cảm biến quang điện là gì
Cảm biến quang điện phát hiện một vật thể bằng cách đưa ánh sáng qua khoảng không nơi vật thể sẽ đi tới, rồi theo dõi phần nào quay về và phần nào không tới được. Trên một dây chuyền, đây chính là thiết bị dùng để kiểm tra có phôi hay không, đếm số, phát hiện cạnh và các vị trí canh bảo vệ; so với những họ thiết bị khác, nó thường là cách trả lời một câu hỏi có-không về vị trí với giá thành thấp hơn.
Nó khác với cảm biến kiểu cảm ứng hoặc kiểu điện dung ở chính điểm quyết định cả thế mạnh lẫn điểm yếu của nó. Không có trường từ nào cần bị triệt tiêu, nên gần như mọi vật liệu đều phát hiện được, ở những khoảng cách mà cảm biến cảm ứng không với tới được, và một vật thể trong suốt hay một dấu in cũng phân biệt được chẳng khác gì một vật đặc. Chính đường quang học làm nên điều đó cũng là thứ mà bụi, sương mù, rửa trôi và một tầm nhìn bị chắn sẽ cắt ngang.
Việc lựa chọn xoay quanh bốn câu hỏi: cảm biến có thể lắp ở đâu so với vật thể, vật thể là gì và trả lại bao nhiêu ánh sáng, nền phía sau nó trông ra sao, và đầu vào của bộ điều khiển đòi hỏi gì. Câu thứ hai và câu thứ ba mới là thứ phân tách các chế độ cảm biến, chứ không chỉ riêng khoảng cách cảm biến.
Cách cảm biến quang điện đo
Các chế độ cảm biến khác nhau ở chỗ ánh sáng đi đâu, và mỗi chế độ trả lời một vấn đề khác nhau. Cảm biến khuếch tán thuần phát ánh sáng ra ngoài và đổi trạng thái khi đủ lượng ánh sáng quay về; nó không cần gì ở phía bên kia vật thể, nhưng điểm đổi trạng thái khi đó phụ thuộc vào độ phản xạ của vật thể. Cảm biến khuếch tán có triệt tiêu nền xác định ánh sáng đến từ đâu chứ không phải có bao nhiêu ánh sáng tới, dựa vào góc nhìn khác nhau của đầu phát và đầu thu đối với vật thể, nên nó đổi trạng thái theo khoảng cách và có thể được đặt để bỏ qua những gì nằm phía sau mục tiêu.
Cảm biến phản xạ gương gửi một chùm tia tới một tấm phản xạ và phát hiện vật thể khi chùm tia bị cắt; cách này chỉ cần một tuyến đi dây và một vị trí lắp, nhưng phải có tấm phản xạ ở phía đối diện. Một cặp thu phát độc lập đặt đầu phát và đầu thu ở hai đầu đối diện nhau và phát hiện khi chùm tia giữa chúng bị ngắt; cách này cho tầm xa nhất và phép phát hiện đáng tin cậy nhất, đổi bằng việc phải đi dây và canh chỉnh cả hai đầu. Đường quang học ở hai chế độ sau là cố định, nên điểm đổi trạng thái hoàn toàn không phụ thuộc vào vật thể.
Điều giới hạn cả bốn chế độ trong thực tế là độ tương phản giữa vật thể và môi trường xung quanh nó. Một vật thể phản xạ tốt có thể trả về nhiều ánh sáng hơn từ một góc nghiêng so với một vật khuếch tán trả về theo hướng thẳng, còn một vật tối màu thì trả về rất ít; vì vậy điểm đổi trạng thái đặt trên một chi tiết này có thể không đứng vững trên chi tiết khác. Khung máy, băng tải hoặc một tấm che bóng loáng phía sau có thể đóng góp nhiều ánh sáng phản xạ hơn chính vật thể, và đó đúng là vấn đề mà triệt tiêu nền sinh ra để giải, cũng là lý do đôi khi không tài nào làm cho một cảm biến khuếch tán thuần chạy được trên một bố trí nhất định.
Lựa chọn cấu hình
Phần lớn thông số được quyết định bởi những lựa chọn này chứ không phải bởi cấp chính xác. Mỗi lựa chọn ràng buộc lựa chọn kế tiếp, nên chúng được chốt theo thứ tự.
| Cấu hình | Tùy chọn cần xác định | Nó thực sự quyết định điều gì |
| Chế độ cảm biến | Khuếch tán, khuếch tán có triệt tiêu nền, phản xạ gương, thu phát độc lập | Phải lắp thêm gì ở phía bên kia vật thể, và điểm đổi trạng thái phụ thuộc vào vật thể hay vào một đường quang học cố định. |
| Khoảng cách cảm biến | Từ vài milimét đến vài mét, tùy theo chế độ | Cảm biến có thể được lắp ở đâu. Con số công bố được đo trên một mục tiêu chuẩn tham chiếu, nên khoảng cách làm việc thực tế ngắn hơn với vật tối màu hoặc thô ráp. |
| Nguồn sáng và kích thước điểm sáng | Đỏ khả kiến hoặc hồng ngoại, cùng đường kính điểm sáng tại khoảng cách làm việc | Có thể nhắm chùm tia được hay không, và vật thể nhỏ tới đâu thì còn phát hiện được chắc chắn. Điểm sáng công bố ở những khoảng cách khác nhau thì không đem so trực tiếp với nhau được. |
| Kiểu đầu ra | PNP, NPN, hoặc một đầu ra tương tự trên một số model | Cảm biến nối vào đầu vào bộ điều khiển thế nào, và giá trị ấy là một ngưỡng hay một phép đo. |
| Trạng thái đầu ra | Thường mở, thường đóng, hoặc đổi được | Bộ điều khiển nhìn thấy gì khi không có vật thể; đây là một quyết định đi dây chứ không phải chuyện ưa thích. |
| Điều chỉnh độ nhạy | Biến trở một vòng, nút bấm dạy vị trí, hoặc một mức đặt sẵn cố định | Điểm đổi trạng thái được đặt tại hiện trường ra sao, và nó có đặt lại nhanh được trong mỗi lần đổi chủng loại hay không. |
| Vỏ và làm kín | Hình chữ nhật hoặc hình trụ, kèm cấp bảo vệ chống xâm nhập | Cảm biến có chịu đựng được ở nơi nó lắp hay không. Một cấp chịu tạt nước không đồng nghĩa với một cấp chịu rửa trôi bằng tia áp lực cao. |
| Kết nối | Cáp liền, hoặc đầu nối | Một cảm biến bị hỏng thay được nhanh đến mức nào; điều này quan trọng trên một máy mang theo nhiều cảm biến. |
Cách chọn cảm biến quang điện
| Yếu tố | Vì sao nó quyết định kết quả | Cách xác định trước khi gửi yêu cầu |
|---|
| Vật thể làm bằng gì và phản xạ ra sao | Khoảng cách cảm biến được đo trên một mục tiêu chuẩn màu trắng nhám, còn vật tối màu, bóng hoặc nghiêng thì xử sự khác đi | Mô tả vật thể, màu và bề mặt của nó, và cho biết liệu cùng một cảm biến có phải xử lý nhiều hơn một loại hay không. |
| Nền phía sau vật thể | Một nền phản xạ có thể đóng góp nhiều ánh sáng hơn chính vật thể, và đó đúng là việc của triệt tiêu nền | Nêu rõ cái gì đứng sau vật thể và cách nó bao xa, vì điều đó quyết định cảm biến khuếch tán thuần có làm được việc hay không. |
| Những vị trí lắp có được | Có chế độ cần một điểm lắp, có chế độ cần hai, và tầm với cũng khác nhau theo chế độ | Cho biết khoảng cách từ chỗ cảm biến có thể đặt tới chỗ vật thể đi qua, cùng khoảng trống ở phía bên kia. |
| Kích thước và tốc độ của vật thể | Một vật nhỏ hoặc nhanh cần điểm sáng nằm vừa bên trong nó và một thời gian đáp đủ phân giải lượt đi qua | Cho biết kích thước nhỏ nhất của vật thể cắt ngang chùm tia và tốc độ của dây chuyền. |
| Ánh sáng môi trường và bầu khí quyển | Ánh sáng môi trường mạnh sẽ gây nhiễu, còn bụi, sương mù và rửa trôi thì cắt ngang đường quang học | Mô tả buồng nơi cảm biến nằm, gồm cả việc nắng có chiếu tới đó được không và buồng có bị xịt nước hay không. |
| Đầu vào bộ điều khiển | Kiểu đầu vào đặt ra dạng đầu ra, còn logic của chương trình quyết định trạng thái đầu ra | Xác nhận kiểu đầu vào và chương trình mong đợi gì khi không có vật thể. |
| Điều gì xảy ra khi một lần phát hiện bị bỏ sót | Hậu quả ấy quyết định cần bao nhiêu biên dự phòng và bao nhiêu ổn định định vị | Cho biết một phôi bị sót dẫn tới sửa lỗi hay tới dừng máy, vì điều đó thay đổi cách chọn chế độ. |
Cảm biến quang điện phát hiện sự gián đoạn hoặc sự quay về của ánh sáng, chứ không phát hiện bản thân vật thể. Bất cứ thứ gì đi vào chùm tia hoặc chắn tầm nhìn đều có thể kích hoạt nó, đó là lý do một tấm chắn hay một nắp tiếp cận nằm trong đường quang học là một phần của việc bố trí lắp đặt, chứ không phải chi tiết để tính sau.
Các lựa chọn thay thế gần nhất
Đây là những loại mà một yêu cầu về cảm biến quang điện thường hóa ra là, và là điểm mà lựa chọn thực sự được quyết định.
| Loại thay thế gần nhất | Điều gì phân biệt nó với cảm biến quang điện |
| Cảm biến tiệm cận | Các kiểu cảm ứng và kiểu điện dung bỏ hẳn đường quang học, nên bụi, sương mù và tầm nhìn bị chắn không ảnh hưởng tới chúng, và chúng có thể được lắp chìm ngay trong một giá đỡ kim loại. Đổi lại, chúng chỉ đáp ứng với kim loại và ở khoảng cách ngắn hơn nhiều, nên một chi tiết nhựa hoặc một mục tiêu cách vài trăm milimét vẫn đòi hỏi cảm biến quang điện. |
| Cảm biến vị trí | Cảm biến vị trí báo cái gì đó đang ở đâu, thường dưới dạng một giá trị liên tục trên cả hành trình. Cảm biến quang điện báo rằng cái gì đó đã tới một điểm. Khi bộ điều khiển cần vị trí thực chứ không phải một xác nhận, cảm biến quang điện chỉ cung cấp một phần của đáp số. |
| Cảm biến dịch chuyển | Chúng đo một chuyển động nhỏ thành một khoảng cách liên tục; cảm biến quang học ở một số dạng cũng làm được điều đó, nhưng không phải ở các phiên bản đổi trạng thái được nói tới ở đây. Khi vấn đề là độ lớn của chuyển động chứ không phải sự có mặt của nó, thiết bị cần dùng là cảm biến dịch chuyển, và một công tắc quang điện không thay thế được. |
| Cảm biến mức | Phát hiện mức là một trường hợp riêng của phát hiện sự có mặt, và đôi khi vẫn được làm bằng các phần tử quang học; nhưng cảm biến mức được quy định theo vật liệu cần đo, theo bình chứa và theo điều kiện bên trong nó. Khi yêu cầu là một giới hạn đổ đầy trong bồn, họ cảm biến mức mới là nơi cần xem, chứ không phải một công tắc quang học đa dụng. |
| Bộ mã hóa và hệ thống đếm | Việc đếm phôi trên một dây chuyền có thể thực hiện bằng cách đếm xung từ trục truyền động của máy thay vì phát hiện từng phôi. Khi các phôi cách đều nhau và truyền động đáng tin cậy, cách đó loại bỏ hẳn cảm biến; khi không như vậy, một cảm biến quang điện phát hiện từng phôi mới là phép đo trực tiếp hơn. |
Nội dung cần có trong yêu cầu
Phản hồi đầu tiên có thể là một báo giá thay vì một loạt câu hỏi nếu yêu cầu mang theo những thông tin này. Khi không biết một giá trị, hãy gửi mô tả nhiệm vụ và chúng tôi sẽ xác nhận nó ngụ ý điều gì.
- Vật thể là gì, màu của nó và hoàn thiện bề mặt của nó
- Kích thước nhỏ nhất của vật thể cắt ngang chùm tia, và tốc độ dây chuyền
- Cái gì đứng phía sau vật thể và cách nó bao xa
- Khoảng cách từ vị trí lắp đến vật thể, và khoảng trống có được ở phía bên kia
- Cùng một cảm biến có phải xử lý nhiều hơn một loại vật thể hay không
- Kiểu đầu vào của bộ điều khiển, và chương trình mong đợi gì khi không có vật thể
- Điều kiện môi trường: nắng, bụi, sương mù, rửa trôi
- Cảm biến phải thay thế được nhanh đến đâu khi thiết bị đang vận hành
- Hậu quả của một lần phát hiện bị bỏ sót là phải sửa lỗi hay phải dừng máy
