W wielu aplikacjach przemysłowych problemem nie jest wykrycie obiektu, ale możliwość wykonania pomiaru w miejscu, do którego trudno doprowadzić standardowy czujnik. Niewielkie prowadnice, zwarte konstrukcje maszyn czy ograniczona przestrzeń montażowa sprawiają, że klasyczne rozwiązania fotoelektryczne nie zawsze mogą zostać wykorzystane. Dodatkowym wyzwaniem są produkty przezroczyste, błyszczące powierzchnie czy elementy poruszające się z dużą prędkością – nawet niewielkie odchylenia mogą wtedy prowadzić do błędnej detekcji, a w konsekwencji do zatrzymania procesu lub pogorszenia jakości produkcji.
O skuteczności całego systemu decyduje więc nie sam czujnik, ale odpowiedni dobór technologii pomiarowej.
Dlaczego światłowód?
Jednym z rozwiązań stosowanych w takich aplikacjach są systemy światłowodowe. Ich działanie opiera się na rozdzieleniu miejsca pomiaru od elektroniki odpowiedzialnej za analizę sygnału – wzmacniacz może zostać zamontowany w łatwo dostępnym miejscu, natomiast światłowód doprowadza wiązkę świetlną bezpośrednio do punktu pomiarowego. Takie rozdzielenie daje konstruktorom większą swobodę projektowania maszyn i pozwala realizować pomiary tam, gdzie zastosowanie klasycznych czujników byłoby utrudnione lub wręcz niemożliwe, jednocześnie ułatwiając serwisowanie urządzenia.
To rozdzielenie miejsca pomiaru od elektroniki jest też odpowiedzią na problem opisany wyżej: skoro sam światłowód może mieć średnicę kilku milimetrów i dotrzeć w miejsce niedostępne dla klasycznej głowicy czujnika, a jednocześnie oferować kilka trybów odczytu sygnału, to jedno urządzenie potrafi obsłużyć zarówno detekcję drobnych elementów, jak i obiektów optycznie trudnych – bez konieczności zmiany całego systemu detekcji dla każdego przypadku.
W praktyce widać to już na etapie instalacji - przykładowo, wzmacniacz światłowodowy OCF firmy ifm electronic posiada inteligentny system zaciskowy na szynie DIN, upraszczający montaż, a system fibrelock upraszcza wprowadzanie i zabezpieczanie światłowodów bez użycia narzędzi. Urządzenie oferuje sześć trybów pracy, co pozwala dopasować sposób detekcji do charakteru konkretnej aplikacji.
Trzy scenariusze, jeden wzmacniacz
Zakres zastosowań dobrze pokazują trzy typowe sytuacje z linii produkcyjnych. Pierwsza to wykrywanie niewielkich elementów transportowanych prowadnicami lub podajnikami – np. śrub w spiralnym przenośniku, gdzie przestrzeń montażowa jest dodatkowo ograniczona przez szynę prowadzącą. Dzięki skoncentrowanej wiązce światła i małej średnicy plamki świetlnej możliwe jest wykrycie pojedynczego detalu, a komunikacja IO-Link pozwala wykorzystać dodatkowe dane procesowe.
Druga sytuacja to szybkie linie produkcyjne, gdzie czujniki kontrolują obecność produktów lub ich elementów – np. butelek i zakrętek. Tu liczy się nie tylko wysoka częstotliwość przełączania, ale też możliwość jednoczesnego pozyskiwania danych diagnostycznych; dwa wyjścia przełączające i komunikacja IO-Link w OCF pozwalają łączyć obie funkcje.
Trzecia to obiekty optycznie trudne do uchwycenia – np. kontrola minimalnego poziomu cieczy w przezroczystym naczyniu, gdzie zarówno pojemnik, jak i jego zawartość utrudniają stabilny odczyt. Tu o powtarzalności pomiaru decyduje dobór odpowiedniego trybu pracy spośród dostępnych sześciu, ograniczający ryzyko błędnych przełączeń.
Czujnik jako źródło danych
Rozwój Przemysłu 4.0 sprawił, że współczesne czujniki pełnią szerszą funkcję niż tylko wykrywanie obecności obiektu – coraz częściej stanowią element systemów monitorowania stanu maszyn i dostarczają danych wykorzystywanych przez służby utrzymania ruchu. Wzmacniacze OCF wpisują się w ten trend dzięki komunikacji IO-Link oraz funkcjom diagnostycznym: monitorowanie jakości sygnału czy stopnia zabrudzenia układu optycznego za pomocą funkcji „Wyczyść mnie" pozwala wcześniej wykrywać pogarszające się warunki pracy i planować serwis, zanim wpłynie on na ciągłość produkcji. Samą konfigurację upraszcza wyświetlacz OLED z obsługą za pomocą trzech przycisków oraz menu w dziewięciu językach, co skraca czas uruchomienia niezależnie od tego, kto zajmuje się parametryzacją na hali.
Kierunek zmian
- Coraz częściej to nie sama detekcja jest dla klientów największą wartością, tylko to, co dzieje się, zanim awaria w ogóle wystąpi - mówi Krzysztof Moćko, Inżynier ds. Aplikacji w ifm electronic. - Wzmacniacz, który sygnalizuje zabrudzenie optyki na długo przed spadkiem jakości odczytu, pozwala zaplanować przegląd w dogodnym momencie, a nie reagować dopiero na zatrzymanie linii. To zmiana w sposobie myślenia o czujniku - z elementu wykonawczego w źródło informacji dla utrzymania ruchu.
Ten kierunek widać już w praktyce: dane z IO-Link, które kiedyś służyły wyłącznie do przesłania sygnału przełączenia, dziś coraz częściej trafiają wprost do systemów predykcyjnego utrzymania ruchu. Systemy światłowodowe od dawna radzą sobie z małymi i trudnymi optycznie obiektami - nowością jest to, że przy okazji zaczynają mówić coś więcej o stanie samej instalacji.
Źródło: ifm electronic
