Introduzione
I sensori fotoelettrici sono il tipo di sensori utilizzati per rilevare oggetti in base a una varietà di proprietà ottiche. I sensori fotoelettrici sono costituiti da un emettitore di luce e da un elemento ricevitore.
Il sensore può rilevare l'interruzione di un raggio di luce riflessa e decidere se un oggetto è presente o meno.
In questo articolo parleremo di sensori retroriflettenti, che appartengono alla famiglia dei sensori fotoelettrici. Vediamo cosa sono i sensori retroriflettenti, di cosa sono fatti e come possiamo usarli per rilevare oggetti.
Che cos'è un sensore retroriflettente?
Un sensore retroriflettente è un tipo di sensore fotoelettrico che utilizza l'interruzione di un raggio di luce riflessa per rilevare gli oggetti. Esistono due tipi principali di sensori retroriflettenti:
- Sensori retroriflettenti standard
- Sensori retroriflettenti polarizzati
Entrambi i tipi di sensori hanno l'emettitore di raggio luminoso e l'elemento rivelatore/ricevitore integrati nella stessa custodia. Il raggio di luce emesso viene riflesso da a catarifrangente torna al sensore.
Quando un oggetto viene posizionato tra il sensore e il riflettore, interrompe il raggio. L'assenza del fascio di luce fa sì che il sensore modifichi il suo segnale di uscita.
Principio di funzionamento del sensore retroriflettente
Come accennato in precedenza, i sensori retroriflettenti hanno sia l'emettitore che il ricevitore integrati nello stesso alloggiamento. Un'unità riflettore separata viene posizionata per riflettere il raggio sul sensore.
Quando un oggetto entra nella regione tra il riflettore e il sensore, ostruisce il raggio di luce. Questa interruzione fa sì che il raggio di luce si diffonda e il sensore rileva il cambiamento. Quindi fa cambiare l'output.
Un sensore fotoelettrico, in generale, ha al suo interno alcuni blocchi di circuiti:
- Modulatore e amplificatore
- Trasmettitore e ricevitore con unità target/riflettore
- Rivelatore Amplificatore e Demodulatore
- Uscita
Stadio modulatore e amplificatore
In questa fase, il circuito modulatore genera un segnale pulsato. Questa è spesso un'onda quadra che si accende e si spegne rapidamente.
L'amplificatore amplifica questo segnale e produce corrente sufficiente per pilotare il LED dell'emettitore. Il motivo per utilizzare un raggio di luce pulsante è ridurre le interferenze esterne causate da altre sorgenti luminose.
Ma ci sono sensori che utilizzano la luce non modulata. I sensori con raggi di luce non modulati hanno una portata maggiore, ma sono suscettibili alla luce coerente e all'interferenza della luce esterna.
Trasmettitore e ricevitore con unità target/riflettore
Quasi tutti i sensori fotoelettrici utilizzano i LED come trasmettitori/emettitori a causa della velocità e del basso consumo energetico. Il rivelatore è composto da a fotorilevatore/fotosensore.
Sia il trasmettitore che il ricevitore sono dotati di lenti per filtrare e dirigere il raggio luminoso. Gli impulsi di luce trasmessi vengono riflessi dal catadiottro e captati dal fotodiodo.
Riflessione regolare vs. retroriflessione
Un riflettore standard come il vetro riflette la luce con un angolo uguale all'angolo di incidenza del raggio di luce. Ogni volta che il riflettore viene inclinato anche di un minimo bit, il raggio di luce riflessa può essere diretto altrove oltre al sensore.
I catadiottri utilizzano cubi angolari, formati da 3 singole superfici riflettenti. Sono perpendicolari (90 gradi) tra loro. Possono dirigere la luce riflessa indietro verso il raggio di luce emesso anche quando il riflettore è posizionato ad angolo. Questo è chiamato 'retroriflessione'.
Con l'uso di un riflettore, può essere spostato o inclinato fino a 10-30 gradi e il sensore sarà comunque in grado di rilevare il raggio riflesso.
Rivelatore Amplificatore e Demodulatore
Questa fase amplifica il segnale del fotorivelatore e demodula il segnale ricevuto. Invia un segnale di controllo allo stadio di uscita per commutare l'uscita ALTA/BASSA.
Stadio di uscita
Lo stadio di uscita è costituito dall'elemento di controllo finale per commutare l'uscita. Può essere un circuito a transistor per sensori di tipo NPN/PNP o un'uscita a relè. Tipicamente, questa fase consiste anche in una protezione aggiuntiva come protezione da cortocircuito e diodi di protezione da inversione di polarità.
Questo tipo di sensori fotoelettrici utilizza il principio di retroriflessione nel loro meccanismo di rilevamento. Un riflettore può riflettere un raggio di luce direttamente alla sua sorgente, indipendentemente dall'angolo del riflettore.
Questo aiuta a calibrare/allineare il sensore poiché non è necessario che il sensore sia perfettamente perpendicolare al riflettore.
Sensori retroriflettenti regolari vs sensori retroriflettenti polarizzati
I normali sensori retroriflettenti possono rilevare quasi tutti gli oggetti. Ma hanno difficoltà a rilevare oggetti lucidi come superfici lucide o specchi. Un sensore retroriflettente standard non è in grado di rilevare tali oggetti in quanto possono essere "ingannati" dall'oggetto lucido riflettendo il raggio emesso sul sensore.
Un sensore retroriflettente polarizzato prevede che il raggio di luce sia polarizzato dal riflettore di 90 gradi. Se il raggio riflesso è polarizzato a 90 gradi, il sensore sa che non c'è nessun oggetto.
Ma quando un oggetto riflettente entra tra il sensore e il riflettore, il raggio riflesso non viene polarizzato e il sensore può quindi rilevare l'oggetto. L'unico oggetto che può interrompere la funzionalità di questi sensori sono i catadiottri.
Sensore retroriflettente vs sensore a riflessione diffusa
La principale differenza tra questi due tipi è il metodo di riflessione. Un sensore a riflessione diffusa si aspetta che la luce venga riflessa dall'oggetto, mentre i sensori a riflessione si aspettano che il raggio di luce venga interrotto dall'oggetto per rilevarlo.
I sensori retroriflettenti necessitano anche di un catadiottro dedicato per funzionare.
I sensori a riflessione diffusa non necessitano di un riflettore poiché l'oggetto da rilevare funge da riflettore stesso.
Ciò semplifica il montaggio dei sensori a riflessione diffusa. Tuttavia, poiché il rilevamento si basa sulla luce riflessa dall'oggetto, le condizioni fisiche come il colore e la trama dell'oggetto influiscono direttamente sulle prestazioni di rilevamento.
I sensori retroriflettenti sono meno suscettibili a condizioni come il colore e l'angolo dell'oggetto rilevato. Possono essere utilizzati in applicazioni come il rilevamento di oggetti trasparenti come il vetro. Tuttavia, i sensori retroriflettenti hanno a zona morta a distanze estremamente ravvicinate.
Entrambi i sensori hanno una distanza di rilevamento da diversi centimetri a diversi metri, hanno un cablaggio semplice e sono relativamente più facili da montare.
Applicazione del sensore retroriflettente
I sensori retroriflettenti trovano le loro applicazioni in molti settori come quello automobilistico, della movimentazione dei materiali, dell'ingegneria meccanica, degli alimenti e delle bevande e dei sistemi di controllo degli accessi.
Questi sensori vengono utilizzati nelle linee di assemblaggio per fornire un posizionamento di precisione ai bracci robotici per afferrarli. La versione polarizzata dei sensori retroriflettenti rende il sensore immune alle finiture lucide in parti come la carrozzeria.
In applicazioni come i trasloelevatori nei magazzini, i sensori fotoelettrici come i sensori retroriflettenti sono abbinati ad altri miglioramenti come accoppiatori di dati ottici. Ciò consente ai trasloelevatori di posizionare/recuperare con precisione le merci e di leggere il contenuto dei codici a barre in modalità wireless.
Gli ascensori utilizzano anche sensori retroriflettenti per rilevare la posizione delle porte e dell'ascensore stesso per garantire la massima affidabilità e prestazioni.
Configurazione del sensore retroriflettente
I sensori retroriflettenti sono disponibili in due tipi: scuro (NC) ed luce accesa (NO). Il tipo dark-on attiva l'uscita quando un oggetto viene posizionato tra il sensore e il riflettore. Il tipo acceso accende l'uscita quando non è presente alcun oggetto.
È più facile da memorizzare rispetto a Normalmente Chiuso (NC) o Normalmente Aperto (NA). Alcuni sensori hanno entrambe le configurazioni mentre altri possono avere un selettore per selezionare la modalità di funzionamento
Di seguito sono riportati gli schemi elettrici tipici per diversi tipi di sensori retroriflettenti.
Ci sono due LED sui sensori fotoelettrici. UN LED verde indicare energia, E un LED arancione/rosso per indicare il rilevamento. Per calibrare un sensore retroriflettente, sono disponibili due opzioni: pulsante di apprendimento o potenziometro.
Per calibrare un sensore con un potenziometro, impostare il sensore con il suo riflettore e ruotare il potenziometro fino allo spegnimento di entrambi i LED. Regolare il potenziometro fino a quando il LED verde rimane acceso quando non c'è nessun oggetto, e entrambi I LED si accendono quando l'oggetto è presente.
Domande frequenti sui sensori retroriflettenti
Q: Il mio sensore retroriflettente standard mi sta dando una lettura falsa quando rileva un metallo lucido come bersaglio. Come posso correggere questo?
R: Questo è un problema comune con i sensori retroriflettenti standard. Selezionando un retroriflettente polarizzato sensore con a catadiottro angolare eliminerà questo problema.
Q: Sto cercando un sensore retroriflettente in grado di rilevare una bottiglia di vetro trasparente su un nastro trasportatore per un'applicazione di conteggio. Quale sarebbe l'opzione migliore?
AA sensore retroriflettente polarizzato con rilevamento di oggetti chiari funzionerà meglio per tali applicazioni. Questi sensori non avranno zone morte, il che sarà vantaggioso nella maggior parte dei casi.
Q: Qual è il miglior tipo di riflettore da utilizzare con i sensori retroriflettenti?
R: Nella maggior parte dei casi, i catadiottri a cubo angolare sono compatibili con tutti i tipi di sensori retroriflettenti. Tuttavia, sensori retroriflettenti polarizzati devono obbligatoriamente: utilizzare riflettori in stile corner-cube per garantire le massime prestazioni.
Q: Ci sono opzioni di riflettore per temperature estreme?
R: Esistono riflettori in grado di resistere a temperature elevate da 120 a 500 gradi Celsius. Per l'uso a temperature estremamente basse, sono disponibili riflettori dotati di elementi riscaldanti integrati per prevenire la formazione di nebbia/ghiaccio.
Un sensore retroriflettente ha bisogno di un riflettore?
La risposta semplice sarebbe sì. Tuttavia, ciò dipende dall'applicazione del sensore. Un sensore retroriflettente può essere tecnicamente utilizzato al posto di un sensore a riflessione diffusa se l'oggetto rilevato è esso stesso un riflettore catadiottrico o simile.
La configurazione configurabile light-on e/o dark-on del sensore facilita questo approccio.
Tuttavia, per garantire la massima precisione, l'uso di un riflettore è fondamentale. D'altra parte, i sensori polarizzati non funzionano affatto senza un catadiottro polarizzante.
Conclusione
In questo articolo, abbiamo discusso dei sensori retroriflettenti e del loro funzionamento principale, insieme alle loro applicazioni. I sensori ottici in generale sono una buona scelta per rilevare oggetti senza contatto e hanno un raggio di rilevamento più elevato rispetto ad altri tipi di sensori.
La selezione di un tipo di sensore fotoelettrico appropriato per la propria applicazione aumenterà notevolmente la precisione di rilevamento e fornirà un output pulito con falsi trigger minimi.
