Detekcja trudnych obiektów za pomocą światła niebieskiego

Żaden proces produkcyjny nie może się obejść bez wsparcia czujników, które stanowią integralną część każdego systemu automatyki na liniach produkcyjnych. W zależności od monitorowanego parametru czujniki wpływają na jakość, efektywność oraz bezpieczeństwo procesu produkcyjnego.

Czy materiał i kolor obiektów ma znaczenie dla płynności procesów? Inżynierowie zajmujący się projektowaniem maszyn i stanowisk na liniach produkcyjnych wiedzą, że wykorzystując automatykę przemysłową, w szczególności nastawioną na weryfikowanie kompletności elementów, muszą brać pod uwagę charakterystykę przedmiotów obecnych na linii.

Dobrym przykładem jest detekcja wiatraków montowanych w wentylatorach lodówek. Wiatraki występują w kolorach od białego do czarnego, a zadaniem systemu sterowania jest m.in. potwierdzenie, że taki wiatrak został poprawnie zamontowany.

Producent sprzętu potrzebuje weryfikacji kompletności swoich produktów — czyli informacji, że wszystkie elementy, które są standardowo dokładane na linii produkcyjnej, znajdują się na swoim miejscu

Potwierdzenie montażu elementu na właściwym miejscu polega na detekcji z pomocą odpowiednich czujników. Takie zadanie kierowane jest do konstruktorów maszyn, dla których, oprócz specyfikacji, liczy się również niezawodność proponowanej technologii.

Rodzaje technologii wykorzystywanych do detekcji detali

Technologie najczęściej wykorzystywane do detekcji na liniach produkcyjnych można podzielić między innymi ze względu na ich zastosowanie w zależności od odległości od danego obiektu.

Przykładami zastosowania detekcji działającej z bliskiej odległości od elementu są sensory pojemnościowe (gdy wykrywamy tworzywa i inne materiały) lub indukcyjne (w przypadku produktów metalowych). Co je ogranicza? Wspomniana konieczność „podejścia” do wykonywanego elementu na odległość kilku milimetrów, co w wielu wypadkach może stanowić barierę wykonalności.

Jeżeli nie mamy możliwości detekcji z bliska, wówczas kolejnym wyborem są czujniki optyczne, skutecznie działające na większą odległość, np. 200 mm

Dotąd w pierwszej kolejności inżynierowie poszukiwali czujników, które były łatwo dostępne na rynku — komponenty wykorzystujące światło czerwone lub światło laserowe.

Różnica między dwoma najczęściej spotykanymi technologiami polega na tym, że światło czerwone wyróżnia powszechność zastosowania – a co za tym idzie, także cena. Ponadto charakteryzuje się większą plamką (np. 15 x 15 mm przy 200 mm), zatem nie jesteśmy w stanie skupić go na małych elementach.  Cechą światła laserowego jest natomiast mocniej skupiona plamka, a więc duża precyzja detekcji i wysoka powtarzalność – pozwala ono łatwiej wykrywać niewielkie obiekty.

Ze względu na przenikanie światła czerwonego i laserowego przez obiekty transparentne, do tej pory jednym z rozwiązań było stosowanie refleksyjnych czujników optycznych. Technologia oparta jest o wykorzystanie lusterka zamontowanego po drugiej stronie linii. Niejednokrotnie jednak, ze względu na ograniczenia przestrzenne, technologia ta nie mogła być stosowana.

Dziś do dyspozycji inżynierów dostępny jest także trzeci typ detekcji. Co istotne — w przeciwieństwie do wspomnianych już sensorów, pozwala ona lepiej wykrywać obiekty przezroczyste. Mowa o czujnikach odbiciowych z eliminacją tła ze światłem niebieskim.

Stabilność procesów z wykorzystaniem światła niebieskiego

O przewadze czujników ze światłem niebieskim przemawiają właściwości fizyczne, jakimi charakteryzuje się ta barwa światła. Światło niebieskie ma krótszą falę niż inne kolory widzialnego światła, co przekłada się na bardziej powierzchniowe działanie jego wiązki.

Trafiając na obiekt, wiązka jest pochłaniana w mniejszym stopniu, przez co jest w stanie odbić się i wrócić do odbiornika zamontowanego w czujniku. Minimalizuje to zakłócenia wynikające z rodzaju powierzchni danego przedmiotu i czyni detekcję obiektów jeszcze bardziej precyzyjną.

Wiązka światła o barwie niebieskiej, ze względu na długość fali, jest w mniejszym stopniu rozpraszana przez przezroczyste elementy. W praktyce oznacza to, że jesteśmy w stanie wykryć obiekt, z którym światło czerwone nie dawało sobie rady.

Pośród obiektów, które rozpraszają lub pochłaniają z łatwością światło czerwone, znajdują się przede wszystkim przedmioty przeźroczyste.

Tego typu przedmioty spotykamy regularnie w fabrykach m.in. zajmujących się:

• obróbką szkła — m.in. w sektorach automotive czy AGD,
• produkcją tworzyw sztucznych, w szczególności opakowań czy butelek,
• produkcją artykułów spożywczych,
• wytwórstwem pipet, blistrów, czy fiolek na potrzeby farmacji.

Mała-wielka zmiana i natychmiastowy efekt

Wiedząc więcej o specyfice zastosowania światła niebieskiego w detekcji obiektów transparentnych, łatwo dojść do wniosku, że technologia ta staje się naturalnym uzupełnieniem standardowego portfolio czujników. Oznacza to w praktyce, że firmy, które używają dziś najpopularniejszych rozwiązań, mogą bez kosztownych zmian wdrożyć tam także czujniki ze światłem niebieskim, wykorzystując ich rozszerzone możliwości w aplikacjach, które wymagają detekcji transparentnych przedmiotów.

Przyjrzyjmy się konkretnemu zastosowaniu technologii wykrywania obiektów z użyciem wiązki światła niebieskiego. Za przykład posłuży nam rodzina produktów BOS 6K marki Balluff, a dokładniej sensory Blue Light.

➡️ Kliknij tutaj i poznaj czujniki Blue Light.

Porównując czujniki ze światłem czerwonym, laserowym i niebieskim występujące w portfolio Balluff, widać, że oprócz odmiennego rodzaju wiązki, jest to ta sama obudowa, te same otwory montażowe, identyczne konektory.

Docelowy użytkownik jest więc w stanie wygodnie dopasować typ czujnika z rodziny BOS 6K bez potrzeby wprowadzania gruntownych zmian na linii produkcyjnej.

Istotny atut konstrukcji BOS 6K Blue Light stanowi zastosowany w nich port IO-Link. Taka funkcjonalność wpływa na wygodę parametryzacji wielu czujników, bez konieczności podchodzenia do nich.

W praktyce inżynier łączy się z pojedynczymi czujnikami z jednego miejsca, wykorzystując do tego sterownik PLC lub Balluff Engineering Tool – łatwe w użyciu oprogramowanie zapewniające centralny dostęp do parametryzacji wszystkich urządzeń IO-Link w sieci. W ten sposób użytkownicy mogą szybko skonfigurować czujnik, czyli „przyuczyć go” do detekcji danego elementu, a także zmienić tryb jego pracy.

Drugą metodą programowania czujników w przypadku BOS 6K Blue Light jest wykorzystanie przycisku umiejscowionego na obudowie. Pracownik wciska przycisk, ustawia obiekt przed czujnikiem, a następnie przesuwa go, by przed czujnikiem znalazło się wyłącznie samo tło. W ten sposób urządzenie zapisuje informacje o tym, kiedy obiekt jest obecny na swojej pozycji, a kiedy ma do czynienia z samym tłem.

Niezachwiana detekcja ze światłem niebieskim

W aplikacjach, gdzie do tej pory stosowane były czujniki ze światłem czerwonym lub laserowym, dziś trzecim i równie wartym uwagi rozwiązaniem okazują się wszechstronne czujniki ze światłem niebieskim.

Tam, gdzie często pojawiają się problemy z wykrywaniem obiektów przezroczystych – a zatem w branży automotive, produkcji spożywczej, w fabrykach opakowań, butelek, a także w farmacji – z pomocą przychodzą prawa fizyki, których właściwe zastosowanie natychmiastowo podnosi płynność i stabilność procesów.

Praktyczny okaże się również bezpłatny „Przewodnik po detekcji ciemnych, połyskliwych i transparentnych obiektów” od Balluff, który przeprowadza użytkownika przez proces doboru czujników, rozróżnia dostępne technologie, a także przytacza realne przykłady wdrożeń w przypadkach detekcji trudnych materiałów.

➡️ Kliknij tutaj, aby pobrać przewodnik.