Senzor pro rozpoznávání obrysů a poloh objektů

číslo 7/2005

Senzor pro rozpoznávání obrysů a poloh objektů

Rozpoznávaní obrysů a poloh objektů je v současné době nedílnou součástí výrobních a kontrolních postupů při montážních procesech a v manipulačních systémech. Stoprocentní ověření obrysu nebo polohy před jednotlivými montážními kroky, popř. během nich, je zárukou vysoké úrovně kvality výrobků a téměř vylučuje výrobu zmetků. Pro tyto účely byl společností Ifm electronic vyvinut a na trh uveden nový senzor Efector dualis. Jeho použití ve zmíněných výrobních procesech oproti klasickým způsobům podstatně snižuje náklady na kontrolu a současně ji mnohonásobně zrychluje. Svými malými rozměry, pouhých 42 × 42 × 43edstavuje tento extrémně kompaktní senzor novou úroveň v oboru snímačové techniky.

Obr. 1.

Obr. 1. Kontrola montáže hřídele převodovky (v pozadí osvětlovací prvek, v popředí senzor obrysu Efector dualis)

Princip činnosti

Senzor Efector dualis pracuje na základě tzv. prosvětlovací metody, realizované sestavou tvořenou vlastním senzorem a osvětlovacím prvkem. Kontrolovaný předmět, např. obrobek, se pohybuje v prostoru mezi senzorem a osvětlovacím prvkem (obr. 1). V okamžiku, kdy se obrobek objeví v zorném poli senzoru, je prostřednictvím spouštěcího signálu krátkodobě rozsvícen osvětlovací prvek. Světlo z osvětlovacího prvku vytvoří na senzoru stínový obraz obrobku a senzor porovná obrysy sejmutého stínového obrazu s požadovaným obrazem uloženým v jeho paměti. Je-li zjištěna odchylka od požadovaného obrysu, senzor vyšle spínací signál, který je pro řídicí jednotku příkazem k vyřazení vadného obrobku a jeho klasifikace jako zmetku. Souprava, senzor a osvětlovací prvek, používá buď viditelné červené světlo o vlnové délce 660 nm, nebo neviditelné infračervené (880 nm). K hranám obrazu obrysu kontrolovaného výrobku lze v senzoru programově „přiložit„ tzv. obrysový pás určité šířky, který představuje hodnotu tolerance rozměrové přesnosti. V senzoru obrysu jsou tak uloženy přípustné výrobní tolerance, které je možné měnit. Má-li být kontrolovaný výrobek uznán za vyhovující, musí se hrany obrazu jeho obrysu nacházet uvnitř obrysového pásu.

Základní technické parametry

Rozhodující optické charakteristiky všech šesti verzí senzoru obrysu Efector dualis jsou uvedeny v tab. 1. Všechna provedení mají napájecí napětí 24 V DC ±10 %, odběr proudu do 200 mA, úbytek napětí do 1 V, proudovou zatížitelnost 100 mA, odolnost proti přetížení i zkratu, externí spuštění 24 V PNP podle IEC61131-1 a frekvenci detekce maximálně 10 Hz. Provozní teplota je od 0 do 50 °C a skladovací teplota od –40 do +80 °C, krytí IP65. Pouzdro je odlito ze slitiny zinku. Kontrolovaný předmět se může pohybovat rychlostí do 1 m·s–1.

Obr. 2.

Obr. 2. Senzor Efector dualis v pracovní poloze

Jako příslušenství senzorů se dodává kabel pro rozhraní USB, montážní sada a ovládací software (obr. 2).

Použití senzoru

Senzor Efector dualis může při použití funkce rozpoznávání obrysů kontrolovat tvar obrysu včetně např. existence otvorů. Pro tento účel se v obrazovém okénku na PC nadefinují různé sledované oblasti a jejich stav se uloží do paměti jako požadovaná hodnota. Pro každou sledovanou oblast lze definovat zvláštní tolerance.

Funkce rozpoznávání polohy se uplatní tam, kde je před určitým výrobním krokem důležité prověřit správnou polohu přisunuté součástky (obrobku). V takových případech porovnává Efector dualis polohu obrobku s jeho požadovanou polohou, uloženou v paměti, a povolí vykonání dalšího výrobního kroku pouze při správné poloze obrobku.

Třetí možnou funkcí je kontrola montáže, při níž senzor obrysu hlídá, zda je nebo není určitý díl namontován, zda je namontován správný díl a zda montáž byla správně provedena.

Obr. 3.

Obr. 3. Osvětlovací prvky systému Efector dualis s tloušťkou jen 9,2 mm

Ploché osvětlovací prvky

V rámci vývoje nové generace osvětlovacích prvků byly vyvinuty a uvedeny na trh osvětlovací prvky tří různých velikostí, které svými rozměry, především malou tloušťkou, umožňují instalaci i v omezených prostorech (obr. 3). Integrovaná mikroprocesorová technika dovoluje provozovat osvětlovací prvky se dvěma různými intenzitami světla: v režimu normal může být prvek provozován trvale, v režimu high je provozován impulsně se čtyřnásobnou intenzitou světla; to je výhodné především při rychlých pohybech.

Obslužný software

Mikroprocesor vestavěný v senzoru nabízí mnoho různých možností využití. Pro komunikaci a parametrizaci lze senzor přes rozhraní USB spojit s PC, popř. s notebookem. Je-li použit obslužný software Efector dualis control panel, lze provést potřebná nastavení a uložit je do paměti senzoru. Dodávaný software obsahuje přehledné menu a jeho ovládání je mimořádně jednoduché. Nový obrys předmětu je v senzoru parametrizován pouze šesti pracovními kroky.

Montáž a uvedení do provozu

K upevnění senzoru Efector dualis lze použít kompatibilní montážní příslušenství určené pro optoelektronické senzory. K dispozici jsou vhodné přípravky pro upevnění na stěnu, na rovinnou plochu nebo na hliníkový montážní držák. Montážní prvky, které doplňují rozměrově malé senzory, umožňují jejich použití i v místech s malým montážním prostorem při rychlé montáži i nastavení.

Tab. 1. Základní optické vlastnosti senzorů obrysu řady Efektor Dualis

Objednací číslo

O2D200

O2D201

O2D202

O2D203

O2D204

O2D205

Vlnová délka světla (nm)

880

660

880

660

880

660

Zorný úhel (°)

5,5

8,3

12,3

Rozměry
obrazového
pole/rozlišení
při vzdálenosti (mm):

50
75
100
200
400


14 × 18/0,2
20 × 60/0,3
40 × 52/0,6
80 × 104/1,3

14,5 × 19/0,2
22 × 28/0,3
29 × 37,5/0,4
58 × 75/09
116 × 150/1,8

22,5 × 28/0,3
33 × 42/0,5
43 × 56/0,7
87 × 112/1,4
174 × 224/2,8

Doporučuje se namontovat senzor obrysu s využitím příslušného montážního příslušenství a konektorem M12 jej propojit s řídicí jednotkou (např. PLC). Naproti němu je třeba upevnit osvětlovací prvek, který rovnoměrně vyzařuje červené nebo infračervené světlo. Tento prvek, který se vyznačuje mimořádně malou tloušťkou, pouze 9,2 mm, je na trhu i z hlediska ceny bezkonkurenční. Spouštěcí senzor, v tomto případě optický senzor v provedení OHJ, je upevněn a nasměrován tak, že detekuje hranu nosiče obrobku. Pokud se bude obrobek nacházet přesně v zorném poli, spustí senzor obrysu.

Zkušební souprava

Společnost Ifm electronic také sestavila velmi užitečnou soupravu, s níž lze velmi názorně ověřovat výkonové schopnosti senzoru Efector dualis v podmínkách reálného provozu, a to včetně dynamických výrobních procesů. Kompletně vybavenou a parametrizovanou zkušební soupravu s nainstalovaným softwarem lze samostatně uvést do provozu ihned po dodání.

Ing. Oldřich Klos

ifm electronic, spol. s r. o.
U Křížku 571
252 43 Průhonice
tel.: 267 990 211
fax: 267 750 180
e-mail: info.cz@ifm-electronic.com
http://www.ifm-electronic.cz