การใช้อุปกรณ์โฟโตอิเล็กทริกขั้นสูงเพื่อลดความยุ่งยากในการใช้งานระบบตรวจจับแบบพร็อกซิมิตี้
Contributed By DigiKey's North American Editors
2024-11-07
เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริก (PE) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตรวจจับระยะใกล้ที่ไม่ต้องสัมผัสในระบบการผลิต อุตสาหกรรม และการพาณิชย์ เนื่องจากมีประสิทธิภาพ ทนทาน และหลักการทำงานที่ชัดเจน การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การตรวจจับขวดหรือกระป๋องบนสายการผลิตความเร็วสูง การหาแพ็คเกจในกล่องจัดส่ง การตรวจสอบประตูเปิดหรือปิด หรือการตรวจจับมนุษย์
พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบ PE สามารถออกแบบสำหรับโหมดการตรวจจับด้วยแสงที่แตกต่างกัน และแนวทางการสะท้อนกลับพื้นฐานก็เป็นการจัดเตรียมทั่วไป แม้ว่าหลักการทำงานจะเรียบง่าย แต่การตั้งค่าเซ็นเซอร์ PE อาจต้องใช้เวลาในการลองผิดลองถูกที่ใช้เวลานานในการเริ่มต้น ปรับแต่ง และเพิ่มประสิทธิภาพของอัลกอริทึมการกำหนดค่าและการตรวจจับให้เหมาะกับการใช้งานโดยเฉพาะ หรืออาจต้องปรับใหม่สำหรับการผลิตครั้งต่อไป นักออกแบบระบบจำเป็นต้องมีโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการติดตั้งที่เกี่ยวข้องและการปรับใช้ที่ล่าช้า
บทความนี้ให้ภาพรวมโดยสังเขปเกี่ยวกับพื้นฐานของ PE จากนั้นจะแนะนำพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบ PE จาก SICK, Inc. และแสดงให้เห็นว่าสามารถนำเซ็นเซอร์ดังกล่าวไปประยุกต์ใช้ได้อย่างไรโดยใช้กระบวนการตั้งค่าที่เรียบง่ายเป็นพิเศษ
พื้นฐานการตรวจจับ PE
การตรวจจับแบบพร็อกซิมิตี้ของ PE อาศัยแหล่งกำเนิดแสงที่มีลำแสงที่โฟกัสไปยังวัตถุที่ต้องการตรวจจับ โดยลำแสงนี้จะถูกใช้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจากสามวิธี ขึ้นอยู่กับว่าตัวรับสามารถตรวจจับลำแสงนี้ได้อย่างไร (รูปที่ 1)
รูปที่ 1: การตรวจจับแบบพร็อกซิมิตี้ของ PE สามารถใช้ลำแสงที่ส่งผ่านและตัวรับที่ไวต่อแสงที่สอดคล้องกันในรูปแบบทางกายภาพสามแบบ (แหล่งที่มาภาพ: Proximity Switch)
- ในการตรวจจับวัตถุแบบตัวส่งและตัวรับรวมอยู่ในตัวเรือนเดียวกัน การตรวจจับจะเกิดขึ้นเมื่อลำแสงจากเครื่องส่งสัญญาณสะท้อนออกจากวัตถุตรวจจับ
- ในการตรวจจับแบบเรโทรรีเฟล็กเตอร์ ตัวส่งและตัวรับอยู่ในตัวเรือนเดียวกัน แต่แผ่นสะท้อนแสงจะอยู่ด้านไกลของวัตถุเป้าหมาย
- ในการตรวจจับแบบผ่านลำแสง เซ็นเซอร์แสงจะอยู่ด้านหนึ่งของวัตถุ และจะระบุการมีอยู่ของวัตถุโดยการปิดกั้นแสงจากตัวส่งไปยังตัวรับ
การตรวจจับแบบพร็อกซิมิตี้ของ PE ยังสามารถนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านความปลอดภัยได้ เช่น ที่กั้นแสงหรือม่านแสง โดยที่อุปกรณ์เหล่านี้จะได้รับการติดตั้งในตำแหน่งที่เหมาะสมและทำหน้าที่เป็นประตูนิรภัย (รูปที่ 2) เมื่อตรวจพบสิ่งกีดขวาง แผงกั้นแสงจะส่งสัญญาณไปยังตัวควบคุมหรือวงจรนิรภัยแบบมีสายซึ่งจะปิดเครื่องจักรหากเกิดสิ่งกีดขวางโดยไม่คาดคิดหรือเป็นอันตราย
รูปที่ 2: การตรวจจับระยะใกล้สามารถใช้ในฉากกั้นหรือม่านแสงที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยได้ (แหล่งที่มาภาพ: SICK, Inc.)
การตรวจจับด้วย PE มีความน่าสนใจเนื่องจากใช้หลักการทำงานดั้งเดิมและรูปแบบกายภาพ นอกจากนี้แนวทางการสะท้อนกลับก็เป็นที่ต้องการเนื่องจากต้องใช้อุปกรณ์แบบมีสายเพียงด้านเดียวเท่านั้น ทำให้การติดตั้งง่ายขึ้น
การออกแบบใหม่และอินเทอร์เฟซผู้ใช้ช่วยแก้ไขปัญหาต่างๆ มากมาย
แม้ว่าการตรวจจับแบบพร็อกซิมิตี้ของ PE จะมีความเรียบง่ายในเชิงแนวคิด แต่ต้องมีการติดตั้งและจัดวางในบริเวณที่ระมัดระวัง สภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวนอาจเป็นเรื่องท้าทายและน่าหงุดหงิดสำหรับช่างเทคนิค และการพิจารณาระยะและเป้าหมายก็ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอ
การตรวจจับด้วย PE มักใช้ร่วมกับตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PLC) บ่อยครั้งผู้ติดตั้งจะต้องตั้งค่า ทดสอบ ปรับแต่ง และทดสอบซ้ำที่ PLC ซึ่งอาจอยู่ห่างจากเซ็นเซอร์ PE นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของแสง การสะท้อนที่ไม่ต้องการและการเปลี่ยนแปลง รวมถึงการบิดเบือนอื่นๆ ในโลกแห่งความเป็นจริงอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความแม่นยำ
ปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตนั้นน่ากังวลใจเป็นอย่างยิ่ง และมักจะรุนแรงขึ้นเนื่องจากความเร่งด่วนที่จะต้องแก้ไขอย่างรวดเร็ว
เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้ SICK จึงได้พัฒนากลุ่มผลิตภัณฑ์พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์ W10 (รูปที่ 3)
รูปที่ 3: ซีรีย์ W10 นำเสนอพร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบ PE ที่สมบูรณ์และซับซ้อนในตัวเรือนที่กะทัดรัดและทนทาน (แหล่งที่มาภาพ: SICK, Inc.)
เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความโดดเด่นเป็นพิเศษเนื่องจากเป็นอุปกรณ์แรกที่มีจอแสดงผลแบบหน้าจอสัมผัส (รูปที่ 4)
รูปที่ 4: หน้าจอสัมผัสแบบบูรณาการอันเป็นเอกลักษณ์ของหน่วย W10 มอบประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดียิ่งขึ้นอย่างมาก (แหล่งที่มาภาพ: SICK, Inc.)
อินเทอร์เฟซการแสดงผลนี้ใช้งานง่าย รองรับการติดตั้งอย่างรวดเร็ว และเร่งการปรับให้เข้ากับแต่ละการใช้งาน การนำทางที่ง่ายดายช่วยลดเวลาที่ใช้ในการติดตั้งและใช้งานอุปกรณ์ และอำนวยความสะดวกในการปรับแต่งระหว่างใช้งานสำหรับเป้าหมาย ความเร็ว หรือปัญหาที่ไม่คาดคิดที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังขจัดความจำเป็นในการใช้สวิตช์ ลูกบิด และการปรับแต่งทางกายภาพ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ความสมบูรณ์ของกล่อง และความปลอดภัย
แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์คลาส 1 ของซีรีส์ W10 มอบผลการตรวจจับที่แม่นยำพร้อมความแม่นยำในการทำซ้ำสูง ลำแสงเลเซอร์สีแดงที่โฟกัสจะสร้างจุดแสงเล็กๆ บนวัตถุ และทำงานรวมกับระบบการวัดแบบสามเหลี่ยมด้วยเลเซอร์ตัวรับที่รวดเร็วและแม่นยำ และการสแกนเกณฑ์การประเมินผล
นี่คือรากฐานสำหรับผลลัพธ์การตรวจจับที่มีความแม่นยำในการทำซ้ำสูงและการตัดสินใจที่รวดเร็ว โดยในโหมดความเร็ว เวลาในการตอบสนองอยู่ที่เพียง 1.8 มิลลิวินาที (ms) จึงรับประกันการสวิตช์ที่เชื่อถือได้ แม้ในความเร็วเครื่องจักรสูง ไฟ LED แสดงสถานะสองสีให้ข้อมูลตอบรับทางภาพเกี่ยวกับสถานะการตรวจจับทันที นอกจากนี้ อุปกรณ์ดังกล่าวยังเสนอการตรวจจับวัตถุที่มีคุณสมบัติพื้นผิวแตกต่างกัน เช่น ความเงา สี หรือโครงสร้าง ได้อย่างแข็งแกร่งและเชื่อถือได้
พร็อกซิมิตี้เซ็นเซอร์แบบ PE นำเสนอตัวเลือก "การสอน" (การเรียนรู้) แบบเฉพาะบุคคลสำหรับการปรับแต่งที่เฉพาะเจาะจง นอกเหนือจากโหมดการสอนแบบ One Point ซึ่งตรวจจับวัตถุที่ระยะห่างที่กำหนดแล้ว โหมดการสอน Two Point ยังช่วยให้ตรวจจับวัตถุที่มีความสูงต่างกันได้อีกด้วย โหมดแมนนวลขยายตัวเลือกในการสอนและให้ความยืดหยุ่นมากยิ่งขึ้น สามารถเปิดใช้งานโหมดการทำงานที่ปรับให้เหมาะกับการใช้งานสามโหมดโดยใช้จอภาพ เพื่อเปิดใช้งาน Foreground Suppression หรือ Background Suppression หากจำเป็น
ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือก ปรับแต่ง และบันทึกการตั้งค่าสำหรับความเร็ว โหมดการทำงานมาตรฐานหรือความแม่นยำ การละเลยสภาพแวดล้อม การตั้งค่าการสอนแต่ละรายการ พารามิเตอร์ที่กำหนดค่าไว้ล่วงหน้า และค่าขีดจำกัดได้อย่างชาญฉลาด โดยใช้หน้าจอสัมผัสในตัว คุณสมบัติการล็อกหน้าจอความปลอดภัยที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของ W10 ช่วยปกป้องการตั้งค่าจากการเข้าถึงของบุคคลภายนอก
ความยืดหยุ่นของอินเทอร์เฟซผู้ใช้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่หน้าจอสัมผัสเท่านั้น แต่สามารถเข้าถึงฟังก์ชันเดียวกันได้ผ่านฟังก์ชัน W10 IO-Link ความยืดหยุ่นดังกล่าวทำให้มีตัวเลือกในการกำหนดค่าจากระยะไกลและการรวมข้อมูลเซ็นเซอร์ที่บันทึกไว้เข้ากับเครือข่ายอัตโนมัติที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ตัวเลือกทางไฟฟ้าและแพ็คเกจสำหรับ W10
เอาต์พุตดิจิทัลของอุปกรณ์เซ็นเซอร์ W10 ถือเป็นข้อควรพิจารณาทางการออกแบบที่สำคัญ อุปกรณ์ต่างๆ มีโครงสร้างเอาต์พุต PNP/NPN แบบพุช/พูลที่ปรับได้ หากตั้งค่าเอาต์พุตเป็น PNP จะมีสัญญาณเอาต์พุตบวก และเอาต์พุตของเซ็นเซอร์สามารถจ่ายกระแสให้กับการ์ดอินพุตที่จ่ายกระแสได้ หากตั้งค่าเซ็นเซอร์เป็น NPN สัญญาณเอาต์พุตจะเป็นลบ และเอาต์พุตสามารถจ่ายกระแสเพื่อเชื่อมต่อกับการ์ดอินพุตที่จ่ายกระแสได้ (รูปที่ 5) การมีตัวเลือกทั้งสองแบบจะทำให้แน่ใจถึงความเข้ากันได้ของระดับสัญญาณพื้นฐานกับ PLC หรือตัวควบคุมระบบอื่น ๆ
รูปที่ 5: ขั้นตอนเอาต์พุตของหน่วย W10 สามารถให้ทั้งโหมดซิงค์กระแสไฟ (ด้านบน) หรือโหมดแหล่งกระแสไฟ (ด้านล่าง) เพื่อรับประกันความเข้ากันได้กับ PLC ที่เกี่ยวข้อง (แหล่งที่มาภาพ : www.realpars.com)
สามารถกำหนดค่าเอาท์พุตให้เป็นโหมดสว่างหรือมืดได้ (Light-on หรือ Dark-on) ในโหมดสว่าง เอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะมีค่าเมื่อแสงไปถึงตัวรับได้ และไม่มีค่าเมื่อแสงถูกบัง ในทางตรงกันข้าม ในโหมดมืด เอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะมีค่าเมื่อแสงถูกกั้น และไม่มีค่าเมื่อแสงไปถึงตัวรับ
แพ็คเกจเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้มักใช้ในสถานประกอบการอุตสาหกรรม อุปกรณ์ W10 มีการออกแบบที่แข็งแกร่งด้วยตัวเรือนสแตนเลส 316L และมีระดับการป้องกัน IP67 และ IP69k มีในแพ็คเกจขนาด 18 × 57 × 42.2 มิลลิเมตร (มม.) และได้รับการกำหนดให้ใช้งานในช่วงอุณหภูมิแวดล้อมตั้งแต่ -10°C ถึง +55°C
ความท้าทายประการหนึ่งของเซ็นเซอร์ในอุตสาหกรรมคือความจำเป็นในการรองรับหน่วยงานต่างๆ ในภาคสนามหรือโรงงาน ความเป็นจริงนี้ทำให้การจัดการสินค้าคงคลังและการสนับสนุนภายในองค์กรมีความซับซ้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยืดหยุ่นของซีรีส์ W10 ตระกูลนี้จึงต้องใช้ตัวเรือนเพียงสองแบบเท่านั้น (รูปที่ 6) อุปกรณ์แต่ละรุ่นมีช่วงการตรวจจับสองช่วง ซึ่งมีเพียงสี่รุ่นที่แตกต่างกัน ช่วยให้กระบวนการคัดเลือกง่ายขึ้น
รูปที่ 6: อุปกรณ์ตระกูล W10 ที่มีฟังก์ชันคล้ายคลึงกันนั้นมีให้เลือกใช้ในรูปแบบตัวเรือนสองแบบ โดยแต่ละแบบมีช่วงการตรวจจับสองช่วง (แหล่งที่มาภาพ: (SICK, Inc.)
ซีรีย์ W10 รุ่น 1133545 อยู่ในตัวเรือนทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าพร้อมรูยึดมาตรฐานขนาด 1 นิ้ว และระยะห่างของวัตถุ 25 มม. ถึง 400 มม. ในขณะที่รุ่นที่คล้ายกัน 1133547 รองรับระยะวัตถุ 25 มม. ถึง 700 มม. สำหรับการติดตั้งแบบไฮบริด รุ่น 1133544 มีรูยึด M18 แบบเกลียวด้านหน้าหรือด้านข้างขนาด 1 นิ้ว โดยมีระยะห่างของวัตถุ 25 มม. ถึง 400 มม. และ W10 รุ่น 1133546 ที่สอดคล้องกันมีกล่องแบบเดียวกันแต่มีระยะห่างของวัตถุ 25 มม. ถึง 700 มม.
สรุป
อุปกรณ์เซ็นเซอร์ PE รุ่น W10 มอบโซลูชันแผ่นสะท้อนแบบกระจายแสงที่ทนทานและใช้งานได้หลากหลายสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม คุณลักษณะขั้นสูง ได้แก่ อินเทอร์เฟซผู้ใช้หน้าจอสัมผัสในตัวรุ่นแรกของอุตสาหกรรม ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการติดตั้ง การตั้งค่า และการปรับแต่ง ในขณะที่อัลกอริทึมอันซับซ้อนช่วยเพิ่มความสามารถและความแม่นยำ

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.