Utiliser des dispositifs photoélectriques avancés pour simplifier le déploiement de la détection de proximité

Les capteurs photoélectriques (PE) sont largement utilisés pour la détection de proximité sans contact dans les systèmes de production, industriels et commerciaux en raison de leur efficacité, de leur robustesse et de la simplicité de leurs principes de fonctionnement. Les applications typiques incluent la détection de bouteilles ou de boîtes sur une ligne de production haute vitesse, la recherche de l'absence ou de la présence d'une boîte dans un carton d'expédition, la vérification d'une porte ouverte ou fermée ou la détection de présence humaine.

Les capteurs de proximité PE peuvent être conçus pour différents modes de détection optique, et l'approche rétro-réfléchissante de base est une option typique. Malgré le principe de fonctionnement simple, la configuration d'un capteur PE peut nécessiter des tests fastidieux pour initialiser, perfectionner et optimiser la configuration et l'algorithme de détection en fonction des spécificités de l'application, ou un réajustement pour un cycle de production différent. Les concepteurs de systèmes ont besoin d'une solution plus rationalisée pour éviter la configuration associée et les déploiements retardés.

Cet article fournit un bref aperçu des principes de base des capteurs photoélectriques. Il présente ensuite des capteurs de proximité PE de SICK, Inc. et montre comment ils peuvent être appliqués avec un processus de configuration particulièrement simplifié.

Principes de base de la détection PE

La détection de proximité PE repose sur une source lumineuse avec un faisceau étroitement focalisé dirigé vers l'objet à détecter. Ce faisceau lumineux est ensuite utilisé de trois façons différentes en fonction de la manière dont il est détecté par un récepteur (Figure 1).

Figure 1 : La détection de proximité PE peut utiliser un faisceau lumineux transmis et un récepteur photosensible correspondant dans trois configurations physiques. (Source de l'image : Proximity Switch)

• Dans la détection à réflexion diffuse, l'émetteur et le récepteur sont logés ensemble et la détection se produit lorsque le faisceau lumineux de l'émetteur rebondit sur l'objet d'intérêt.
• Dans la détection rétroréfléchissante, l'émetteur et le récepteur sont également dans le même boîtier, mais le réflecteur se trouve à l'opposé de l'objet cible.
• Dans la détection à faisceau traversant, le photodétecteur est situé de l'autre côté de l'objet, et l'objet signale sa présence en bloquant la lumière de l'émetteur au récepteur.

La détection de proximité PE peut également être utilisée à des fins de sécurité, comme les barrières photoélectriques ou les barrières immatérielles, où ces dispositifs sont montés de manière stratégique et servent de barrières de sécurité (Figure 2). Lorsqu'une obstruction est détectée, la barrière photoélectrique envoie un signal à un contrôleur ou à un circuit de sécurité câblé qui arrête la machine si l'obstruction est inattendue ou dangereuse.

Figure 2 : La détection de proximité peut être utilisée dans une barrière photoélectrique ou une barrière immatérielle de sécurité. (Source de l'image : SICK, Inc.)

La détection PE est intéressante car elle utilise un principe de fonctionnement et une configuration physique intuitifs. Les approches réfléchissantes sont également recherchées car elles ne requièrent un dispositif câblé que d'un seul côté, simplifiant ainsi la logistique d'installation.

Nouvelle conception et nouvelle interface utilisateur pour relever de nombreux défis

Malgré sa simplicité conceptuelle, la détection de proximité PE exige un montage, une installation et un alignement minutieux sur le terrain. Les environnements visuellement bruyants peuvent s'avérer difficiles et frustrants pour les techniciens, et les considérations de portée et de visée affectent les performances et la cohérence.

La détection PE est fréquemment utilisée avec un automate programmable (PLC). Souvent, l'installateur doit configurer, tester, ajuster et retester l'automate, qui peut être situé à une certaine distance de l'unité PE. De plus, les variations de luminosité, les reflets indésirables et changeants ainsi que d'autres distorsions du monde réel peuvent affecter les performances et la précision.

Les problèmes qui surviennent pendant les cycles de production sont particulièrement gênants et sont souvent aggravés par l'urgence de les résoudre rapidement.

Pour surmonter ces problèmes, SICK a développé la gamme de capteurs de proximité W10 (Figure 3).

Figure 3 : La série W10 fournit des capteurs de proximité PE complets et sophistiqués dans un boîtier compact et robuste. (Source de l'image : SICK, Inc.)

Ces unités se distinguent particulièrement car elles sont les premières à être dotées d'un écran tactile (Figure 4).

Figure 4 : L'écran tactile intégré unique des unités W10 offre une expérience utilisateur hautement améliorée. (Source de l'image : SICK, Inc.)

Cette interface d'affichage offre une grande facilité d'utilisation, permet une installation rapide et accélère l'adaptation à chaque application. La navigation aisée réduit le temps nécessaire à la mise en service du dispositif et facilite les réglages en cours d'utilisation en fonction des cibles, des vitesses ou des problèmes inattendus. L'interface élimine également le recours à des commutateurs, des boutons et des réglages physiques sur l'unité, améliorant ainsi la fiabilité, l'intégrité du boîtier et la sécurité.

La source de lumière laser de classe 1 de la série W10 fournit des résultats de détection précis avec une haute exactitude de répétition. Le faisceau laser rouge focalisé produit un petit point lumineux sur un objet et est combiné à un système de triangulation laser rapide et précis et à un balayage de ligne d'évaluation.

Cela constitue la base pour des résultats de détection avec une haute précision de répétition et des décisions rapides. En mode Speed, le temps de réponse est de seulement 1,8 milliseconde (ms), garantissant un comportement de commutation fiable même à des vitesses de machine élevées. Les voyants LED bicolores fournissent un retour visuel immédiat sur l'état de détection. De plus, les unités offrent une détection robuste et fiable d'objets avec différentes propriétés de surface telles que la brillance, la couleur ou la structure.

Les capteurs de proximité PE offrent des options d'apprentissage individuelles pour des adaptations spécifiques. Outre l'apprentissage habituel à un point, qui détecte les objets à une distance définie, un mode d'apprentissage à deux points permet la détection d'objets de différentes hauteurs. Un mode manuel étend les options d'apprentissage et offre encore plus de flexibilité. Trois modes de fonctionnement optimisés pour les applications peuvent être activés via l'écran pour permettre la suppression de l'avant-plan ou de l'arrière-plan si nécessaire.

Depuis l'écran tactile intégré, l'opérateur peut sélectionner, ajuster et enregistrer intuitivement les paramètres pour les modes Speed, Standard ou Precision, la suppression ambiante, les paramètres d'apprentissage individuels, les paramètres préconfigurés et les valeurs limites. La fonction unique de verrouillage de sécurité de l'écran du W10 protège les paramètres contre l'accès par des tiers.

La flexibilité de l'interface utilisateur ne se limite pas à l'écran tactile : les mêmes fonctions sont accessibles via la fonctionnalité IO-Link W10. Cela permet la configuration à distance et l'intégration efficace des données de capteur enregistrées dans un réseau d'automatisation existant.

Options électriques et conditionnement pour le W10

La sortie numérique des capteurs W10 est une considération de conception importante. Les unités offrent une structure de sortie PNP/NPN push/pull réglable. Si la sortie est réglée sur PNP, elle a un signal de sortie positif et la sortie du capteur peut générer du courant pour une carte d'entrée de réception de courant. Si le capteur est réglé sur NPN, le signal de sortie est négatif et la sortie peut recevoir du courant pour la connexion à une carte d'entrée de génération de courant (Figure 5). La disponibilité de ces deux options garantit une compatibilité au niveau des signaux de base avec un PLC ou d'autres contrôleurs système.

Figure 5 : L'étage de sortie des unités W10 peut fournir à la fois des modes de réception de courant (en haut) ou de génération de courant (en bas) pour garantir la compatibilité avec le PLC associé. (Source de l'image : www.realpars.com)

La sortie peut être configurée pour des modes de sortie clair ou sombre (light-on ou dark-on). En mode clair, la sortie du capteur est activée lorsque la lumière peut atteindre le récepteur et désactivée lorsque la lumière est bloquée. En revanche, en mode sombre, la sortie du capteur est activée lorsque la lumière est bloquée et désactivée lorsque la lumière atteint le récepteur.

Le boîtier physique est important car ces unités sont généralement utilisées dans des environnements industriels. Les unités W10 présentent une conception robuste avec un boîtier en acier inoxydable 316L et des indices de protection IP67 et IP69k. Ils sont proposés en boîtier de 18 millimètres (mm) × 57 mm × 42,2 mm et sont spécifiés pour un fonctionnement sur une plage de températures ambiantes de -10°C à +55°C.

L'un des défis des capteurs industriels est la nécessité de prendre en charge différentes unités sur le terrain ou en usine. Cette réalité complique le stock et le support en interne. Cependant, grâce à la flexibilité de la série W10, la gamme de produits ne requiert que deux styles de boîtiers (Figure 6). Chacun d'entre eux dispose de deux plages de détection pour un total de seulement quatre modèles distincts, simplifiant ainsi le processus de sélection.

Figure 6 : Les unités fonctionnellement similaires de la gamme W10 sont disponibles dans deux styles de boîtiers, chacun avec deux plages de détection. (Source de l'image : SICK, Inc.)

Le modèle 1133545 de la série W10 est disponible dans un boîtier rectangulaire avec un orifice de montage standard de 25,4 mm et une distance d'objet de 25 mm à 400 mm, tandis que le modèle 1133547 similaire prend en charge une distance d'objet de 25 mm à 700 mm. Pour les installations hybrides, le modèle 1133544 est doté d'un orifice de montage M18 fileté de 25,4 mm, frontal ou latéral, avec une distance d'objet de 25 mm à 400 mm, et le modèle W10 1133546 correspondant dispose du même boîtier mais avec une distance d'objet de 25 mm à 700 mm.

Conclusion

Les unités de capteurs PE W10 offrent des solutions de réflecteurs diffus polyvalentes et robustes pour les applications industrielles. Leurs fonctionnalités avancées incluent la première interface utilisateur à écran tactile intégré de l'industrie, simplifiant l'installation, la configuration et le réglage, tandis que leurs algorithmes sophistiqués offrent des capacités et une précision améliorées.