wersja mobilna
Online: 447 Poniedziałek, 2016.09.26

Raporty

Czujniki zbliżeniowe i optyczne - technologie i rynek krajowy

wtorek, 02 sierpnia 2011 08:20

Zwiększanie wydajności produkcji i jej jakości to jeden z najważniejszych powodów wdrażania systemów automatyki. Ich kluczowym elementem są czujniki, które zapewniają informację o stanie procesów, bieżących parametrach maszyn i pozwalają na kontrolę ich pracy. W automatyce przemysłowej popularne są w szczególności czujniki zbliżeniowe indukcyjne oraz czujniki optyczne, którym poświęcono bieżący raport. Przedstawiamy ich najważniejsze zastosowania, krajowy rynek dostawców i ich klientów oraz trendy w branży, które powinny wpływać na jej rozwój w przyszłości.

Spis treści » Ekspresowy przegląd technologii
» Nie tylko indukcyjne i optyczne
» Kto kupuje czujniki?
» Nowości technologiczne
» Czterech głównych producentów
» Duży i cały czas perspektywiczny rynek
» Pokaż wszystko

Rys. 1. Główni odbiorcy produktów oferowanych przez firmy biorące udział w raporcie

Automatyzacja produkcji, kontrola procesów oraz praca wielu maszyn i urządzeń byłyby niemożliwe bez użycia odpowiednich czujników. Elementy te wykorzystywane są do wykrywania obiektów, definiowania ich cech oraz zliczania.

Ważnym zastosowaniem czujników jest też określanie położenia części maszyn, kontrola zamknięcia drzwi, klap, pracy elementów ruchomych - nie tylko w przemyśle, ale też w motoryzacji, zastosowaniach związanych z windami czy podnośnikami oraz w innych dziedzinach.

Istotną grupą aplikacji są też te związane z określaniem poziomu i obecności cieczy oraz materiałów sypkich. Duża liczba zastosowań czujników sprawia, że omawiany rynek jest dosyć szeroki pod względem możliwych aplikacji oraz rodzajów samych czujników. Na początku bieżącego raportu przedstawiamy technologie tych elementów wraz z ich możliwymi zastosowaniami w różnych dziedzinach gospodarki.

Przypatrujemy się w szczególności kilku dużym grupom czujników - wersjom optycznym, pojemnościowym, ultradźwiękowym oraz indukcyjnym. Ponieważ w przemyśle najpopularniejsze są prawdopodobnie cały czas te ostatnie, od ich omówienia zaczynamy przegląd dostępnych rozwiązań.

EKSPRESOWY PRZEGLĄD TECHNOLOGII

Czujniki indukcyjne przeznaczone są do wykrywania elementów metalowych, przy czym strefa robocza - a więc zasięg ich działania - wynosi od kilku do kilkudziesięciu milimetrów. Zależy ona przede wszystkim od wielkości zastosowanego elementu detekcyjnego i w praktyce rośnie wraz z długością czujnika i jego średnicą. Elementy indukcyjne produkowane są zazwyczaj w cylindrycznych obudowach metalowych z czołem plastikowym i charakteryzują się dobrą odpornością na niekorzystne warunki środowiskowe i zanieczyszczenia.

Ze względu na to, że są one podczas produkcji zalewane wewnątrz i hermetyzowane, mogą pracować również w warunkach dużych wibracji. Czynniki te sprawiają, że czujniki indukcyjne są często stosowane w różnych maszynach - m.in. jako elementy krańcowe oraz służące do wykrywania obecności i pozycji obiektów, w tym elementów maszyn. Pozwalają one również na detekcję i zliczanie różnych towarów w ruchu - np. produkowanych części metalowych i mogą pracować w aplikacjach z manipulatorami.

Chociaż ze względu na zasadę działania nie jest możliwe ich użycie tam, gdzie przetwarzane są elementy szklane czy plastikowe, ich niewrażliwość na części niemetalowe ma również pewną zaletę - mogą one pracować w środowisku o dużym stopniu zapylenia i generalnie brudnym. Warto dodać, że na rynku dostępna jest duża różnorodność omawianych czujników - zarówno pod względem podstawowych parametrów (strefa robocza, obudowy, interfejsy wyjściowe), jak też wykonań specjalnych.

TABELA 1. Czujniki zbliżeniowe i optyczne - oferta dostawców

Do tych ostatnich należą przykładowo czujniki o wzmocnionej obudowie do zastosowań w maszynach rolniczych i różnych pojazdach czy wersje z czołem ceramicznym - do stosowania w aplikacjach wysokotemperaturowych i spawalniczych. Drugą z grup produktów omawianych w raporcie są czujniki fotoelektryczne - popularnie nazywane optycznymi.

Trudno je właściwe zaklasyfikować jako zbliżeniowe, gdyż ich zakresy detekcji wynosić mogą nawet kilkadziesiąt metrów, jednak w dużej części aplikacji - szczególnie w przemyśle produkcyjnym - pełnią one funkcje podobne do wcześniej omawianych czujników i służą do wykrywania obiektów na krótkich dystansach. Działanie czujników optycznych opiera się na wykrywaniu zmian transmisji energii, a nie - jak w przypadku wersji indukcyjnych - zmian pola.

Rys. 2. Czynniki decydujące o wyborze omawianych produktów przez polskich klientów

Wykorzystywane mogą być tutaj czujniki na światło podczerwone lub widzialne - jest ono odpowiednio modulowane, co ma zapewnić poprawność pracy przy występowaniu zaburzeń zewnętrznych, a następnie skupiane przez odpowiedni układ soczewek. Zmiany w świetle docierającym do czujnika wykrywane są przez element detekcyjny. Czujniki takie jak omawiane dostępne są w różnych wykonaniach.

Mogą być to wersje odbiciowe, a więc takie, gdzie nadajnik i odbiornik znajdują się we wspólnej obudowie, refleksyjne - gdzie dodatkowo stosuje się element odbijający (reflektor) czy też typu bariera (osobno element nadawczy i odbiorczy). Ważną wersją tych ostatnich są czujniki szczelinowe - popularne są w zastosowaniach w przemyśle produkcyjnym np. do kontroli obecności produktów czy ciągłości taśmy.

Producenci zapewniają również zaawansowane wersje omawianych wyrobów - takie jak niewymagające stosowania reflektora oraz pozwalające na eliminację wpływu tła, w tym służące do detekcji elementów przezroczystych. W przemyśle czujniki optyczne stosowane są przede wszystkim w aplikacjach detekcji obiektów takich jak towary na liniach produkcyjnych oraz elementów ruchomych - manipulatorów, robotów, paletyzatorów i różnych części maszyn.

Czujniki służą też do zliczania, określania pozycji przedmiotów, ich wymiarów i innych cech fizycznych. Z ich wykorzystaniem wykrywane mogą być też poziomy materiałów sypkich oraz cieczy. W przemyśle i poza nim czujniki używane są także bardzo często do kontroli zamknięcia drzwi (windy, pojazdy) oraz mogą występować w wersjach specjalnych w systemach bezpieczeństwa (często w postaci zintegrowanej w pakiety - tak jak w choćby kurtynach świetlnych).

Do grupy czujników optycznych zalicza się też ich wersje laserowe, wspomniane czujniki bezpieczeństwa oraz elementy służące do rozpoznawania kolorów, czujniki wizyjne oraz światłowodowe. Te ostatnie stosowane są m.in. tam, gdzie istnieje konieczność pracy w ograniczonej przestrzeni lub miejscach o utrudnionym dostępie lub takich, gdzie występują niesprzyjające warunki środowiskowe.

Inny obszar zastosowań dotyczy czujników laserowych. Ze względu na charakter generowanego światła elementy te mogą służyć do pomiarów i wykrywania z dużą dokładnością. Technologie laserowe znalazły zastosowanie szczególnie w branży bezpieczeństwa - wykorzystywane są one jako m.in. laserowe skanery bezpieczeństwa (więcej informacji na ten temat przedstawionych zostanie w raporcie w APA 11/2011).

NIE TYLKO INDUKCYJNE I OPTYCZNE

Rys. 3. Większość czujników sprzedaje się samodzielnie, natomiast co czwarty - w kompletacjach i systemach

Chociaż wymienione dwie grupy produktów są obecnie prawdopodobnie w automatyce najpopularniejsze, klienci szukający czujników zbliżeniowych mają do dyspozycji również wyroby bazujące na innych technologiach.

Jedną z grup produktów, która przez długi czas odgrywała w przemyśle bardzo ważną rolę, są czujniki pojemnościowe. Pozwalają one m.in. na wykrywania elementów z tworzyw sztucznych, szkła, drewna oraz służą do kontroli poziomu cieczy i materiałów sypkich (w tym przez ścianki zbiorników).

Czujniki takie stosowane są też do pomiarów grubości. Ich strefa działania jest zazwyczaj nieduża - wynosi do około 30mm, lecz dużym plusem jest możliwość wykrywania elementów niemetalowych, czego nie zapewniają wersje indukcyjne. Z powodu szybkiego rozwoju i zmniejszania się kosztów użycia innych typów czujników - w szczególności optycznych - popyt na wersje pojemnościowe stopniowo maleje.

Ich zastosowaniem w przyszłości powinny być m.in. aplikacje automatycznego montażu, pomiary poziomu cieczy i użycie w przemyśle drzewnym. Czwartą z grup czujników, które znajdziemy u wielu dostawców, są elementy ultradźwiękowe. Służą one do wykrywania obiektów, detekcji oraz określania poziomu cieczy (w tym przezroczystych) i używane mogą być tam, gdzie ze względu na zabrudzenie nie mogą być stosowane wersje optyczne.

Wykorzystuje się w nich pomiar czasu upływającego między sygnałem ultradźwiękowym wysłanym a sygnałem odebranym (odbitym od przeszkody). Czujniki ultradźwiękowe występują w wersja jedno-, dwuprogowych oraz analogowych (czyli na wyjściu uzyskuje się sygnał o wartości zależnej od odległości obiektu wykrywanego).

TABELA 2. Czujniki optyczne - przykładowe produkty

Zakres detekcji tego typu elementów wynosi - zależnie od ich typu - od kilkudziesięciu mm do nawet kilku metrów przy rozdzielczości na poziomie pojedynczych milimetrów. Ich pewnym ograniczeniem są problemy ze stosowaniem w środowisku o zmiennym ciśnieniu oraz w obszarach zagrożonych wybuchem. Uzupełnieniem omawianej oferty są m.in. czujniki magnetyczne.

Pozwalają one na wykrywanie obiektów poprzez inne obiekty lub ściany (pole magnetyczne przenika materiały niemagnesowalne). Dzięki temu czujniki te mogą wykrywać magnesy trwałe poprzez elementy i ścianki ze stali czy aluminium. Podzespoły takie popularyzują się szczególnie w aplikacjach kontroli dostępu.

Bogusław Nowak

Newtech Engineering

  • Jaka jest konkurencja na krajowym rynku czujników? Kto dostarcza tego typu komponenty? Jakie branże są najczęstszymi ich odbiorcami?

Odpowiedź na pytanie dotyczące konkurencji na rynku krajowym jest oczywista. Czujniki zbliżeniowe to podstawowe komponenty automatyki, często wymieniane w maszynach produkcyjnych i na liniach technologicznych. Szeroka gama zastosowań determinuje sporą liczbę dostawców. Począwszy od krajowych, poprzez ogólnoświatowych producentów mających w Polsce swoje oddziały, aż do dystrybutorów.

Każdy próbuje znaleźć swoje miejsce i osiągnąć jak najlepszy wynik. Przemysł samochodowy, spożywczy, farmaceutyczny czy drzewny to jedni z największych odbiorców czujników zbliżeniowych. Jednak producenci maszyn to najbardziej pożądani klienci w branży. Pomimo, że ich liczba rośnie adekwatnie do zwiększenia stopnia automatyzacji zakładów produkcyjnych, stale największe zapotrzebowanie na rynku to części zamienne na potrzeby utrzymania ruchu.

Potrzeba modernizacji maszyn i ciągłe usprawnianie linii produkcyjnych gwarantują rozwój rynku. Producenci prześcigają się w coraz to nowych pomysłach. Pole manewru pozostaje nadal bardzo duże - szczególnie w kontekście czujników optycznych. Bardzo szeroka gama zastosowań chociażby przy pomiarze odległości, w systemach bezpieczeństwa czy też w systemach wizyjnych pozwalających kontrolować coraz więcej i szybciej zapewnia czujnikom fotoelektrycznym coraz większy udział w rynku.

KTO KUPUJE CZUJNIKI?

Rynek czujników zbliżeniowych charakteryzuje duża stabilność, jeżeli chodzi o zastosowania tych produktów i najważniejsze grupy ich odbiorców. Wyniki badania ankietowego przeprowadzonego na potrzeby bieżącej analizy w większości się pokrywają - przynajmniej jeżeli chodzi o kolejność - z tymi uzyskanymi podczas tworzenia poprzednich edycji raportu (ostatnia - jesienią 2009 roku, publikacja w APA 12/2009).

Głównymi odbiorcami czujników, którzy w Polsce kupują sumarycznie większość tych wyrobów, są producenci maszyn oraz firmy z sektora produkcyjnego, w szczególności spożywczego i motoryzacyjnego (patrz rys. 1). Wykorzystują oni czujniki do systemów wykrywania obiektów, określenia ich cech, kontroli pracy maszyn i urządzeń, itd., przy czym większość aplikacji ma związek z procesami wytwarzania i przetwarzania towarów.

Istotnym obszarem rynku jest też ten związany z transportem, techniką windową i podnośnikami oraz automatyką budynkową, gdzie istnieje potrzeba detekcji elementów i osób (np. przy zamykaniu drzwi windy), a same czujniki muszą często pracować w niesprzyjających warunkach środowiskowych (np. na zewnątrz pomieszczeń i w miejscach, gdzie mogą zostać łatwo zabrudzone). Czym kierują się polscy klienci, wybierając tytułowe wyroby?

TABELA 3. Czujniki indukcyjne zbliżeniowe - przykładowe produkty

Najistotniejszymi czynnikami są ich parametry techniczne oraz koszty zakupu (ew. koszty całych aplikacji, jeżeli wymagany jest dodatkowy osprzęt). Wymienione dwie cechy warunkują około 55% wszystkich decyzji zakupowych (patrz rys. 2). Dosyć istotne jest też przywiązanie do marki - klienci, szczególnie odbiorcy końcowi, chętnie wybierają czujniki od producentów, których znają.

Rys. 4. Najpopularniejsze marki zbliżeniowych czujników indukcyjnych i czujników optycznych; wyniki odzwierciedlają opinie przedstawicieli firm biorących udział w raporcie i nie należy ich utożsamiać z wartościami sprzedaży lub udziałem firm w rynku; kategoria "inne" obejmuje w przypadku czujników indukcyjnych m.in.: Aeco, Autonics, Bernstein, Eaton, Impol-1, Infra International, Riko, natomiast w przypadku czujników optycznych m.in.: Aeco, Contrinex, Datalogic, Dimetix, Honeywell, Infra International, Riko, Sensopart

I nie chodzi tutaj o niechęć do poszukiwania nowych wyrobów - najzwyczajniej klienci stawiają na te produkty, z którymi mieli już pozytywne doświadczenia i mają zaufanie co do ich jakości. W przypadku nowych systemów o doborze czujników często decyduje integrator (około 15% decyzji zakupowych), dla niewielkiej części firm istotna jest również możliwość wykonania czujnika na zamówienie.

To ostatnie sprowadza się zazwyczaj do wersji nietypowej pod względem wymiarów, obszaru detekcji czy odporności środowiskowej. Dla odbiorców ważna jest wreszcie dostępność produktów. Wyniki te są zgodne z uzyskanymi podczas poprzedniego badania rynku, przy czym nieznacznie zwiększyła się istotność parametrów technicznych, natomiast zmalała waga możliwości wykonania czujnika na zamówienie.

Warto dodać, że czujniki zbliżeniowe to produkty, które sprzedają się w większości przypadków samodzielnie, czyli klient zamawia konkretne ich wersje i wykorzystuje je we własnej aplikacji. Około co czwarty czujnik sprzedawany jest w systemie lub większej kompletacji (patrz rys. 3).

W takich przypadkach w ramach sprzedaży dostarczany może być przykładowo osprzęt do czujnika, dodatkowe podzespoły (np. do kondycjonowania sygnałów) i inne różne produkty automatyki - dotyczy to szczególnie czujników optycznych.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Bramka dostępowa Modbus TCP - RTU/ASCII z portami PoE i 3 x RS-485

2016-09-23   |
Bramka dostępowa Modbus TCP - RTU/ASCII z portami PoE i 3 x RS-485

ISP DAS dodaje do oferty nowy typ bramki dostępowej Modbus TCP - RTU/ASCII o symbolu tGW-735i bazującej na konstrukcji wcześniejszych bramek serii tGW-700. W odróżnieniu od nich nowy model zapewnia izolację na poziomie 2500 VDC oraz zawiera więcej wbudowanych interfejsów, w tym porty PoE i 3 x RS-485.
czytaj więcej

Kamera termowizyjna do obrazowania rozkładu temperatur z zakresu -40...+330°C

2016-09-23   | Conrad Electronic Sp. z o.o.
Kamera termowizyjna do obrazowania rozkładu temperatur z zakresu -40...+330°C

Conrad Business Supplies wprowadza na rynek nową kamerę termowizyjną Reveal FF (Fast Frame) firmy Seek Thermal z systemem z wbudowaną silną latarką LED o mocy 300 lumenów. Model ten umożliwia obrazowanie rozkładu temperatur z zakresu od -40°C do +330°C przy częstotliwości odświeżania równej 19 Hz.
czytaj więcej

Nowy numer APA