Принцип подавления заднего фона

Фотоэлектрические датчики с подавлением заднего фона определяют объекты на заданном расстоянии в пределах области сканирования. Все объекты, расположенные за пределами указанной области, не влияют на результаты измерений (рис. 1). Этот тип датчиков широко используется в самых различных областях производства.

При использовании фотоэлектрических датчиков положения с подавлением переднего или заднего фона диапазон сканирования устанавливается путем оптической юстировки. Остановимся на этом поподробнее. Оптическая юстировка может быть выполнена одним из двух возможных вариантов: механической или электронной настройкой (рис. 2). Во всех новых фотоэлектрических датчиках от компании SICK используется электронная настройка зоны чувствительности, которая имеет множество преимуществ (надежность, точность и т.д.) по сравнению с механической регулировкой. Это одна из последних технических новаций компании в данной области.

Преимуществами датчиков с подавлением заднего фона являются отсутствие надобности в отражателе, необнаружение объектов на заднем фоне (за зоной чувствительности), детектирование очень маленьких объектов с отличной точностью, выявление даже небольшого изменения положения объекта, обнаружение темных объектов на светлом заднем фоне. Недостатками являются ограниченная рабочая дистанция (до 2 м), возможные проблемы с надежным обнаружением объекта в случае изменения заднего фона и, конечно, стоимость — эти датчики являются более дорогими по сравнению с датчиками с отражением от объекта.

Необходимо учитывать ряд сложных моментов при использовании таких датчиков:

— проблемы с обнаружением объектов с зеркальной поверхностью и объектов, имеющих сложную форму поверхности,

— в этом случае отраженный луч может не попасть в фотоприемник;

— если в заднем фоне находятся зеркальные объекты, то отраженный от них луч может приводить к ложным срабатываниям;

— источники освещения, находящиеся на заднем фоне, значительно влияют на работу датчика;

— необходимо устанавливать фотоэлектрические датчики так, чтобы движение объектов относительно датчика происходило в направлениях, показанных на рисунке 8 (красными стрелками отмечены нежелательные траектории движения объекта);

— следует учитывать, что отражательная способность и цвет объекта влияют на рабочий диапазон.

Заканчивая описание фотоэлектрических датчиков с подавлением заднего фона, следует упомянуть о новых возможностях, которые реализованы в третьем поколении датчиков компании SICK. В них использована электронная настройка рабочей зоны с помощью КМОП-элемента. Данный элемент представляет собой фотопластину, разделенную на 16 полос различной ширины по логарифмическому закону, выполненную по технологии ASIC. В зависимости от того, в какую из областей возвращается отраженный луч, датчик детектирует объект ).

Кроме этого в этих датчиках реализованы цифровой алгоритм компенсации гистерезиса, подавление внешних источников освещения, обнаружение объектов с блестящими поверхностями и интересный механизм компенсации нежелательных отражений луча от зеркальных объектов. Для этого имеется дополнительный фотоизлучатель, который по отраженному лучу на КМОП-элементе выделяет области, которые не будут учитываться в дальнейшем при работе.

Принцип подавления переднего фона

Фотоэлектрические датчики с подавлением переднего фона применяются значительно реже по сравнению с датчиками с подавлением заднего фона. Этими датчиками обнаруживаются объекты в пределах задаваемой области сканирования. Объект между задним фоном (граница области сканирования) и датчиком надежно обнаруживается даже при его минимальных размерах.

Подавление переднего фона реализовано путем специального расположения фотоприемника и излучателя сигнала . Чтобы гарантировать надежную работу этих датчиков, задний фон (например, конвейерная лента) должен быть относительно светлым по цвету и не иметь значительных флуктуации по высоте.

Датчики с подавлением переднего фона являются идеальным выбором для объектов с критичными поверхностями (прозрачные или зеркальные объекты), а также когда между объектами, движущимися по конвейерной ленте, имеются очень небольшие промежутки.

Среди достоинств этого типа фотоэлектрических датчиков следует выделить: возможность обнаружения объектов, незначительно выступающих по высоте на конвейерной ленте, обнаружение объектов с неровной и неоднородной поверхностью, обнаружение небольших объектов с очень высокой точностью, специализация для работы в упаковочной промышленности. К недостаткам можно отнести возможность появления проблем при неправильной настройке конвейера, дороговизна этого типа датчиков по сравнению с фотоэлектрическими датчиками с отражением от рефлектора, а также небольшой ассортимент датчиков с подавлением переднего фона.

Все сложности, которые были описаны для датчиков с подавлением заднего фона, характерны и для этого типа фотоэлектрических датчиков.

В отдельную группу по своим конструктивным особенностям можно выделить фотоэлектрические датчики с оптоволоконным кабелем. В этом случае электрическая часть датчика находится в доступном и безопасном месте, а приемник и передатчик датчика вынесены непосредственно в зону детектирования. Они передают световой сигнал к усилителю по оптоволоконному кабелю. В этих типах датчиков также существуют все методы обнаружения (отражение от объекта, на основе пересечения луча и т.д.).

Фотодатчики с оптоволокном незаменимы при решении задач обнаружения в труднодоступных местах и зонах с тяжелыми условиями окружающей среды. Этот тип датчиков может применяться при ударных воздействиях, вибрации, высокой температуре и сильных магнитных полях в зоне измерения, а также при проблемах с пространством для установки датчика.

Следует заметить, что один усилительный блок работает с множеством оптических кабелей, различающихся и по методу обнаружения и по конструктивным особенностям, так что пользователю не требуется менять весь датчик при изменении задачи управления.

Достаточно ответственной задачей является правильный выбор оптоволоконного кабеля. Существует два типа оптоволокна: пластиковое (диаметр 10…70 мкм) и стеклянное (0,5…1,5 мм).

Преимуществами пластикового кабеля являются невысокая цена и нечувствительность к вибрациям и узкий рабочий диапазон температур: -40…70°С.

Что касается стеклянного оптоволокна, то из достоинств можно отметить значительную длину кабеля (до 10 м), возможность работы при высоких температурах, низкий вес, возможность реализации взрывозащиты, нечувствительность к ударам. Слабые стороны — это высокая цена и определенные проблемы при работе в запыленных помещениях[6].

В заключение хотелось бы упомянуть о некоторых практических примерах использования фотоэлектрических датчиков. Как говорилось ранее, все фотоэлектрические датчики компании SICK делятся на миниатюрные, компактные, стандартные и датчики с круглым сечением корпуса.

🔗 Принцип подавления заднего фона