آیا تا به حال فکر کرده‌اید که ربات‌های کارخانه چگونه عبور سریع محصولات را «می‌بینند» یا چگونه یک درب اتوماتیک متوجه نزدیک شدن شما می‌شود؟ احتمالاً حسگرهای فوتوالکتریک - که اغلب «چشم‌های نوری» نامیده می‌شوند - قهرمانان گمنامی هستند که این کار را انجام می‌دهند. این دستگاه‌های هوشمند از پرتوهای نور برای تشخیص اشیاء بدون تماس فیزیکی استفاده می‌کنند و ستون فقرات اتوماسیون مدرن را تشکیل می‌دهند. اما آیا می‌دانستید که چهار نوع اساسی وجود دارد که هر کدام قدرت فوق‌العاده خود را دارند؟ بیایید آنها را تجزیه و تحلیل کنیم تا بتوانید فناوری شکل‌دهنده دنیای خودکار ما را درک کنید.
چهارگانه اصلی: چهار روشی که نور دنیای شما را تشخیص می‌دهد
در حالی که می‌توانید انواع تخصصی را پیدا کنید، متخصصان صنعت به طور مداوم به چهار فناوری حسگر فوتوالکتریک اساسی اشاره می‌کنند. انتخاب فناوری مناسب به شدت به نیازهای خاص برنامه شما بستگی دارد - فاصله، نوع شیء، محیط و دقت مورد نیاز.
- حسگرهای پرتوی عبوری: قهرمانان برد بلند
- نحوه کار آنها: به فانوس دریایی و دیده‌بانی فکر کنید. این حسگرهاواحدهای جداگانهیک فرستنده که پرتوی از نور (اغلب مادون قرمز یا LED قرمز) را ارسال می‌کند و یک گیرنده که مستقیماً در مقابل آن قرار دارد. تشخیص زمانی اتفاق می‌افتد که یک جسم از نظر فیزیکیاستراحت‌هااین پرتو.
- نقاط قوت کلیدی: آنها دارای طولانی‌ترین برد حسگری (به راحتی تا 20 متر یا بیشتر) هستند و قابلیت اطمینان و پایداری بالایی را ارائه می‌دهند. از آنجا که گیرنده مستقیماً نور ساطع‌کننده را می‌بیند، تا حد زیادی تحت تأثیر رنگ، شکل یا سطح جسم (براق، مات، شفاف) قرار نمی‌گیرند.
- معایب: نصب نیاز به تراز دقیق دو واحد جداگانه و سیم‌کشی برای هر دو دارد که می‌تواند پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر باشد. همچنین در صورت تجمع گرد و غبار روی هر یک از لنزها، آسیب‌پذیر هستند.
- جایی که آنها را می‌بینید: مناسب برای تشخیص دوربرد روی نوار نقاله‌ها، محافظت از ماشین‌آلات بزرگ، بررسی سیم‌ها یا نخ‌های پاره شده و شمارش اشیاء عبوری از دروازه. آن تیر ایمنی درب گاراژ که از بسته شدن آن روی ماشین شما جلوگیری می‌کند؟ پرتوی عبوری کلاسیک.
- حسگرهای بازتابنده (Retroreflective): جایگزین تک واحدی
- نحوه کار آنها: در اینجا، فرستنده و گیرنده در داخل قرار دارندهمان واحداین حسگر نور را به سمت یک بازتابنده مخصوص (مانند یک بازتابنده دوچرخه با کیفیت بالا) که در مقابل آن نصب شده است، می‌فرستد. بازتابنده، پرتو نور را مستقیماً به گیرنده بازمی‌گرداند. تشخیص زمانی اتفاق می‌افتد که یک جسم این پرتو بازتاب شده را قطع کند.
- نقاط قوت کلیدی: نصب و سیم‌کشی بسیار آسان‌تر از روش پرتو-سراسر، زیرا فقط یک واحد در یک طرف دارد (به‌علاوه بازتابنده غیرفعال). برد حسگری خوبی ارائه می‌دهد، اغلب طولانی‌تر از انواع پراکنده. برخی از نسخه‌های تخصصی با استفاده از فیلترهای نور قطبیده برای نادیده گرفتن بازتاب‌های سرگردان، برای تشخیص اشیاء شفاف (مانند بطری‌های شیشه‌ای یا پلاستیکی) عالی هستند.
- معایب: برای عملکرد مطمئن، رفلکتور باید تمیز نگه داشته شود. عملکرد می‌تواند تحت تأثیر اشیاء پس‌زمینه با بازتاب بالا که به طور بالقوه نور را منعکس می‌کنند، قرار گیرد. برد حسگری عموماً کمتر از پرتو عبوری است.
- کجا آنها را می‌بینید: به طور گسترده در خطوط بسته‌بندی، جابجایی مواد، تشخیص وسایل نقلیه یا افراد در نقاط دسترسی و تأیید وجود ظروف شفاف در خطوط تولید استفاده می‌شود.
- حسگرهای پخشی (مجاورتی): ابزارهای کارآمد جمع و جور
- نحوه کار آنها: فرستنده و گیرنده دوباره درهمان واحدبه جای استفاده از یک بازتابنده، حسگر به خود شیء هدف متکی است تا نور را به گیرنده بازتاب دهد. حسگر شیء را بر اساس شدت این نور بازتاب شده تشخیص می‌دهد.
- نقاط قوت کلیدی: نصب ساده - فقط یک دستگاه برای نصب و سیم‌کشی. اندازه جمع و جور آنها را برای فضاهای تنگ ایده‌آل می‌کند. نیازی به رفلکتور در طرف مقابل نیست.
- معایب: برد حسگری کوتاه‌تر از هر دو نوع پرتوی عبوری و بازتابنده است. عملکرد به شدت به رنگ، اندازه، بافت و میزان بازتاب جسم بستگی دارد. یک جسم تیره و مات نور بسیار کمتری نسبت به یک جسم روشن و براق منعکس می‌کند و باعث می‌شود تشخیص در حداکثر فاصله مجاز، قابل اعتماد نباشد. اجسام پس‌زمینه همچنین می‌توانند باعث ایجاد تحریک‌های کاذب شوند.
- جایی که آنها را می‌بینید: برای کارهای تشخیص برد کوتاه بسیار رایج هستند: وجود قطعه در خطوط مونتاژ، تشخیص درب بطری، نظارت بر ارتفاع پشته‌ها و تشخیص سطح سطل زباله. به یک دستگاه فروش خودکار فکر کنید که دست شما را در نزدیکی محل توزیع حس می‌کند.
- حسگرهای سرکوب پس‌زمینه (BGS): متخصصان متمرکز
- نحوه کار آنها: تکامل پیچیده‌ای از حسگر پخشی، که آن هم در یک واحد قرار دارد. حسگرهای BGS به جای اندازه‌گیری فقط شدت نور منعکس‌شده، فاصله تا جسم را با استفاده از اصول مثلث‌بندی یا زمان پرواز تعیین می‌کنند. آنها دقیقاً کالیبره شده‌اند تا فقط اشیاء را در یک محدوده فاصله خاص و از پیش تعیین‌شده تشخیص دهند و عملاً هر چیزی فراتر از آن (پس‌زمینه) را نادیده بگیرند.
- نقاط قوت کلیدی: عدم تأثیرپذیری از اشیاء پس‌زمینه - بزرگترین مزیت آنها. در مقایسه با حسگرهای پخشی استاندارد، حساسیت بسیار کمتری نسبت به رنگ و بازتاب شیء هدف دارند. تشخیص اشیاء را در فاصله دقیق با اطمینان بالا ارائه می‌دهند.
- معایب: معمولاً حداکثر برد کوتاه‌تری نسبت به سنسورهای دیفیوزر استاندارد دارند. معمولاً گران‌تر از انواع دیفیوزر ساده هستند.
- جایی که آنها را می‌بینید: برای تشخیص اشیاء در برابر پس‌زمینه‌های پیچیده یا بازتابنده، تشخیص قابل اعتماد اشیاء تیره یا سیاه (مانند لاستیک)، بررسی میزان پر بودن ظروف صرف نظر از رنگ محتوا و اطمینان از موقعیت‌یابی دقیق در جایی که تداخل پس‌زمینه مشکل‌ساز است، ضروری است. در خطوط مونتاژ خودرو و بسته‌بندی مواد غذایی بسیار مهم است.
فراتر از اصول اولیه: برآورده کردن نیازهای تخصصی
در حالی که چهار هسته اصلی اکثر کارها را انجام می‌دهند، مهندسان حسگرهای تخصصی را برای چالش‌های منحصر به فرد توسعه داده‌اند:
- حسگرهای فیبر نوری: از کابل‌های فیبر نوری انعطاف‌پذیر متصل به یک تقویت‌کننده مرکزی استفاده می‌کنند. ایده‌آل برای فضاهای بسیار تنگ، محیط‌های با دمای بالا یا مناطقی با نویز الکتریکی بالا.
- حسگرهای رنگ و کنتراست: تشخیص رنگ‌های خاص یا تفاوت در کنتراست (مانند برچسب‌های روی بسته‌بندی)، که برای کنترل کیفیت حیاتی است.
- حسگرهای لیزری: پرتوی بسیار متمرکز برای تشخیص اشیاء بسیار کوچک یا دستیابی به اندازه‌گیری‌های دقیق فاصله فراهم می‌کنند.
- حسگرهای اشیاء شفاف: انواع بازتابنده با تنظیم ویژه که به طور خاص برای تشخیص قابل اعتماد مواد شفاف طراحی شده‌اند.
چرا حسگرهای فوتوالکتریک بر اتوماسیون حاکم هستند؟
این «چشمان عقاب» مزایای قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهند: برد حسگری طولانی، عملکرد بدون تماس (جلوگیری از آسیب)، زمان پاسخ سریع و دوام در محیط‌های صنعتی سخت. آنها برای وظایف بی‌شماری در صنایع مختلف اساسی هستند:
- تولید و بسته‌بندی: تشخیص قطعات روی نوار نقاله، شمارش محصولات، بررسی سطوح پر شدن، تأیید وجود برچسب، کنترل بازوهای رباتیک.
- مواد غذایی و آشامیدنی: اطمینان از بسته‌بندی مناسب، تشخیص اشیاء خارجی، نظارت بر جریان خط تولید.
- داروسازی: تأیید وجود قرص در بسته‌های تاول زده، بررسی دقیق میزان پر بودن ویال.
- خودرو: موقعیت‌یابی دقیق قطعات برای ربات‌های مونتاژ، تأیید قطعات، پرده‌های نوری ایمنی.
- لجستیک و جابجایی مواد: کنترل تسمه‌های نقاله، تشخیص پالت‌ها، اتوماسیون انبار.
- اتوماسیون ساختمان: درب‌های اتوماتیک، موقعیت‌یابی آسانسور، سیستم‌های ایمنی.
آینده روشن (و هوشمندانه) است
بازار حسگرهای فوتوالکتریک در حال رونق گرفتن است و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ با رشد سالانه ۶.۶ درصد به ۳.۰۱ میلیارد دلار یا حتی تا سال ۲۰۳۳ با نرخ رشد مرکب سالانه ۹ درصد به ۴.۳۷ میلیارد دلار برسد. این رشد ناشی از حرکت بی‌وقفه به سمت اتوماسیون، صنعت ۴.۰ و کارخانه‌های هوشمند است.
موج بعدی شامل حسگرهایی است که هوشمندتر و متصل‌تر می‌شوند. به دنبال پیشرفت‌هایی مانند اتصال IO-Link برای راه‌اندازی و تبادل آسان‌تر داده‌ها، ادغام با پلتفرم‌های اینترنت اشیا برای نگهداری پیش‌بینی‌شده و حتی کاربرد نانومواد برای افزایش حساسیت و قابلیت‌های جدید باشید. ما در حال ورود به دوران «فناوری حسگر ۴.۰» هستیم، جایی که این دستگاه‌های حسگر اساسی به نقاط داده هوشمند در سیستم‌های به‌هم‌پیوسته تبدیل می‌شوند.
انتخاب «چشم» مناسب برای شغل
درک این چهار نوع اساسی - پرتوی عبوری، بازتابنده، پخش‌کننده و حذف پس‌زمینه - اولین قدم برای مهار قدرت حسگر فوتوالکتریک است. جسم، فاصله، محیط و تداخل احتمالی پس‌زمینه را در نظر بگیرید. در صورت شک، مشورت با تولیدکنندگان حسگر یا متخصصان اتوماسیون می‌تواند به تعیین فناوری بهینه برای کاربرد خاص شما کمک کند و تضمین کند که اتوماسیون شما روان و کارآمد عمل می‌کند. گزینه‌ها را بررسی کنید؛ حسگر مناسب می‌تواند مسیری را برای بهره‌وری بیشتر روشن کند.
زمان ارسال: ۱۱ ژوئیه ۲۰۲۵
