wersja mobilna
Online: 268 Niedziela, 2016.12.11

Raporty

Czujniki zbliżeniowe i optyczne - raport techniczno-rynkowy

sobota, 19 grudnia 2009 10:22

Wykrywanie obecności obiektów, ich położenia, ruchu, cech czy koloru to jedne z najczęstszych zadań pomiarowych w automatyce. Służą do tego czujniki zbliżeniowe i optyczne, które wykorzystywane są w maszynach, na liniach produkcyjnych, mogą być również elementami układów kontroli poziomu, a nawet systemów bezpieczeństwa. Ich zastosowania obejmują też sektory inne niż automatyki przemysłowej - przykładowo motoryzację i transport. Różnorodność ta, w połączeniu z dużą liczbą technologii i dostępnych typów czujników, sprawia, że obszar produkcji i dystrybucji tytułowych elementów należy od lat do jednego z najważniejszych rynków branżowych.

Spis treści » Część 1 - Najpopularniejsze technologie
» Czujniki optyczne zdobywają rynek
» W dół i w górę
» Pokaż wszystko

W polskim biznesie czujników zbliżeniowych i optycznych działają ich dystrybutorzy, krajowe oddziały producentów zagranicznych, ale też - i to z powodzeniem - rodzime firmy produkcyjne. W raporcie przedstawiamy tę branżę, opisując na wstępie najważniejsze technologie produktów, a następnie szacując wartość tego sektora rynku w Polsce i wskazując na kształtujące go trendy, które zasygnalizowali rodzimi dostawcy czujników.

Czujniki zbliżeniowe należą do podstawowych elementów wielu systemów automatyki. Bez nich automatyzacja produkcji, przetwarzania materiałów i kontrola procesów przemysłowych byłaby zazwyczaj niemożliwa. Podzespoły te służą przede wszystkim do wykrywania obiektów, ich zliczania oraz określania podstawowych cech. Użycie czujników pozwala na automatyczne sterowanie pracą maszyn i systemów produkcyjnych, kontrolowanie poziomu cieczy i materiałów sypkich, a nawet zapewnianie bezpieczeństwa personelowi, gdy stosowane są one w systemach bezpieczeństwa.

Wśród czujników zbliżeniowych, których podstawową klasyfikację podano w ramce, najbardziej rozpowszechnione są wersje indukcyjne oraz fotoelektryczne (optyczne) i im poświęcono najwięcej uwagi. Należy zaznaczyć, że czujniki optyczne bardzo często zalicza się też, ze względu na podobieństwo pełnionych funkcji, do zbliżeniowych. Obszar ich zastosowań jest jednak nieco inny i należy mieć świadomość tej rozdzielności.

Czujniki omawiane w raporcie

Elementy pomiarowe służące do detekcji i określania cech lub stanu obiektów to bardzo szeroka grupa produktów. W raporcie opisane zostały dwa z najczęściej stosowanych w automatyce ich rodzajów (wyróżnione poniżej):

  • Czujniki zbliżeniowe (indukcyjne, pojemnościowe, magnetyczne, ultradźwiękowe, itp.)
  • Czujniki optyczne/fotoelektryczne (czujniki na światło podczerwone lub widzialne, czujniki laserowe, światłowodowe, do rozpoznawania kolorów, czujniki wizyjne)
  • Czujniki optyczne do pomiarów 2D/3D
  • Enkodery i resolwery
  • Czujniki do pomiarów liniowych
  • Czujniki do systemów bezpieczeństwa
  • Czujniki specjalizowane (np. do zaworów)
  • Osprzęt, układy kondycjonowania sygnałów, zasilacze

CZĘŚĆ 1 - NAJPOPULARNIEJSZE TECHNOLOGIE

PO PIERWSZE INDUKCYJNE

Fot. 1. Przykład aplikacji pomiarowych z czujnikami laserowymi firmy Micro-Epsilon

Opis trendów w branży czujników zbliżeniowych warto poprzedzić omówieniem najważniejszych cech technologii oraz aplikacji tytułowych produktów. Prawdopodobnie najbardziej rozpowszechnionymi w przemyśle czujnikami są wersje indukcyjne.

Służą one do wykrywania obecności przedmiotów metalowych, charakteryzując się dobrą odpornością na warunki środowiskowe, zanieczyszczenia czy wibracje. Zasięg ich działania (strefa robocza) jest zależny od rozmiaru zastosowanego elementu detekcyjnego, którym jest cewka, i zazwyczaj proporcjonalny do wymiarów (długości) czujnika.

Chociaż niewrażliwość czujników indukcyjnych na przedmioty inne niż metalowe wyklucza ich wykorzystanie w części aplikacji (np. nie mogą one być używane do wykrywania plastikowych butelek czy elementów drewnianych), z drugiej strony pozwala na użycie w środowisku o dużym stopniu zapylenia lub wilgotności.

Fot. 2. Czujniki widełkowe charakteryzują się dużą precyzją pomiaru i są jedną z szybko popularyzujących się w branży technologii - na zdjęciach: BGL 50C-007-S4 firmy Balluff (po lewej) oraz XUVU06M3KCNM8 ze Schneider Electric

Podstawowym zastosowaniem zbliżeniowych czujników indukcyjnych jest detekcja elementów metalowych. Wykorzystywane są one jako czujniki krańcowe, które wykrywają przekroczenie przez badany obiekt ustalonej pozycji, służą również do pozycjonowania metalowych podzespołów lub elementów wykonawczych maszyn.

Czujniki te używane są też do zliczania metalowych wyrobów - np. transportowanych na taśmie produkcyjnej, a także w aplikacjach pick-and-place czy systemach bezpieczeństwa.

Różnorodność powyższych aplikacji, będąca wynikową wymagań płynących z różnych branż i oferty wielu dostawców, powoduje, że na rynku znaleźć można szereg typów i wersji omawianych czujników. Różnią się one strefą działania, rodzajem wyjścia, obudową i innymi cechami.

Oprócz wersji standardowych dostawcy oferują również czujniki indukcyjne - np. z czołem ceramicznym do aplikacji spawalniczych, z czołem stalowym - o wzmocnionej wytrzymałości mechanicznej czy też dedykowane do zastosowań mobilnych.

Tomasz Grzegocki

Dyrektor ds. Handlu i Marketingu Projekt Automatyka i Elektrotechnika

  • Jakie są główne grupy odbiorcy czujników? Jakich produktów szukają klienci?

Czujniki indukcyjne stworzone zostały dla przemysłu, przez co trudno jest wymieniać niszowe zastosowania pozaprzemysłowe, bo mają one znikomy udział w rynku. Wyjątkiem są transport i kontrola, gdzie również stosuje się pewne ilości czujników. Dużymi odbiorcami przemysłowymi są z kolei branże: motoryzacyjna, spożywcza i maszynowa.

Klienci przemysłowi najczęściej kupują standardowe czujniki indukcyjne. Ze względu na spore możliwości i największy postęp technologiczny dynamicznie rozwija się rynek czujników optycznych. Coraz popularniejsze stają się też rozwiązania z pogranicza czujników zbliżeniowych i systemów wizyjnych, którymi są czujniki wizyjne. Dzięki swoim cechom coraz częściej zastępują one kilka czujników zbliżeniowych pracujących jednocześnie. Wzrost ich użycia to zauważalny trend, czemu sprzyja fakt, że inwestor może znacznie obniżyć koszty weryfikacji i detekcji produktów, a jednocześnie zwiększyć sprawność i możliwości działania aplikacji.

  • Kto dostarcza czujniki zbliżeniowe? Jakie zmiany zachodzą na tym rynku?

W omawianym rynku uczestniczą firmy, które mają dobre produkty w dobrej cenie i przez lata budowały relacje z klientami końcowymi oraz biurami inżynierskimi. Ponieważ podstawowe modele czujników indukcyjnych, pojemnościowych czy fotoelektrycznych różnych producentów mają zbliżone parametry techniczne oraz jakość, decyzja o wyborze dostawcy jest często oparta na subiektywnej opinii klienta.

Obecnie obserwuje się przede wszystkim coraz większą obecność na rynku tanich marek, często wcześniej w Polsce nieznanych. Poza tym nawet najwięksi gracze rynkowi decydują się na wypuszczenie tańszych serii czujników, aby utrzymać obecność i rozpoznawalność marki na rynku. Sądzę, że ze względu na liczne zastosowania i trudność zastąpienia innymi produktami, rynek czujników indukcyjnych będzie rósł w miarę pojawiania się kolejnych inwestycji oraz modernizacji istniejących aplikacji.

  • Czy czujniki sprzedają się jako oddzielny produkty, czy jako dodatek przy kompletowaniu większych zamówień?

Czujniki zdecydowanie sprzedają się samodzielnie, jednak duży wpływ na decyzję zakupową klienta ma przyjęty przez niego standard obowiązujący w zakładzie. Oczywiście, tak jak wszędzie indziej, pojawiają się też zamówienia wiązane. Widać tutaj jednak pewną zmianę. Jeszcze niedawno duże inwestycje opierały się na imporcie kompletnych linii technologicznych, często mocno przestarzałych, czego skutkiem było to, że rodzimi dostawcy mogli co najwyżej zaproponować części zamienne. Dzisiaj widać już trend pozwalający optymistycznie patrzeć w przyszłość tego sektora. Kryzys mija, z kolei zaufanie do polskich dostawców, których liczba referencji jest coraz bogatsza, zwiększa się. Widać też wzrost zainteresowania czujnikami do zastosowań specjalnych, a szczególnie urządzeniami bezpieczeństwa.

INNE TECHNOLOGIE CZUJNIKÓW ZBLIŻENIOWYCH

Fot. 3. OBS 105 M 30 INC-1 firmy Di-Soric to czujnik bezkontaktowy do pomiaru prędkości i kierunku przesuwu w dwóch osiach

Listę zastosowań elementów zbliżeniowych rozszerzają aplikacje czujników innych niż indukcyjne. Do tych ostatnich zaliczyć można przede wszystkim wersje magnetyczne, ultradźwiękowe i pojemnościowe. Każda z nich ma nieco inne cechy i możliwości zastosowań.

Czujniki pojemnościowe spopularyzowały się wszędzie tam, gdzie nie mogą być zastosowane elementy indukcyjne ze względu na brak ich wrażliwości na elementy niemetalowe. Pozwalają one na wykrywanie elementów wykonanych z praktycznie dowolnych materiałów, mają zazwyczaj mniejszy zasięg niż czujniki indukcyjne, a także charakteryzują się dużą wrażliwością na zabrudzenia i przeszkody pomiędzy nimi a elementami wykrywanymi.

Czujników pojemnościowych używa się typowo do wykrywania przekroczenia poziomu cieczy lub materiału sypkiego, detekcji różnych obiektów - np. transportowanych na taśmociągu czy pomiarów grubości - przykładowo drewna oraz folii. Ze względu jednak na ciągły rozwój technologii czujników indukcyjnych, a także popularyzację wersji fotoelektrycznych, użycie elementów pojemnościowych stopniowo maleje.

Uzupełnieniem asortymentu omawianych czujników są wspomniane wersje ultradźwiękowe, gdzie, zgodnie z nazwą, wykorzystywana jest metoda pomiaru polegająca na pomiarach fali ultradźwiękowej, oraz magnetyczne - np. wykorzystujące efekt Halla w półprzewodnikach.

Czujniki ultradźwiękowe są relatywnie odporne na zabrudzenia, mogą być też z powodzeniem stosowane do pomiarów poziomów cieczy, jednak ich ograniczeniem jest problem ze stosowaniem w przypadku środowiska o zmiennym ciśnieniu oraz zagrożonego wybuchem. Z kolei ważnym obszarem zastosowań czujników magnetycznych jest wykrywanie obiektów poprzez inne obiekty lub ścianki. Ponieważ pole magnetyczne przenika materiały niemagnesowalne, tego typu czujniki mogą wykrywać magnesy trwałe poprzez elementy i ścianki ze stali, aluminium, itp.

Ryszard Skrzyp

Specjalista ds. automatyki Newtech Engineering

Spośród czujników zbliżeniowych stosowanych obecnie na liniach produkcji ciągłej i seryjnej najpopularniejsze są w dalszym ciągu wersje indukcyjne. Głównym powodem takiej sytuacji jest ich relatywnie niska cena oraz szerokie możliwości aplikacyjne, co zachęca konstruktorów maszyn i linii przemysłowych do stosowania tych właśnie rozwiązań.

Należy jednak pamiętać, że pomimo występowania czujników indukcyjnych w wersjach specjalnych - np. do pracy w wysokich temperaturach czy ciśnieniu, które poszerzają możliwości ich zastosowań, mają one istotne ograniczenie - krótką strefę działania. W najlepszych rozwiązaniach czujników o standardowych wymiarach strefa ta sięga kilkudziesięciu milimetrów.

W związku z tym wszędzie tam, gdzie wymagana jest detekcja z odległości kilkuset milimetrów do nawet kilku metrów, czujniki indukcyjne ustępują miejsca wersjom optycznym. Duża konkurencja na rynku tych ostatnich sprawia, że ich ceny ciągle maleją. Wciąż jednak są one kilkukrotnie wyższe od kosztów zakupu czujników indukcyjnych, co pozwala prognozować, że te ostatnie długo jeszcze pozostaną najchętniej stosowanymi czujnikami dyskretnymi.

Obecnie do najlepszych branż pod kątem zapotrzebowania na czujniki zbliżeniowe należy zaliczyć wszystkie te, które pozostały odporne na skutki kryzysu. Przede wszystkim jest to przemysł spożywczy i farmaceutyczny, gdzie pomimo zawieszenia niektórych inwestycji rozwojowych w obawie przed dekoniunkturą, nadal konieczne są bieżące wydatki na utrzymanie ruchu już pracujących linii produkcyjnych.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

2016-12-09   | Endress+Hauser Polska Sp. z o.o.
Czujnik przewodności 1 µS/cm...500 mS/cm do aplikacji o wysokich standardach higienicznych

Endress+Hauser informuje o wprowadzeniu do oferty nowego typu czujnika przewodności o oznaczeniu Memosens CLS82D, zaprojektowanego do aplikacji o wysokich standardach higienicznych, m.in. biotechnologii, farmacji i produkcji żywności. Jest to czujnik 4-elektrodowy charakteryzujący się zakresem pomiarowym od 1 µS/cm do 500 mS/cm i zakresem dopuszczalnych temperatur pracy od -5 do +120°C.
czytaj więcej

Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

2016-12-09   | RS Components Sp. z o.o.
Brama sieciowa do zastosowań w przemysłowych sieciach IoT

RS Components został wyłącznym dostawcą bramy IoT firmy Siemens - Simatic IOT2020. Została ona zaprojektowana do ciągłej pracy w środowisku przemysłowym i może być używana do pobierania, przetwarzania, analizowania oraz przesyłania danych do urządzeń i sieci praktycznie każdego typu.
czytaj więcej

Nowy numer APA