Sensor fotoelectrico difuso


Fundamentos de los sensores fotoeléctricos


A medida que el mundo de la fabricación se vuelve cada vez más automatizado, los sensores industriales se han convertido en la clave para aumentar tanto la productividad como la seguridad.

Los sensores industriales son los ojos y oídos del nuevo piso de la fábrica, y vienen en todos los tamaños, formas y tecnologías. Las tecnologías más comunes son inductivas, capacitivas, fotoeléctricas, magnéticas y ultrasónicas. Cada tecnología tiene fortalezas y debilidades únicas, por lo que los requisitos de la aplicación determinarán qué tecnología se debe utilizar. Este artículo se centra en los sensores fotoeléctricos y define cuáles son, sus ventajas y algunos modos básicos de funcionamiento.

Los sensores fotoeléctricos están fácilmente presentes en la vida cotidiana. Ayudan a controlar de manera segura la apertura y el cierre de las puertas del garaje, abren los grifos del fregadero con un gesto de la mano, controlan los ascensores, abren las puertas de la tienda de comestibles, detectan el auto ganador en eventos de carreras y mucho más.

Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo que detecta un cambio en la intensidad de la luz. Típicamente, esto significa no detección o detección de la fuente de luz emitida por el sensor. El tipo de luz y el método por el cual se detecta el objetivo varía según el sensor.

Los sensores fotoeléctricos están formados por una fuente de luz (LED), un receptor (fototransistor), un convertidor de señal y un amplificador. El fototransistor analiza la luz entrante, verifica que proviene del LED y dispara adecuadamente una salida.



Los sensores fotoeléctricos ofrecen muchas ventajas en comparación con otras tecnologías. Los rangos de detección para sensores fotoeléctricos superan con creces las tecnologías inductivas, capacitivas, magnéticas y ultrasónicas. Su pequeño tamaño versus rango de detección y una variedad única de carcasas los hace un ajuste perfecto para casi cualquier aplicación. Finalmente, con los continuos avances en tecnología, los sensores fotoeléctricos son competitivos en precio con otras tecnologías de detección.

Modos de detección Los
sensores fotoeléctricos proporcionan tres métodos principales de detección de objetivos: difuso, retrorreflectante y de haz directo, con variaciones de cada uno.

Modo difuso
En la detección de modo difuso, a veces llamado modo de proximidad, el transmisor y el receptor están en la misma carcasa. La luz del transmisor golpea el objetivo, que refleja la luz en ángulos arbitrarios. Parte de la luz reflejada regresa al receptor y se detecta el objetivo. Debido a que gran parte de la energía transmitida se pierde debido al ángulo de los objetivos y la capacidad de reflejar la luz, el modo difuso da como resultado rangos de detección más cortos de lo que se puede lograr con los modos retro-reflectantes y de haz directo.

La ventaja es que no se requiere un dispositivo secundario, como un reflector o un receptor separado. Los factores que afectan el rango de detección del modo difuso incluyen el color, el tamaño y el acabado del objetivo porque afectan directamente su reflectividad y, por lo tanto, su capacidad de reflejar la luz de regreso al receptor del sensor. La siguiente tabla ilustra el efecto del objetivo en el rango de detección para la detección en modo difuso.

TABLA DE REFLECTIVIDAD DEL MODO DIFUSO



* Los valores en este cuadro son solo orientativos, ya que una variedad de factores determinan el rango de detección exacto en una aplicación.

Modo de haz convergente difuso
El modo de haz convergente es un método más eficiente de detección de modo difuso. En el modo de haz convergente, la lente del transmisor se enfoca en un punto exacto frente al sensor, y la lente del receptor se enfoca en el mismo punto. El rango de detección es fijo y se define como el punto de enfoque. El sensor puede detectar un objeto en este punto focal, más o menos cierta distancia, conocida como la "ventana de detección". Los objetos delante o detrás de esta ventana de detección se ignoran. La ventana de detección depende de la reflectividad del objetivo y del ajuste de sensibilidad. Debido a que toda la energía emitida se enfoca en un solo punto, hay una gran cantidad de exceso de ganancia disponible, lo que permite al sensor detectar fácilmente objetivos estrechos o de baja reflectividad.



Modo difuso con supresión de fondo La
detección en modo difuso con supresión de fondo detecta objetivos solo hasta una cierta distancia de “corte”, pero ignora los objetos más allá de la distancia. Este modo también minimiza la sensibilidad al color del objetivo entre las variaciones de modo difuso. Una ventaja principal del modo difuso con supresión de fondo es la capacidad de ignorar un objeto de fondo que puede ser identificado incorrectamente como un objetivo por un sensor fotoeléctrico de modo difuso estándar.

El modo difuso con supresión de fondo puede funcionar a una distancia fija o a una distancia variable. La supresión de fondo se puede lograr técnicamente de dos maneras, ya sea mecánica o electrónicamente.

Modo difuso con supresión mecánica de fondo
Para la supresión mecánica del fondo, hay dos elementos receptores en el sensor fotoeléctrico, uno de los cuales recibe luz del objetivo y el otro recibe luz del fondo. Cuando la luz reflejada en el receptor de destino es mayor que la del receptor de fondo, se detecta el objetivo y se activa la salida. Cuando la luz reflejada en el receptor de fondo es mayor que la del receptor objetivo, el objetivo no se detecta y la salida no cambia de estado. El punto focal se puede ajustar mecánicamente para sensores de distancia variable.



Modo difuso con supresión
electrónica de fondo Con la supresión electrónica de fondo, se utiliza un dispositivo sensible a la posición (PSD) dentro del sensor en lugar de piezas mecánicas. El transmisor emite un haz de luz, que se refleja en dos puntos diferentes en el PSD tanto del objetivo como del material de fondo. El sensor evalúa la luz que incide en estos dos puntos en el PSD y compara esta señal con el valor preestablecido para determinar si la salida cambia de estado.


Modo
retroreflectante El modoretroreflectante es el segundo modo primario de detección fotoeléctrica. Al igual que con la detección de modo difuso, el transmisor y el receptor están en la misma carcasa, pero se utiliza un reflector para reflejar la luz del transmisor de regreso al receptor. El objetivo se detecta cuando bloquea el haz del sensor fotoeléctrico al reflector. El modo retrorreflectante generalmente permite rangos de detección más largos que el modo difuso debido a la mayor eficiencia del reflector en comparación con la reflectividad de la mayoría de los objetivos. El color y el acabado del objetivo no afectan el rango de detección en modo retroreflectante como lo hacen con el modo difuso.

Los sensores fotoeléctricos en modo retroreflectante están disponibles con o sin filtros de polarización. Un filtro de polarización solo permite que la luz en un cierto ángulo de fase regrese al receptor, lo que permite que el sensor vea un objeto brillante como un objetivo y no incorrectamente como un reflector. Esto se debe a que la luz reflejada por los reflectores cambia la fase de la luz, mientras que la luz reflejada por un blanco brillante no lo hace. Se debe utilizar un sensor fotoeléctrico retroreflectante polarizado con un reflector de cubo de esquina, que es un tipo de reflector con la capacidad de devolver con precisión la energía de la luz, en un eje paralelo, de regreso al receptor. Se recomiendan sensores retroreflectantes polarizados para cualquier aplicación con objetivos reflectantes.


Los sensores fotoeléctricos retroreflectantes no polarizados generalmente permiten rangos de detección más largos que las versiones polarizadas, pero pueden identificar falsamente un blanco brillante como reflector.

Modo
retroreflectante para la detección de objetos claros La detección de objetos claros se puede lograr con un modo retroreflectante para la detección de objetos claros en el sensor fotoeléctrico. Estos sensores utilizan un circuito de histéresis baja para detectar pequeños cambios en la luz que ocurren comúnmente al detectar objetos claros. El sensor de modo de objeto claro utiliza filtros polarizados tanto en el transmisor como en el receptor del sensor para reducir las respuestas falsas causadas por los reflejos del objetivo.

Modo retroreflexivo con supresión de primer plano
Los sensores retrorreflectantes con supresión de primer plano no identificarán falsamente los objetivos brillantes como el reflector cuando se encuentren dentro de una cierta distancia o zona muerta. Este modo es adecuado para detectar paletas retractiladas, ya que un sensor de modo retrorreflectante estándar puede confundir la cubierta brillante de un reflector y no cambiar el estado. Las aberturas ópticas frente a los elementos transmisores y receptores en la carcasa del sensor producen una zona para eliminar la detección errónea de material reflectante.

Modo pasante
El modo de haz directo, también llamado modo opuesto, es el tercer y último método primario de detección para sensores fotoeléctricos. Este modo utiliza dos alojamientos separados, uno para el transmisor y otro para el receptor. La luz del transmisor apunta al receptor y cuando un objetivo rompe este haz de luz, se activa la salida del receptor. Este modo es el más eficiente de los tres y permite los rangos de detección más largos posibles para sensores fotoeléctricos.

Los sensores de modo de haz directo están disponibles en una variedad de estilos. El más común incluye una carcasa del transmisor, una carcasa del receptor y un haz de luz entre las dos carcasas. Otro tipo son los sensores fotoeléctricos de "ranura" o "horquilla" que incorporan tanto el transmisor como el receptor en una carcasa, sin necesidad de alineación. Las redes de luz son conjuntos de muchos transmisores diferentes en una carcasa y muchos receptores diferentes en otra carcasa, que, cuando se apuntan entre sí, crean una "hoja" virtual de haces de luz.

Detección de fibra óptica
Los sensores de fibra guían la luz del transmisor a través de cables de plástico o vidrio llamados cables de fibra óptica. En aplicaciones que involucran objetivos pequeños o condiciones desfavorables, los cables de fibra óptica pueden ser la solución óptima. Los cables de fibra óptica permiten la detección en modo difuso o de haz continuo.

Los cables de fibra óptica de vidrio se construyen a partir de pequeños filamentos de vidrio que se agrupan dentro de una cubierta específica de la aplicación. Los cables de fibra óptica de vidrio son típicamente más resistentes que las versiones de plástico, más eficientes en la transmisión de luz, lo que resulta en rangos de detección más largos, y funcionan bien con luz roja e infrarroja visible.

Los cables de fibra óptica de plástico se fabrican con un material de monofilamento plástico conductor de la luz y se alojan en una cubierta protectora de PVC. Los cables de fibra óptica de plástico suelen ser más flexibles y rentables que las versiones de vidrio, se pueden cortar a medida y funcionan solo con luz visible.

SIDEBAR / BOX
Sensores fotoeléctricos específicos de la aplicación
Además de los modos de operación estándar para sensores fotoeléctricos, también existen varios sensores específicos de la aplicación. Estos sensores se utilizan para resolver muchas aplicaciones fotoeléctricas no tradicionales, como la detección de cambios en el color de un objetivo, objetivos porosos y marcas invisibles en los productos.

Los ejemplos de sensores específicos de la aplicación incluyen:

Color - Los sensores de color están disponibles en una amplia variedad de estilos y opciones. Los sensores de color más básicos son unidades de un solo canal, que se pueden programar para detectar un solo color. Las unidades más avanzadas pueden detectar hasta diez o más colores únicos y permitir que se programen múltiples tonos en el mismo canal. Las aplicaciones típicas incluyen el control de calidad donde se marcan diferentes colores en el producto, a medida que se completa una etapa de producción. Otra posible aplicación sería programar múltiples tonos de un color en el mismo canal. Estos colores podrían indicar el rango aceptable de variación de color del fabricante para un producto terminado en una aplicación de tintura o moldeo por inyección.

Contraste - Los sensores de contraste se utilizan para detectar una diferencia en dos colores o medios. El sensor se enseña primero dos condiciones diferentes. Luego, evalúa las condiciones actuales, y si la luz reflejada del objetivo actual está más cerca de la primera condición, la salida permanecerá apagada. Si la luz reflejada del objetivo actual está más cerca de la segunda condición, la salida cambiará de estado. Una aplicación típica para la detección de contraste es la detección de marcas de registro antes de cortar o convertir papel en la industria del embalaje.

Luminiscencia - Los sensores de luminiscencia se utilizan para detectar tintas, grasas, pegamentos, pinturas, tizas y otros materiales con propiedades luminiscentes. Las marcas en fondos irregulares y marcas claras o invisibles se detectan fácilmente utilizando una fuente de luz ultravioleta. Las aplicaciones típicas para los sensores de luminiscencia son detectar los sellos transparentes a prueba de manipulaciones en las botellas de medicamentos o detectar un producto defectuoso que ha sido marcado con tiza (es decir, un nudo en un pedazo de madera).

Rejillas de luz - Las cuadrículas de luz se utilizan para crear una cuadrícula o una lámina de luz. Existen muchas variaciones, tamaños y aplicaciones para las redes de luz. Se pueden usar rejillas de luz en miniatura de alta resolución para el recuento de piezas pequeñas. Se pueden usar rejillas más grandes para garantizar la expulsión de la pieza de una prensa antes del siguiente ciclo de prensa. Las rejillas de luz de seguridad se utilizan para crear un "perímetro" seguro alrededor de una máquina para que los operadores estén protegidos de las partes potencialmente peligrosas de la máquina.

Infrarrojo pasivo - Los sensores infrarrojos pasivos se utilizan para detectar el movimiento de un objeto dentro de un área o zona de detección definida. El término pasivo se usa porque el sensor no emite ninguna luz, sino que detecta las emisiones infrarrojas de un objeto con una temperatura que es diferente del entorno. Una aplicación típica para sensores infrarrojos pasivos es controlar puertas o luces automáticas.

Escáneres de zona - Al igual que los sensores infrarrojos pasivos, los escáneres de área se utilizan para detectar la presencia o el movimiento de un objeto dentro de un área o zona de detección definida. La principal diferencia es que los sensores infrarrojos activos emiten luz y pueden detectar el movimiento de un objeto en el área cuando no se puede determinar la temperatura del objetivo. Una aplicación típica podría ser detectar vehículos que se acercan a una puerta superior en un almacén, ya que no se pudo determinar ni la temperatura del vehículo ni el entorno.