EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH - Special-Sensors for Automation

Optiskasensorer - Funktion och användning

Systembeskrivning

De högeffektiva optiska systemen består av en högeffektiv förstärkare (1) till vilken man kan ansluta två fiberoptiska kablar (2) upp till 10 m längd via en snabbkoppling. Den första fiberoptiska kabeln leder en signal som genererats av förstärkaren vidare till en optisk omvandlare (3). Den andra fiberoptiska kabeln leder signalen som detekterats av en andra optisk omvandlare (4) tillbaka till förstärkaren som mottagningssignal. Denna mottagningssignal översätts i förstärkaren till en utgående styrsignal.
Den optiska kantavkänningen arbetar med pulsat infrarött ljus med mycket kort och snabb pulsfrekvens. Detta möjliggör en säker avkänning av snabba processer även under påverkan från extern strålning.
Då användaren bestämmer processtyrningen, som t.ex. utförandet av den optiska omvandlaren, måste systemet vara mycket flexibelt.

 


Konstruktion för den optiska kantavkänningen

I systemet enligt bild 1 är de optiska omvandlarna (3, 4) anordnade mitt emot varandra som ljusbarriär. Materialet (5), som t.ex. kan vara papper eller en plåtkant, skjuts in i ljusstrålen och reducerar ljusflödet som detekteras av omvandlaren (4), beroende på hur djupt materialet sticker in i strålgången. Den högeffektiva förstärkaren (1) som är ansluten med fiberoptiska kablar (2) skickar en styrsignal (4...20 mA) till utgången. Beroende på utformningen av de optiska omvandlarna (3, 4) är signalen proportionerlig till materialets insticksdjup (5) med en reperternoggrannhet upp till +/- 0,5 mm.


På förstärkaren (1) finns inställningsmöjligheter som säkerställer en exakt anpassning av fiberoptiken, de optiska omvandlarna eller de utgående signalerna, som t.ex. digital eller analog avkänning.

En speciell fördel med systemet är att de fiberoptiska kablarna och de optiska omvandlarna är identiska och kan bytas mot varandra. För att modifiera avkänningen räcker det därmed att genomföra konstruktiva åtgärder. Med en enkel ombyggnad kan ljusbarriärmetoden ändras till direktavkänning.


Vid direktavkänning enligt bild 3 är de optiska omvandlarna (3, 4) för sändnings- och mottagningssignalen anordnade på samma sida, t.ex. ovanför materialet (5). Vid denna anordning bryter inte materialet strålgången mellan sändare och mottagare, utan det reflekterar beroende på insticksdjupet ett resterande ljusflöde till den optiska omvandlare som fungerar som mottagare. Även för denna anordning uppstår en strömsignal från förstärkaren (1) som är proportionerlig med materialets insticksdjup, med stor repeternoggrannhet.
Vid reflexmetoden ska dock kringfaktorer beaktas som ingår i mätresultatet. Detta är framför allt reflexfaktorn för materialet (5) eller reflektionen från bakgrunden (6) som inte täcks av materialet. Sådana påverkningar ska beaktas vid installationen.


Avkänning av sprickor, stötar eller inhomogentiteter

Sprickor eller inhomogeniteter vid kanten detekteras generellt med de metoder som beskrivs i bild 1 resp. 3. Enligt bild 1 detekteras sprickor eller inhomogeniteter vid genomkörning som en kort ljusblixt. Enligt bild 3 förändras reflektionen tillfälligt, beroende på det detekterade underlaget.

Att känna av sprickor eller oregelbunden materialgång, som t.ex. hål, förutsätter en hög mottagningshastighet för det avkännande systemet. När t.ex. enligt bild 1 en ca 2 mm bred spricka rör sig förbi den optiska omvandlaren med en bandhastighet på 10 m/s varar blixten i 0,0002 s. I detta fall behöver den optiska förstärkaren ha en upplösning på minst 5 KHz. Liknande förhållanden föreligger när det ska genomföras en kantavkänning med en noggrannhet på några få millimeter vid snabb genomkörning av rör, t.ex. i ett reducervalsverk.


Högeffektiv förstärkare URA 408

Denna förstärkare är avsedd för anslutning till en 24 V likspänningsförsörjning och har en 4....20 mA strömutgång. Den momentana strömmen visas på en LCD-indikator. Nollpunkten (4 mA) och förstärkningen kan ställas in oberoende av varandra så att den karaktäristiska kurvan kan förskjutas parallellt samt dess lutning ändras. För att överbrygga stora avstånd mellan ljusbarriärer eller reflexsensorer ställs sändningseffekten om till "long".Med dessa faktorer sker en anpassning till olika optiska omvandlare, fiberoptiska kablar eller krav för den aktuella användningen. Det ultraröda ljuset som genereras av förstärkaren har en hög pulsfrekvens på 50 kHz, för säker avkänning av snabba processer inom 8 – 10 kHz. Utöver denna stora inkommande upplösning har förstärkaren också en hög EMC-tolerans som utesluter att störimpulser förväxlas med händelseimpulser.


Universell högeffektiv förstärkare URA 5001

Vid sidan om basegenskaperna som har beskrivits ovan för förstärkaren URA 408 har denna förstärkare ytterligare egenskaper som möjliggör en universell användning. Den är även dimensionerad för försörjning med växelspänning, har en extra 0...10 V spänningsutgång samt två PNP kopplingsutgångar vars reaktion över hela den karaktäristiska kurvan kan ställas in som övre och undre tröskel med hjälp av precisionspotentiometer. När den övre tröskeln överskrids eller den undre tröskeln underskrids aktiveras den tillhörande kopplingsutgången, samtidigt lyser LED-lampan. När ingen tröskel påverkas ligger signalvärdet inom det föreskrivna området. Detta visas med en tredje LED-lampa. Denna teknik möjliggör en direkt styrning eller övervakning t.ex. av en korrekt bandkörning med förinställda tillåtna toleranser. För applikationer som kräver högre strömmar vid avkänning, eller som kräver potentialfria kopplingsledningar, kopplas PNP-utgångarna till internt installerade reläer.


Utvärderingsenhet OKZ 550

Utvärderingsenheten är avsedd för drift med ljusbarriärsystemen ULM… och ULL… . Varje system består av sändare, mottagare och förstärkare.


Fiberoptisk förstärkare ULL

Förstärkarna används speciellt för högtemperatur-ljusbarriärer. Fiberoptiska kablar ansluts direkt med en snabbkoppling. De fiberoptiska kablarna finns i huvudsak i området med höga temperaturer medan förstärkarna monteras i området med drifttemperatur. Förstärkarsignalen ansluts till utvärderingsenheten med en upp till 50 m lång kabel i PVC eller PUR.


Fiberoptiska kablar och optiska omvandlare

De fiberoptiska kablarna som används är tillverkade av buntar av glasfiber som är inbyggda i en rörlig slang av rostfritt stål eller i ett metallhölje, skyddade mot yttre påverkan. De kan utsättas för upp till 250 °C, i specialutföranden upp till 350 °C. När man måste räkna med hög fuktighet förses slangen i rostfritt stål dessutom med en silikonmantel.
Den stora fördelen med fiberoptiska kablar är att de är absolut okänsliga mot elektrisk och magnetisk påverkan, att de tål höga temperaturer, inte kräver någon strömtillförsel och därför även kan användas i Ex-klassat område.
Fiberoptiska omvandlare omvandlar den runda fiberbunten i kabeln till en smal, högupplösande ljusrad som antingen kan sända ut eller ta emot optiska signaler. Då omvandlingen sker uteslutande mekaniskt är reaktionskänsligheten som en gång uppnåtts längs ljusradens avkänningsområde stabil över lång tid. Ingen elektrisk justering som för elektrooptiska system krävs. De fiberoptiska omvandlarna levereras med en anslutningsklar fiberoptisk kabel och en snabbkoppling. Detta reducerar förluster från de optiska ledningarna.
Fiberoptiska kablar för anslutning till linssystem är försedda med snabbkopplingar i båda änderna. Fiberoptiska kablar upp till 10 m längd kan levereras. Standardlängderna är 2 m och 3 m. För att uppnå större längder kan fiberoptiska kablar sammanbindas med hjälp av en kopplare. Kopplingsförlusten är ca 30 % och kan användas om det finns en tillräckligt stor ljusflödesreserv.


Påbyggd optik

Påbyggd optik samlar den infraröda strålningen som överförs av den fiberoptiska kabeln. Den har avkänningsvinklar mellan 2...15° och garanterar en säker objektavkänning. När den används i ljusbarriärer ökar den räckvidden. Påbyggd optik med en spaltliknande avkänningsvinkel känner bäst av objekt på ett inkommande plan.

För applikationer med höga temperaturer används fiberoptiska kablar som är dimensionerade för temperaturer upp till 250 °C (på förfrågan upp till 350 °C).

powered by webEdition CMS