnik ma teraz funkcje automatycznego uczenia, kontroli zgodności obiektu z wzorcem (wykrywanie uszkodzeń), zintegrowane oświetlenie stroboskopowe, interfejs szeregowy, dodatkowe wejścia/wyjścia cyfrowe, banki pamięci na programy testujące i wzmacniacz. Przykładowe zastosowanie to np. kontrola pozycji butelki przed umieszczeniem na niej etykiety. Operator systemu może kontrolować obszar oświetlenia i jego intensywność za pomocą systemu menu w sterowniku czujnika. Dane te i dane dotyczące pozycjonowania oświetlenia zapisywane są wraz z innymi danymi dotyczącymi kontrolowanej „sceny”, na której pojawia się sprawdzany obiekt. Ponieważ dane te zapisywane są po przetworzeniu jako dane liczbowe, możliwe jest dokładne powtórzenie warunków oświetlenia obiektu w kolejnych czujnikach na linii produkcyjnej.

Bardziej zaawansowane systemy oferują ponadto: interfejs graficzny do programowania pracy, złącza do dodatkowych czujników lub kamer współpracujących, bezpośrednie połączenie z magistralą komunikacyjną, przetwarzanie obrazu w kolorze lub skali szarości, dodatkowe specjalizowane algorytmy szybkiego rozpoznawania znaków, rozpoznawanie kodów dwuwymiarowych (100 razy więcej informacji niż kod paskowy) i stale pojawiające się inne funkcje.

Czujniki

Jedną z najszybciej rozwijających się grup czujników dla automatyki są czujniki optyczne wykorzystujące wiązkę światła do wykrywania przedmiotów. Są one często określane jako fotoelektryczne, fotooptyczne, optoelektroniczne, fotosensory, fotokomórki, a nawet fotoprzekaźniki. Czujniki optyczne mogą wykrywać obiekty wykonane z dowolnego materiału z odległości nawet do kilkudziesięciu metrów, a także wykrywać bardzo małe obiekty znajdujące się w odległości kilku milimetrów. Poza samym wykrywaniem obecności czujniki mogą także sprawdzać czy dany obiekt ma właściwy kolor. Liczną grupę wśród czujników fotoelektrycznych stanowią czujniki pomiarowe, a wśród nich czujniki odległości i wymiarów obiektu. Najnowszą technologicznie grupą są tu czujniki laserowe dające bardzo precyzyjną i dobrze widoczną dla oka wiązkę. Charakteryzuje je duży zasięg i umożliwiają dużą częstotliwość przełączeń.

Czujniki optyczne, podobnie jak i inne typy czujników, można klasyfikować wg dwu podstawowych kryteriów: zasady działania oraz przeznaczenia. W podziale wg zasady działania najczęściej wymieniane są następujące rodzaje:

• czujniki refleksyjne (współpracujące z lustrami);
• czujniki odbiciowe;
• czujniki odległości;
• czujniki koloru lub kontrastu.

Czujniki refleksyjne

Czujniki refleksyjne to czujniki współpracujące z lustrami. Nadajnik i odbiornik znajdują się w jednej obudowie. Wiązka świetlna wyemitowana przez nadajnik odbija się od lustra o specjalnej budowie i trafia (lub nie trafia) do odbiornika w zależności od tego, czy na jej drodze znalazł się obiekt. Maksymalna odległość działania takich czujników zależy od typu, budowy i jakości zastosowanego lustra. Na rynku oferowane są czujniki refleksyjne z wiązką świetlną w zakresie światła widzialnego lub podczerwonego. Stosowane ostatnio także z diodą emitującą wiązkę promienia laserowego, zapewniają lepszą jakość w trudnych warunkach pracy. Stosuje się też czujniki wyposażone w filtry polaryzacyjne, gdy mają wykrywać obiekty błyszczące.

Czujniki odbiciowe

W czujnikach odbiciowych wiązka świetlna wyemitowana przez nadajnik częściowo odbija się od obiektu. Odbiornik mierzy ilość światła odbitego od obiektu. W najprostszej wersji czujnik odbiciowy nazywany często czujnikiem energetycznym jest czujnikiem reagującym na zmianę intensywności odbitej wiązki świetlnej. W nowoczesnych wersjach inteligentnych, programowanych czujników odbiciowych istnieją dwie odmiany: z kompensacją pierwszego planu oraz z kompensacją tła. W takich czujnikach przed rozpoczęciem pracy należy określić co jest tłem, a co pierwszym planem. Programowanie pracy czujnika polega na wprowadzeniu do jego pamięci definicji obszaru tła i pierwszego planu, co ułatwione jest dzięki zastosowaniu funkcji „Teach-In”, w którą są one wyposażone. Czujnik z kompensacją tła rozpoznaje wszystkie obiekty, które znalazły się przed określonym dla niego tłem. Zdolność czujnika do kompensacji pierwszego planu oznacza rozpoznawanie obiektów dopiero od pewnej odległości. Czujnik wyposażony w kompensację pierwszego planu i kompensację tła zdolny jest do wykrywania obiektów w zakresie odległości ograniczonym przez te dwa graniczne obszary.

Czujniki odległości

Do wyznaczenia odległości obiektu stosuje się zasadę triangulacyjną. Jeżeli detektorem w odbiorniku jest sensor typu PSD (matryca czujników), to od odległości obiektu zależy miejsce padania odbitej wiązki na matrycę. Pozwala to na analizę odległości obiektu od czujnika. Połączenie zasady triangulacyjnej i pomiaru ilości energii wiązki świetlnej odbitej od obiektu z wykorzystaniem kompensacji pierwszego planu i kompensacji tła pozwala na stosowanie zaawansowanej selekcji obiektów na liniach produkcyjnych.

Czujniki kontrastu należy zaliczyć do czujników odbiciowych. Są to odpowiednio zmodyfikowane czujniki energetyczne najczęściej przeznaczone do detekcji znaków pozycjonujących na papierach i foliach.

Czujniki koloru

Bliskie czujnikom odbiciowym, ze względu na zasadę działania, są czujniki koloru. Nadajnik tych czujników składa się z elementów będących źródłem wiązki świetlnej o trzech kolorach: czerwonym, zielonym i niebieskim (RGB). Te trzy podstawowe barwy są mieszane w układzie półprzepuszczalnych luster. Obiekt, w zależności od koloru pochłania część widma. Detektor odbiornika będący matrycą RGB odczytuje, która część widma została pochłonięta przez obiekt. Na tej podstawie układ elektroniczny określa koloru obiektu. Analizując dostępne na rynku czujniki optyczne można zaproponować bardziej rozbudowaną ich klasyfikację uwzględniającą ich przeznaczenie.

Inteligentne czujniki

Czujniki zintegrowane z miniaturowymi przetwornikami mikroprocesorowymi i realizujące różne dodatkowe funkcje nazywane są przez niektórych producentów czujnikami inteligentnymi (smart sensor) przez analogię do np. inteligentnych maszyn (robotów), inteligentnych pojazdów czy inteligentnych budynków. Potencjalne usprawnienia oferowane użytkownikom przez czujniki inteligentne, w porównaniu do rozwiązań klasycznych, są następujące:

• możliwość komunikacji sieciowej z układami sterowania i innymi urządzeniami automatyki,
• wykrywanie błędów i diagnostyka,
• programowalna wiedza, np. o poziomach alarmowych,
• samoczynne testowanie i kalibracja,
• zdolność uczenia się, np. optymalizowanie zakresu pomiarowego,
• możliwość programowej zmiany wykonywanych operacji.

Czujniki optyczne do rozpoznawania wzorów

Jednym z rodzajów czujników optycznych są czujniki rozpoznawania wzorów nadrukowanych na obiekcie. Zawierają one elementy oświetlenia obiektu, obiektyw z migawką i elementy światłoczułe CCD oraz mikroprocesor umożliwiający wprowadzanie i zapamiętywanie wzorów inteligentną obróbkę w celu rozpoznawania poszukiwanego wzoru. Do wprowadzania wzoru stosuje się te same elementy optyczne po wybraniu odpowiedniej funkcji i umieszczeniu wzoru przed obiektywem czujnika. Migawka pozwala na rozpoznawanie wzoru na elementach szybko poruszających się, np. na taśmie produkcyjnej. W czujnikach bardziej zaawansowanych można wprowadzać do pamięci czujnika wiele wzorów, wówczas czujnik oddziela elementy nieposiadające żadnego wzoru, a następnie rozdziela pozostałe wg posiadanego wzoru. Aby obiekty na taśmie mogły być dowolnie ułożone czujnik dopasowuje położenie kątowe odczytanego wzoru do położenia wzoru zapamiętanego. Przykładowy czujnik rozpoznawania wzoru oferuje do wyboru kilka głowic o różnych odległościach rozpoznawania, posiada wbudowany obiektyw, pulsacyjne oświetlenie synchronizowane z migawką oraz kamerę CCD. W czasie od kilku do kilkunastu milisekund rozpoznaje wzór, jego kolor, kontrast i zanieczyszczenia powierzchni. Ma interfejs szeregowy do połączenia z komputerem, funkcje ułatwiające wprowadzanie wzoru i opcje umożliwiające optymalizację pracy czujnika w warunkach, w jakich prezentowany jest wzór na sprawdzanych obiektach.

Czujniki laserowe

Przykładem najbardziej zaawansowanych inteligentnych czujników zbliżeniowych są czujniki/przetworniki laserowe wykorzystywane do tak różnych zastosowań, jak: wykrywanie bardzo małych zmian wysokości produktu przenoszonego na ruchomej taśmie produkcyjnej, wykrywanie rozdarć ciągłej wstęgi papieru, pomiar współśrodkowości obiektów obracających się. Czujniki te mają konstrukcję modułową i składają się z uniwersalnego, jednego wzmacniacza i kilkunastu różnych głowic pomiarowych, które można stosować zamiennie.

Małe obiekty wykrywa się promieniem punktowym, a większe liniowym lub barierą. Każda głowica jest automatycznie kalibrowana przez wzmacniacz po jej zainstalowaniu. Wzmacniacz ma wyjście komunikacyjne do komputera a załączone oprogramowanie umożliwia konfigurację systemu pomiarowego za pomocą komputera. Posiadają też one funkcje obliczeniowe, w tym korekcji liniowości. Przez włączenie dodatkowego modułu kalkulacyjnego pomiędzy dwa czujniki możliwe jest pomiar różnicy odległości, co umożliwia np. pomiar grubości obiektu i wyświetlanie wartości na wbudowanym wyświetlaczu.

Czytniki kodów 2D

Systemy przeznaczone do wykrywania i odczytywania kodów dwuwymiarowych 2D naniesionych na obiektach wykonanych z dowolnego materiału są nazywane czytnikami kodów. Zaawansowane systemy analizy i korekcji obrazu zapewniają poprawność odczytu kodów drukowanych zarówno przez drukarki laserowe czy termiczne, jak i kodów punktowych powszechnie stosowanych do oznaczania elementów metalowych, np. w przemyśle samochodowym. Jest to urządzenie niezbędne dla zapewnienia właściwej kontroli i weryfikacji obiektów w przemyśle farmaceutycznym – zgodnie z wymaganiami norm FDA, przemyśle elektronicznym – przy detekcji montowanych elementów, jak również w przemyśle samochodowym, ze względu na różnorodność stosowanych podzespołów oraz wszędzie tam, gdzie ograniczona pojemność kodów paskowych wymusza stosowanie kodów 2D.

Zastosowanie kamer z inteligentnym oświetleniem pozwala na pewny odczyt kodów zarówno na płaskich, jak i nierównych powierzchniach pod różnymi kątami. Także wbudowane mechanizmy korekcji umożliwiają odczyt nawet częściowo uszkodzonych kodów. Wbudowane, programowe filtry obrazu ograniczają w znaczący sposób wpływ zanieczyszczeń, tła, przetarć i refleksów na prawidłowość odczytu kodu. System kompensacji położenia kodu ułatwia montaż kamery ze względu na możliwość niwelacji przemieszczenia kodu w polu widzenia kamery czy jego obrotu. Ogranicza to trudności z właściwym pozycjonowaniem elementów z naniesionym kodem i minimalizuje koszty związane z wykonaniem dodatkowych prowadnic. Wejścia wyzwalające skonstruowane są w sposób pozwalający na bezpośrednie podłączenie czujnika wyzwalającego, stwierdzającego obecność obiektu z naniesionym kodem, bez potrzeby stosowania urządzeń pośredniczących.

Nowości w technice wizyjnej dla przemysłu

Na zakończenie przeglądu przedstawiam wybrane nowe rozwiązania techniczne pokazywane na targach przemysłowych, wskazujące na kierunki rozwoju w dziedzinie elementów technik wizyjnych.

Firma EXTEND3D opracowała nowatorski system stosujący techniki poszerzonej wirtualnej rzeczywistości do przyspieszenia nauki i ułatwienia wykonywania napraw oraz konserwacji sprzętu, Werklicht Pro. Jest to przenośne urządzenie pracujące w nowym systemie wizualizacji Poka-Yoke, w którym na powierzchnię naprawianego sprzętu nakłada się laserowo wytwarzany obraz pełniący funkcję ilustracji do instrukcji naprawy tego sprzętu. Interaktywny system umożliwia określenie pozycji obiektu w trzech wymiarach i precyzyjną projekcję obrazu instruktażowego w pole widzenia pracownika. Wysoko kontrastowy obraz laserowy jest dobrze widoczny na powierzchni maszyn nawet w jasno oświetlonych przestrzeniach. Obraz sam naprowadza się na właściwe punkty maszyny nawet po jej przemieszczeniach lub po poruszeniu urządzenia Werklicht Pro. Dzieje się tak dzięki umieszczanym w nim odpowiednim do każdego zastosowania różnym czujnikom 3D. Urządzenie ma wymiary 900 180 132 mm i dokładność 0,5 mm dla odległości projekcji 4 m.

Firma Basler Vision Technologies AG rozpoczęła produkcję seryjną kamer aviator z interfejsem Giga Ethernet. Kamery te łączą doskonałą jakość obrazu, szybkość akwizycji i unikatową technologię wykorzystania łącza GigE firmy Basler. Kamery aviator GigE stanowią efektywną kosztowo ofertę w swojej klasie jakości obrazu. Modele GigE uzupełniają analogiczne modele Camera Link o nowy wygodniejszy interfejs. Obejmują one rozdzielczości 1/2(HDTV)/4 Mpx w wersjach mono i kolor. Interfejs GigE pozwala na bezproblemowy transfer obrazu nieskompresowanego na poziomie 100 ramek/s dla rozdzielczości 1 Mpx.

Model Aviator GigE bazuje na szerokim doświadczeniu firmy Kodak w zakresie produkcji matryc obrazowych, oferując wysoką jakość obrazu nawet przy największych dostępnych prędkościach akwizycji. Czujniki te dzięki unikatowej architekturze czterech kanałów danych (ang. image tap readout) mają również czterokrotnie krótszy czas przesyłu danych z matrycy do macierzy bramek w FPGA w kamerze, co skutkuje wyższymi możliwymi do osiągnięcia szybkościami akwizycji ramek. Firma ta opracowała też nowy typ kamery Basler ace bazujący na czujnikach firmy CMOSIS dających obraz zawierający 2 lub 4 Mpx. Jej największe zalety to małe wymiary, duża prędkość i bardzo dobra jakość obrazu. Model acA2000-340km (2 Mpx) z czujnikiem CMV2000 działającym z szybkością 340 ramek na sekundę wykazuje wartości ciemnego szumu porównywalne z wysokiej jakości czujnikami CCD używanymi powszechnie w technologii machine vision.

Firma Faro opracowała przenośny system pomiarowy 3D do pomiaru dużych objętości – Faro Laser Tracker ION. Wykorzystuje on technologię laserową oraz system Agile ADM, pozwalający na skuteczne i dokładne pomiary części, narzędzi oraz urządzeń. Ma on zasięg opisany średnicą o wartości 110 m oraz pozwala osiągnąć dokładność przestrzenną na poziomie 0,049 mm w odległości 10 m. Opatentowany element dostępny wyłącznie w trakerze ION to układ Agile ADM. Agile ADM stanowi najnowszy etap rozwoju technologii pomiaru odległości bezwzględnej (ADM). Traker ION dzięki swojej szybkości umożliwia skanowanie z dużą gęstością bez korzystania z interferometru. System jest dzięki temu znacznie prostszy od technologii używanych w innych trakerach laserowych. Agile ADM powoduje, że nie trzeba wymiennie stosować systemów wykorzystujących pomiar odległości bezwzględnej oraz interferometru. Trakery FARO zastępują tradycyjne przyrządy, takie jak taśmy miernicze, piony ciężarkowe i teodolity, a klienci wykorzystują je m.in. do wyrównywania, montażu maszyn, kontroli podzespołów, budowy i konfigurowania narzędzi oraz inżynierii odwrotnej.

Firma Moxa VPort produkuje nowy wideoserwer VPort 364 zapewniający jednoczesną kompresję do formatu H.264 oraz MJPEG. Urządzenie może kodować sygnał pochodzący z czterech różnych źródeł (4 złącza BNC). Dzięki kodowaniu do standardu H.264 można uzyskać lepszą jakość obrazu oraz mniejsze wykorzystanie pasma przy przesyłaniu strumienia poprzez sieć Ethernet. Wideoserwer VPort może być montowany na szynie DIN i pracować w standardowej temperaturze (od 0 do 60 °C) bądź w rozszerzonym zakresie (od –40 do 75 °C). Urządzenie wyposażone jest w jeden port LAN (Fast Ethernet, złącze typu RJ-45) bądź jeden port optyczny (światłowód jedno- lub wielomodowy, złącza typu SC). Redundantne zasilanie (12/24 V DC) pozwala na błyskawiczne przełączenie na zapasowe źródło prądu w przypadku wystąpienia awarii, bez jakiejkolwiek przerwy w działaniu. Oprogramowanie pozwala na ustawienie różnych parametrów obrazu (rozdzielczości, modulacji i ilości generowanych klatek/sekundę). Maksymalna rozdzielczość to 720 576 punktów i 25 fps (przy modulacji PAL). Dzięki funkcji Dynastream VPort 364 może automatycznie dopasowywać liczbę generowanych klatek obrazu i w ten sposób bardziej efektywnie wykorzystywać łącze. Dodatkowo posiada on zarówno wejście, jak i wyjście sygnału audio.

Innowacyjnym produktem firmy Steinbichler Optotechnik jest skaner COMET L3D. Technologia BLUE LED pozwala w nim na akwizycję do 2 milionów współrzędnych punktów pomiarowych w czasie zaledwie 1,5 sekundy. Technologia ta pozwala na skanowanie części o bardzo skomplikowanej geometrii w o wiele krótszym czasie niż przy użyciu konwencjonalnych systemów dotykowych. Może on być stosowany do kontroli jakości w środowisku przemysłowym. Umożliwia to jego solidna konstrukcja, pyłoszczelna obudowa elementów optycznych głowicy i wysokiej jakości złącz. Sterowanie sensora odbywa się poprzez standardową, przemysłową magistralę CAN. Kompaktowe wymiary głowicy i jej niewielka masa pozwalają na precyzyjne pozycjonowanie skanera za pomocą standardowych akcesoriów (np. statywów). Połączenie skanera z technikami fotogrametrycznymi pozwala na odczytywanie współrzędnych punktów dużych obiektów. COMET L3D jest szczególnie przeznaczony do kontroli jakości małych i średnich części wykonanych z plastiku lub metalu. Bezkontaktowy pomiar pozwala na skanowanie geometrii przedmiotów delikatnych i kruchych (np. plastik lub pianka), niezwykle trudnych do zmierzenia za pomocą konwencjonalnych urządzeń pomiarowych lub sensorów dotykowych.

System wizyjny TacFLIR firmy FLIR Systems jest przeznaczony dla załogowych i bezzałogowych pojazdów i zawiera wiodącą technologię przemysłową – thermal imaging. Są to niechłodzone czujniki typu infrared-TWS. Dzięki temu że nie jest wymagane chłodzenie, masa urządzenia jest mała i koszt mniejszy (masa lekkiego sensora wynosi mniej niż kilogram, a ciężkiego – około 2 kg). Konstrukcja połączona z tym nowym sensorem stanowi dobre rozwiązanie dla robotów mobilnych, oferując podwójne pole widoku FOV (field of view) za pomocą funkcji E-ZOOM. Prezentowane obrazy mają elektronicznie programowalne siatki oraz alfanumeryczny system informacji nałożony na wyświetlaczu okularu i na analogowym wyjściu wideo.

Firma Bayer Technology opracowała innowacyjny system LSA do identyfikacji przedmiotów, z przeznaczeniem do zastosowań przemysłowych. Wykorzystuje on skaner o ogromnej rozdzielczości, który odczytuje obraz fragmentu dowolnego przedmiotu, tak jak robi się to z liniami papilarnymi u człowieka. Po zapamiętaniu tego obrazu w bazie danych autentyczność produktu lub podzespołu może być wszędzie potwierdzona, a tzw. podróbki wyeliminowane.

Firma Datalogic Automation wprowadziła w lipcu 2011 r. nowy typ czujnika wizyjnego DataVS2 Professional (PRO). Jest to nowy model z serii DataVS2, który w jednym urządzeniu łączy funkcje inspekcji z możliwościami identyfikacji. DataVS2 PRO oferuje olbrzymi wachlarz narzędzi inspekcyjnych. Dzięki 6 różnym narzędziom przeznaczonym do lokalizacji i 12 narzędziom do kontroli nadaje się on do różnorodnych zastosowań stawiających duże wymagania. Czujnik ten wyposażony jest także w trzy nowe narzędzia bazujące na inspekcji krawędzi: lokalizacja na podstawie konturu do precyzyjnej i niezawodnej kompensacji położenia obiektu, detektor usterek do wykrywania nawet najmniejszych defektów części oraz licznik konturów do sprawdzania obecności kilku elementów. Wszystkie nowe narzędzia umożliwiają analizę w zakresie 360°. Połączenie funkcji Auto-ID z możliwościami inspekcji oraz nowe narzędzia dopasowujące na bazie konturu niezwykle poszerzają zakres zastosowań. Dzięki powyższym cechom DataVS2 PRO jest rozwiązaniem nadającym się do wszystkich rodzajów kontroli jakości. Obsługa czujnika jest przy tym prosta i intuicyjna. Obejmuje ona: regulację ostrości, wybór z 4 różnych długości ogniskowych (6 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm), wykorzystanie wbudowanego interfejsu Ethernet i RS-232 oraz 20 slotów pamięci i wyjścia kompatybilnego z monitorem VSM (Vision Sensor Monitor).

Tab. 1. Typy czujników fotoelektrycznych

Typ czujnika
 Przeznaczenie
 
Detekcja obecności
 Liczenie

obiektów
 Detekcja znaczników
 Detekcja elementów obiektu
 Poziom mediów
 Pomiar
wymiarów
 
Bariera
 XX
 XX
 –
 ±
 –
 –
 
Bariera laserowa
 XX
 XX
 –
 ±
 –
 X
 
Refleksyjny
 XX
 XX
 –
 –
 –
 –
 
Refleksyjny laserowy
 XX
 XX
 –
 ±
 –
 –
 
Odbiciowy
 XX
 XX
 –
 ±
 –
 –
 
Odbiciowy
z eliminacją wpływu tła
 XX
 XX
 –
 X
 ±
 ±
 
Odbiciowy
z eliminacją wpływu tła laserowy
 XX
 XX
 –
 XX
 –
 X
 
Kontrastu
 –
 –
 XX
 –
 –
 –
 
Koloru
 –
 –
 XX
 –
 –
 –
 
Laserowy pomiarowy
 –
 –
 –
 ±
 –
 XX
 
Uwagi: XX – bardzo dobry, X – dobry, ± – w zależności od aplikacji, – - nie nadaje się

Fot. Omron

Tab. 2. Typy czujników optycznych i ich zastosowania

Produkcja elementów elektronicznych i materiałów półprzewodnikowych
 
wykrywanie krawędzi szkła ciekłokrystalicznego,
 
wykrywanie poziomu płynów korozyjnych,
 
wykrywanie przesunięcia elementów chipów,
 
sprawdzanie wysokości płytek drukowanych.
 
Pakowanie produktów żywnościowych, chemicznych i środków czystości
 
wykrywanie znaków towarowych,
 
wykrywanie wyciśniętych tubek,
 
sprawdzanie wysokości nakrętek,
 
sprawdzanie dat ważności.
 
Urządzenia domowe i automatyka biurowa
 
zliczanie ilości spinaczy w maszynie kopiującej,
 
sprawdzanie pozycji przełączników obrotowych.
 
Samochody, roboty, maszyny
 
zarządzanie poziomem oleju,
 
wykrywanie wycieków,
 
wykrywanie ludzi w obszarze pracy robota,
 
określanie położenia ramion robota.
 
Wyposażenie urządzeń i instalacji automatyki
 
potwierdzenie zastosowania plomby,
 
pomiar kąta napylania lakieru,
 
pomiar odległości pomiędzy rolkami.
 
Maszyny wytwarzane z zastosowaniem odlewów i materiałów elastycznych, np.
 
sprawdzanie czy samochód ma opony,
 
pozycjonowanie podzespołów roboczych wtryskarek,
 
sprawdzanie kształtu podzespołów.
 
Taśmociągi i obsługa magazynów
 
wykrywanie pojemników kartonowych,
 
sortowanie owoców wg wymiarów,
 
alarmowanie o zbliżaniu się dźwigów.
 
Inne zastosowania
 
zliczanie arkuszy papieru,
 
rozróżnianie elementów ceramicznych,
 
wykrywanie wskaźników przepływu gazu.

Tab. 3. Przykłady zastosowania czujników w zautomatyzowanych metodach kontroli obecności obiektów

Oznaczenie
 PANASONIC SUNX

EX-L211P
 PANASONIC SUNX

EX-33
 SENSOPART

FT 50 RLH
 SENSOPART

F 25
  SICK

WFS
 PHILTEC: DMS, mDMS, muDMS, D, RC
 PANASONIC SUNX

FX500
 PANASONIC

SUNX HLG
 OMRON

E3Z-LT81 2M
 
Tryb pomiaru
 laserowy
 światłowodowy
przelotowy
 laserowy odbiciowy

redukcja tła
 odbiciowy
refleksyjny
bariera
  fotoelektryczny

widełkowy
 bezkontaktowy, odbiciowy
 światłowodowy
 laserowy

klasy II
 laserowy

przelotowy
 
Właściwości
 bramka:

wykrywa obiekty

od 0,3 mm
 przełączalna wersja:

Light/Dark-ON
 eliminacja wpływu tła
 niewielki wpływ koloru obiektu i otoczenia na detekcję, regulowana czułość
  wykrywanie etykiet
 pomiar przemieszczenia i amplitudy drgań; duża czułość (~0,3 mV/µm) oraz rozdzielczość
 stabilność

pomiaru;

precyzyjna

detekcja
 zintegrowany z  wzmacniaczem
 eliminacja wpływu tła
 
Cechy
 miniaturowy;

wbudowany wzmacniacz;

wskaźnik detekcji
 wysoka funkcjonalność;

wbudowany wzmacniacz;
 ustawiana strefa działania
 przycisk „teach”
  samouczący;

płaska obudowa
 programowalny

oprogramowanie do analizy
 głowica światłowodowa

typu odbiciowego
 wysoka precyzja;

wbudowana

analiza danych
 odporność na światło i zakłócenia elekromagnetyczne
 
Zakres odległości
 1 m/3 m

rozdz. 0,3 mm
 800 mm
 30....150 mm
 wejście sterujące
  rozdz. 2 mm
 51 mm

rozdz. od 6 nm do 8 µm
 330 mm
 120 mm

rozdz. 0,5 μm
 60 m
 
Czas reakcji/ próbkowania
 0,5 ms
 0,5 ms
  –
    25 μs
 200 μs
 1 ms
 
Źródło światła
 widzialne światło lasera

LED, czerwone
 LED, czerwone
 laser czerwony klasy 2

670 nm
 laserowe 650 nm, czerwone 632 nm
  podczerwone

LED
 widzialne, podczerwone
 widzialne światło czerwone
  laser
 
Sygnał wyjściowy
 PNP
 NPN
 PNP
 NPN, PNP, NPN i PNP w jednym
  PNP lub NPN
 analogowy napięciowy lub cyfrowy; złącze USB
 PNP

otwarty kolektor
 PNP i NPN
 PNP
 
Podłączenie elektryczne
  kabel
  M8 4-pin, M12 4-pin, kabel
  złącze M8 – 4 pin
 kabel, zasilacz
   kabel 2 m
 
Zasilanie
  12¼24 V DC
 10¼30 V DC
 10¼30 V napięcie stałe
  10¼30 V DC
 12 V DC
   10¼30 V DC
 
Wymiary obudowy
 8,2x23,4x12 mm
 kształt nakrętki gwint M4
 17 x 50 x 50 mm

waga 40 g
 34x12x20mm

waga 20 g
   niewielkie gabarytowo (w zależności od czujnika)
 światłowodowa

głowica 2 m

promień gięcia 4 mm

z gwintem M3
 kształt nakrętki

gwint M4
 10,8x31x20 mm
 
Stopień ochrony
 IP67
 IP67
 IP67
 IP67/IP69K
    IP67
 IP67
 IP67/IP69K
 
Temperatura otoczenia w pracy
  -25¼+55 °C
 -20¼+60 °C
 -20¼+60 °C
  -20¼+60 °C
 -265 °C ¼ +450 °C
   -25¼ +55 °C
 
Dystrybutor
 MBB s.c.

Automatech
 MBB s.c.
  SELS Sp. z o.o.
  IMPOL-1
  MBB s.c.

Automatech
 MBB s.c.

Automatech
 Automatech

Fot. PEPPERL+FUCHS

 
Tab 2. Przykłady zastosowania czujników w zautomatyzowanych metodach kontroli obecności obiektów

 
Oznaczenie
 OMRON

E3Z-B
 BAUMER

FHDH 14
 BANNER

TM186E
 PEPPERL+FUCHS

V0S120-FFPL-200-IR
  DATALOGIC

AUTOMATION

Data VS2
 ifm electronic

efector200

O1D100
 FESTO

SOEL-RT
 WENGLOR

OY2P303A0135
 
Tryb pomiaru
 detekcja przeźroczystych butelek
 dyfuzyjny

redukcja tła
 odległości
 czujnik wizyjny 2D
  czujnik wizyjny
 laserowy
 laserowy

odbiciowy

kontrastu
 pomiar czasu przejścia

odległości do 100 m
 
Właściwości
 łatwa regulacja parametrów

detekcji
 wersja

higieniczna
 metalowa obudowa;

mocowanie pod kątem prostym
   regulacja ostrości

inspekcja krawędzi

lokalizacja konturu

kompensacja położenia
 programowalne wyjście
 „teach-in”

przez przyłącze elektryczne
 „teach-in”

oprogramowanie WinTec

liniowość pomiaru 0,05 %
 
Cechy
 odporność na

działanie wody
 nastawa odległości

„teach-in”
 możliwość poprawnej

pracy w pobliżu innych czujników
 rozpoznaje pozycję otworu

640 x 480 px

kompensacja kontrastu
  rozdzielczość VGA

odcienie szarości

640 x 480 px
 4-cyfrowy wyświetlacz
 tłumienie tła dla zakresu 30¼110 mm
 odporność na bliskość innych czujników
 
Zakres odległości
 500 mm/2 m
 50¼400 mm
 20 m
 200 mm

± 50 mm
  ogniskowe
6¼16 mm
 0,2¼10 m

dokł.: 14¼47 mm
 10¼150 mm
 0,2¼30 m

histereza 15 mm
 
Czas reakcji/ próbkowania
 < 2ms
 < 1,8 ms
  100 ms
   f próbkowania 1 Hz¼50 Hz
 f próbkowania max 4000 Hz
 1000 Hz

czas 0,5ms
 
Źródło światła
 czerwona LED

660 nm
 LED czerwony pulsujący

660 nm
 widzialne światło

czerwone 660 nm
 IRED

880 nm
   widzialne światło laserowe

650 nm
 laser czerwony

klasa 2
 laser czerwony

klasa 1

660 nm
 
Sygnał wyjściowy
 PNP/NPN
 push-pull
 PNP lub NPN

lub kabel
 4 x PNPNC
  3 +1 PNP
 4¼20 mA

0¼10 V
 20 mA
 PNP
 
Podłączenie elektryczne
 konektor M8

lub kabel 2 m
 kabel 4-pin
  RS-232

wymienne
  M12
Ethernet
 złącze M12
 wtyczka M8x1,

4-pin

kabel 4-żyłowy
 złącze M12
 
Zasilanie
 12 – 24 V DC
 10¼30 V DC
 10¼30 V DC
 24 V DC
  24 V DC
 18¼30 V DC
 10¼30 V DC
 10¼30 V DC
 
Wymiary obudowy
 10,8x31x20 mm
 99,5x19,6x33,6 mm
  70x70x48,5 mm
  70x52x40 mm
 waga 0,295 kg
 20x20x12 mm
 50x42x20 mm
 
Stopień ochrony
 IP67 i IP69K

PN-EN 60529
 IP67/IP69K

proTect+
 IP69K
 IP54
  IP50
 IP67, III
 IP67
 IP68
 
Temperatura otoczenia pracy
 -25¼+55 °C
 -30¼ +60 °C
  0¼45 °C
  -10¼ +50 °C
 -10¼ +60 °C
 -20¼+60 °C
 -40¼ +60 °C
 
Dystrybutor
 Elhurt
 Newtech Eng.
 TURCK
 Pepperl+Fuchs
  Eltron
 ifm electronic
 Festo Sp. z o.o.

Fot. FESTO, OMRON

 
 
Fot.Datalogic Automation, Sensopart

 
Tadeusz Goszczyński – PIAP