Utilizzare dispositivi fotoelettrici avanzati per semplificare l'implementazione del rilevamento di prossimità

I sensori fotoelettrici (PE) sono ampiamente utilizzati per il rilevamento di prossimità senza contatto nei sistemi di produzione industriali e commerciali grazie alla loro efficacia, robustezza e chiarezza dei principi operativi. Le applicazioni tipiche includono il rilevamento di bottiglie o lattine su una linea di produzione ad alta velocità, la verifica (assenza o presenza) di un pacco in una scatola di spedizione, il controllo di una porta aperta o chiusa o il rilevamento della presenza umana.

I sensori di prossimità PE possono essere progettati per diverse modalità di rilevamento ottico; l'approccio tipico di base è quello a riflessione. Nonostante il principio di funzionamento sia semplice, l'impostazione di un sensore PE può richiedere parecchi tentativi per inizializzare, mettere a punto e ottimizzare la configurazione e l'algoritmo di rilevamento in base alle specifiche dell'applicazione o per riadattarlo a un diverso ciclo di produzione. I progettisti di sistemi hanno bisogno di una soluzione più snella per evitare le operazioni di configurazione associate e i ritardi nelle implementazioni.

Questo articolo fornisce una breve panoramica dei principi base dei sensori PE. Presenta quindi i sensori di prossimità PE di SICK, Inc. e mostra come applicarli grazie a un processo di configurazione semplificato.

Principi base del rilevamento PE

Il rilevamento di prossimità PE si basa su una sorgente luminosa con un fascio concentrato diretto verso l'oggetto da rilevare. Questo fascio di luce viene poi utilizzato in uno dei tre modi possibili, a seconda di come viene rilevato da un ricevitore (Figura 1).

Figura 1: Il rilevamento di prossimità PE può utilizzare un fascio di luce trasmesso e il corrispondente ricevitore fotosensibile in tre disposizioni fisiche. (Immagine per gentile concessione di Proximity Switch)

• Nel rilevamento a tasteggio, il trasmettitore e il ricevitore sono alloggiati in un unico contenitore e il rilevamento avviene quando il fascio di luce del trasmettitore rimbalza sull'oggetto di interesse.
• Nel rilevamento retroriflettente, il trasmettitore e il ricevitore si trovano nello stesso alloggiamento, con il riflettore sul lato distale dell'oggetto da rilevare.
• Nel rilevamento a sbarramento, il fotosensore si trova sull'altro lato dell'oggetto e l'oggetto segnala la sua presenza bloccando la luce dal trasmettitore al ricevitore.

Il rilevamento di prossimità PE può essere utilizzato anche per scopi di sicurezza, come barriere luminose o fotoelettriche, dove questi dispositivi sono montati strategicamente e fungono da cancelli di sicurezza (Figura 2). Quando viene rilevata un'ostruzione, la barriera luminosa invia un segnale a un controller o a un circuito di sicurezza cablato che arresta la macchina se l'ostruzione è imprevista o pericolosa.

Figura 2: Il rilevamento di prossimità può essere utilizzato in una barriera luminosa o fotoelettrica di sicurezza. (Immagine per gentile concessione di SICK, Inc.)

Il rilevamento PE è interessante perché utilizza un principio operativo e una disposizione fisica intuitivi. Gli approcci riflettenti sono auspicabili anche perché richiedono un dispositivo cablato su un solo lato, semplificando l'installazione.

Un nuovo design e una nuova interfaccia utente risolvono molti problemi

Nonostante la sua semplicità concettuale, il rilevamento di prossimità PE richiede un montaggio, un'installazione e un allineamento accurati sul campo. Gli ambienti densi e affollati possono essere impegnativi e frustranti per i tecnici, e le considerazioni sulla portata e sulla mira influiscono sulle prestazioni e sull'uniformità del rilevamento.

Il rilevamento PE viene spesso utilizzato con un controller a logica programmabile (PLC). Spesso l'installatore deve impostare, testare, regolare e ritestare il PLC, che può trovarsi a una certa distanza dall'unità PE. Inoltre, le variazioni di illuminazione, i riflessi indesiderati e mutevoli e altre distorsioni del mondo reale possono influire sulle prestazioni e sulla precisione.

I problemi che emergono durante la produzione sono particolarmente fastidiosi e spesso sono aggravati dall'urgenza di doverli risolvere rapidamente.

Per superarli, SICK ha sviluppato la famiglia di sensori di prossimità W10 (Figura 3).

Figura 3: La serie W10 comprende sensori di prossimità PE completi e sofisticati in un alloggiamento compatto e robusto. (Immagine per gentile concessione di SICK, Inc.)

Le unità sono particolarmente degne di nota per essere i primi dispositivi di questo tipo con un display touchscreen (Figura 4).

Figura 4: L'esclusivo touchscreen integrato delle unità W10 offre un'esperienza d'uso notevolmente migliorata. (Immagine per gentile concessione di SICK, Inc.)

Questa interfaccia di visualizzazione offre facilità d'uso, favorisce una rapida installazione e accelera l'adattamento a ogni applicazione. La facilità di navigazione riduce il tempo necessario per la messa in funzione del dispositivo e facilita le regolazioni durante l'uso per target diversi, velocità o problemi imprevisti. Inoltre, elimina la necessità di interruttori, manopole e regolazioni fisiche sull'unità, migliorando così l'affidabilità, l'integrità della custodia e la sicurezza.

La sorgente luminosa laser di Classe 1 della serie W10 fornisce risultati di rilevamento accurati con un'elevata precisione di ripetizione. Il fascio laser rosso focalizzato produce un piccolo punto luminoso su un oggetto ed è combinato con un sistema di triangolazione laser del ricevitore rapido e preciso e con la scansione delle linee di valutazione.

Questa è la base per ottenere risultati di rilevamento con un'elevata precisione di ripetizione e decisioni rapide. In modalità velocità, il tempo di risposta è di soli 1,8 ms, per cui è garantito un comportamento di commutazione affidabile anche a velocità elevate della macchina. Gli indicatori a LED bicolore forniscono un riscontro visivo immediato sullo stato del rilevamento. Inoltre, le unità offrono un rilevamento robusto e affidabile di oggetti con proprietà superficiali diverse, come lucentezza, colore o struttura.

I sensori di prossimità PE offrono opzioni di apprendimento individuali per situazioni specifiche. Oltre al consueto apprendimento a un punto, che rileva gli oggetti a una distanza definita, la modalità di apprendimento a due punti consente di rilevare oggetti di altezze diverse. La modalità manuale amplia le opzioni di apprendimento e offre una flessibilità ancora maggiore. Tre modalità operative ottimizzate per le applicazioni possono essere attivate tramite il display per consentire la soppressione in primo piano o in background, se necessario.

Dal touchscreen integrato, l'operatore può selezionare, regolare e salvare in modo intuitivo le impostazioni per la velocità, le modalità operative standard o di precisione, la soppressione dell'ambiente, le impostazioni di apprendimento individuali, i parametri preconfigurati e i valori limite. L'esclusiva funzione di blocco dello schermo protegge le impostazioni del sensore W10 dall'accesso da parte di terzi.

La flessibilità dell'interfaccia utente non si limita al touchscreen: le stesse funzioni sono accessibili tramite la funzionalità IO-Link del sensore W10. Ciò consente la configurazione remota e l'integrazione efficiente dei dati registrati dal sensore in una rete di automazione esistente.

Opzioni elettriche e confezionamento del sensore W10

L'uscita digitale dei dispositivi W10 è un'importante considerazione progettuale. Le unità offrono una struttura di uscita push/pull PNP/NPN regolabile. Se l'uscita è impostata su PNP, il segnale di uscita è positivo e l'uscita del sensore può generare corrente per una scheda di ingresso con pozzo di corrente; se il sensore è impostato su NPN, il segnale di uscita è negativo e l'uscita può assorbire corrente per il collegamento a una scheda di ingresso con pozzo di corrente (Figura 5). La presenza di entrambe le opzioni garantisce la compatibilità del livello di segnale di base con un PLC o altri controller di sistema.

Figura 5: Lo stadio di uscita delle unità W10 può prevedere sia la modalità pozzo di corrente (in alto) che sorgente di corrente (in basso) per garantire la compatibilità con il PLC associato. (Immagine per gentile concessione di www.realpars.com)

L'uscita può essere configurata per le modalità di uscita luce o buio. In modalità luce, l'uscita del sensore sarà attiva quando la luce può raggiungere il ricevitore e spenta quando la luce è bloccata. In modalità buio, invece, l'uscita del sensore si accende quando la luce è bloccata e si spegne quando la luce raggiunge il ricevitore.

Il contenitore fisico è importante perché queste unità sono tipicamente utilizzate in ambienti industriali. Le unità W10 hanno un design robusto con alloggiamento in acciaio inox 316L e grado di protezione IP67 e IP69k. Sono disponibili in un contenitore di 18 × 57 × 42,2 mm e sono specificate per il funzionamento in un intervallo di temperatura ambiente compreso tra -10 °C e +55 °C.

Una delle sfide dei sensori industriali è la necessità di supportare diverse unità sul campo o in fabbrica. Questa realtà complica l'inventario e l'assistenza interna. Tuttavia, grazie alla flessibilità della serie W10, la famiglia richiede solo due tipi (Figura 6). Ognuno di questi ha due campi di rilevamento per un totale di soli quattro modelli distinti, semplificando la selezione.

Figura 6: Le unità funzionalmente simili della famiglia W10 sono disponibili in due tipi di alloggiamento, ciascuno con due campi di rilevamento. (Immagine per gentile concessione di SICK, Inc.)

Il modello 1133545 della serie W10 è disponibile in un alloggiamento rettangolare con un foro di montaggio standard da 25 mm e una distanza dell'oggetto da 25 mm a 400 mm, mentre il modello simile 1133547 supporta una distanza dell'oggetto da 25 mm a 700 mm. Per le installazioni ibride, il modello 1133544 è dotato di un foro di montaggio M18 da 25 mm, filettato, frontale o laterale, con una distanza dall'oggetto compresa tra 25 mm e 400 mm, mentre il corrispondente modello W10 1133546 nello stesso alloggiamento ha una distanza dall'oggetto compresa tra 25 mm e 700 mm.

Conclusione

Le unità di rilevamento PE W10 sono una soluzione versatile e robusta per le applicazioni industriali. Le loro caratteristiche avanzate includono la prima interfaccia utente touchscreen integrale del settore, che semplifica l'installazione, l'impostazione e la regolazione, mentre i loro sofisticati algoritmi forniscono funzionalità e precisione avanzate.