Category Archives: Cảm biến quang
Các dòng cảm biến quang chủ đạo của Omron
Giới thiệu chung
Omron là một trong các nhà sản xuất hàng đầu thế giới về cảm biến quang, cung cấp nhiều dòng sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu ứng dụng. Trong chương này, bạn sẽ tìm hiểu về các dòng sản phẩm chính có thể đáp ứng 90% toàn bộ nhu cầu ứng dụng:
E3Z (dòng cảm biến cơ bản đa năng nhất hiện tại!)
E3F2, E3F3 (dòng cơ bản hình trụ cỡ M18)
E3FN (dòng sản phẩm giá rẻ cho nhà chế tạo máy, hình trụ M18)
E3T (cảm biến kích thước nhỏ cho khu vực lắp đặt chật hẹp)
E3JK & E3JM(có sẵn nguồn và tín hiệu ra dùng tiếp điểm rơle)
E3X (Bộ khuếch đại có thể kết nối với nhiều loại đầu cảm biến sợi quang phục vụ
cho các ứng dụng đa dạng)
Dòng E3Z
E3Z là dòng dòng cảm biến thông dụng kích thước nhỏ thuộc loại phổ biến nhất toàn cầu. Mỗi năm có khoảng 1 triệu bộ E3Z được bán ra. E3Z có đủ các model với chế độ hoạt động khác nhau, cũng như có nhiều nhánh sản phẩm con và model đặc biệt.
E3Z có độ tin cậy rất cao:
- Khả năng chống nhiễu do ánh sáng môi trường rất cao. NhấnVÀO ĐÂYđể xem loại E3Z-LS hoạt động hoàn hảo thế nào trong ứng dụng với điều kiện ánh sáng bất lợi.
- Khả năng chống nhiễu điện từ trường cao
- Độ kín nước cao IP67+IP69K (có thể xịt nước rửa trực tiếp) nhờ cấu trúc khuôn đặc biệt
- Trục quang học có độ lệch nhỏ (= > dễ lắp đặt, chỉnh định)
E3ZM thuộc họ E3Z. Nhờ có cấu tạo vỏ thép không gỉ SUS316L nên rất thích hợp cho công nghiệp thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, chịu được nước, dung dịch xịt rửa với áp suất cao.
Tính năng chủ chốt:
- Độ kín nước cao nhất IP69K
- Vỏ thép không gỉ SUS 316L bền và chịu được môi trường hóa chất ăn mòn
- Dây tín hiệu ra dùng giắc cắm
E3Z dùng công nghệ laze
Loại E3Z-Laser có tia sáng phát rất nhỏ, cho phép định vị và phát hiện chính xác vật có kích thước rất nhỏ. Tia sáng có thể thấy rõ bằng mắt thường nên lắp đặt và chỉnh định rất thuận tiện.
Tính năng chủ chốt:
- Tỉ lệ lỗi trắng / đen rất nhỏ, chống nhiễu nền BGS rất tốt
- Sử dụng tia laze chuẩn Class 1 (ít nguy cơ gây hại cho mắt)
Dòng E3F2
E3F2 dòng lớn thứ hai trong các loại cảm biến quang Omron. E3F2 và E3Z đều có độ tin cậy rất cao và dải khoảng cách phát hiện rộng do sử dụng chung khối cảm biến trong. Dòng này có đủ các model với mọi chế độ hoạt động: Thu phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán và BGS (khoảng cách cố định).
Nhiều khách hàng ưa sử dụng E3F2 do loại này dạng trụ cỡ M18 dễ lắp đặt.
OMRON mới bổ sung thêm họ
E3FZ hình trụ M18 loại ngắn và có miếng gá giúp lắp đặt nhanh.
Dòng E3T
E3T là loại cảm biến quang mini cho ứng dụng bị hạn chế không gian lắp đặt. Độ lệch trục quang học rất nhỏ nhờ có công nghệ quang đặc biệt.
Có 2 loại chính phân biệt theo hình dạng: dẹt và vuông
Tính năng chủ chốt:
- E3T-FL[…]: model BGS dẹt, chỉ dày 3,5mm với tỉ lệ lỗi trắng / đen nhỏ.
- E3T-SR4[…]: phản xạ gương đồng trục, khả năng định vị chính xác và không bị vùng chết khi phát hiện băng keo phản xạ.
Dòng E3JK
E3JK có sẵn nguồn, sử dụng điện áp 24-240 VAC và đầu ra rơle. Kích thước 50x50mm của dòng này rất phổ biến trên thị trường và có nhiều nhà sản xuất áp dụng cỡ này.
Tính năng E3JK:
- Có các loại thu phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
- Cáp nối có sẵn
Điểm mạnh:
- Giá thành hợp lý
- Được nâng cấp năm 2009, sử dụng IC cảm biến mới nhất của Omron cho độ tin cậy cao
Dòng E3JM
E3JM có sẵn nguồn, dùng điện áp 24-240VAC hoặc 12-240VDC, đầu ra rơle. E3JM sử dụng khối đầu nối dây (cỡ PG 13,5), có model với đầu ra thời gian và khoảng cách phát hiện xa hơn loại E3JK.
Tính năng E3JM:
- Có các loại Thu phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán.
- Đầu ra rơle hoặc bán dẫn
Điểm mạnh:
- Khối đấu dây giúp lắp đặt thuận tiện (như trường hợp lắp trong các tòa nhà)
- Tiếp điểm ra có thể đặt độ trễ thời gian từ 0,1 đến 5s
Dòng E3X
Đây là dòng cảm biến sợi quang. Bộ điều khiển có thể nối với nhiều đầu sợi quang với hình dạng, độ dài khác nhau, cho phép lắp đặt ở những vị trí không gian rất hẹp. Đây là ưu thế đặc thù mà các loại cảm biến khác không có được.
Dòng này có các loại model:
- Thu phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
- Bộ điều khiển (khuếch đại) với 1 hoặc 2 sợi quang
- Lắp đặt thanh DIN rail
Tín năng đặc biệt tùy model:
- Chức năng thời gian bật trễ, tắt trễ và 1 xung ra.
- Tốc độ đáp ứng cao
- Khả năng phát hiện màu
- Hiện thị tín hiệu dạng đồ thị thanh
Bài 2: Chế độ hoạt động của cảm biến quang
Giới thiệu chung
Trong chương này chúng ta sẽ tập trung tìm hiểu 4 chế độ hoạt động cơ bản của cảm biến quang:
- Chế độ thu phát
- Chế độ phản xạ (gương)
- Chế độ phản xạ khuếch tán
- Chế độ chống ảnh hưởng của nền
Ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về 4 chế độ này: các ưu việt, nhược điểm cũng như một số ví dụ ứng dụng.
Thu phát
Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu sáng tách riêng. Bộ phát truyền ánh sáng đi và bộ thu nhận ánh sáng. Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần này thì sẽ có tín hiệu ra của cảm biến.
Ưu điểm:
- Khoảng cách phát hiện xa (ví dụ E3Z-T82 được tới 30m), phát hiện tốt trong môi trường nhiều bụi.
- Khả năng xác định vị trí chính xác của vật thể.
- Độ tin cậy cao, phát hiện được mọi loại vật thể (trừ loại trong suốt)
Nhược điểm:
- Mất nhiều thời gian để chỉnh vị trí lắp đặt.
- Mất nhiều thời gian nối dây vì có 2 dây riêng biệt
Giá thành sản phẩm ca
Ví dụ ứng dụng:
1. Kiểm soát cổng ra vào: Thông thường cổng ra vào có kính mờ / tối che ngoài. Bởi vậy cần loại thu phát có cường độ sáng cao để xuyên qua lớp kính. Omron đi đầu trên thế giới về loại cảm biến quang sử dụng trong các ứng dụng này.
2. Môi trường khắc nghiệt: ví dụ trạm rửa xe, hoặc môi trường nhiều bụi, cần có cảm biến cường độ sáng cao.
3. Các ứng dụng rộng rãi khác trong tự động hóa công nghiệp, đặc biệt trong trường hợp cần xác định vị trí của vật thể.
Phản xạ gương
Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạ lại tới bộ thu sáng của cảm biến. Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến sẽ phát tín hiệu ra.
Ưu điểm:
- Giá thành thấp hơn loại thu phát
- Lắp đặt dễ hơn loại thu phát
- Chỉnh định dễ dàng
- Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng kính lọc phân cực. NhấnVÀO ĐÂY để hiểu rõ hơn về chức năng này.
Nhược điểm:
- Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát (E3Z-R: chỉ được 4-5m).
- Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương
- Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định. NhấnVÀO ĐÂY để tìm hiểu thêm
Phản xạ gương là dạng cảm biến quang phổ biến nhất trong công nghiệp. Loại này có sự kết hợp tốt các yếu tố như phát hiện tin cậy, khoảng cách vừa đủ và giá thành hợp lý.
Ví dụ ứng dụng:
- Phát hiện vật trên băng chuyền
- Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy
- Phát hiện chai nhựa trong (khi dùng loại thích hợp)
- Kiểm soát cửa / cổng ra vào trong các tòa nhà
Phản xạ khuếch tán
Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra.
Ưu điểm:
- Lắp đặt đơn giản, dễ dàng
- Chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất.
Nhược điểm:
- Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một phần ánh sáng phản xạ). Ví dụ loại E3Z-D: có khoảng cách phát hiện tối đa 1m.
- Tỉ lệ lỗi đen / trắngcao; khoảng cách phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc, kích thước, tính chất bề mặt của vật thể. NhấnVÀO ĐÂY để xem sự khác biệt trong khoảng cách phát hiện tối đa của E3Z-D với vật màu đen, màu trắng và vật kim loại không gỉ (SUS).
- Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có nền màu đen sau vật. Nhấn VÀO ĐÂY để xem mô phỏng.
- Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại Thu phát và Phản xạ gương.
Thông thường, nếu không cần độ chính xác cao, hoặc khó khăn trong việc lắp đặt gương, người ta sẽ dùng loại phản xạ khuếch tán.
Ví dụ ứng dụng:
Ví dụ ứng dụng:
- Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy: như phát hiện vật trên băng chuyền
- Công nghiệp chế tạo gạch men (dùng loại nguồn sáng rộng)
Hạn chế nhiễu của nền(BGS)
Đây là cảm biến phản xạ khuếch tán đặc biệt. Trong khi loại thường phát hiệntổng lượng ánh sáng nhận được, loại BGS phát hiện góc của ánh sáng phản xạ.Công nghệ này có tên là triangulation (phép đạc tam giác). Bởi vậy, độ nhạy của cảm biến sẽ không phụ thuộc vào màu sắc vật hay nền sau vật.
Để làm điều này, cảm biến dùng 2 điôt cho bộ thu (như hình bên) hoặc 1 mạch điôt/PSD.
Ưu điểm:
- 1 điểm lắp đặt duy nhất
- Chính xác và tin cậy hơn loại phản xạ thường (bị lỗi trắng/đen)
- Có thể chỉnh khoảng cách phát hiện ở 1 mức nhất định
Nhược điểm:
- Khoảng cách phát hiện ngắn; ví dụ E3Z-LS: chỉ được tối đa 200mm
Cảm biến BGS ngày càng phổ biến hơn trong các ứng dụng công nghiệp vì không cần gương và phát hiện tin cậy. Thông thường cảm biến BGS lắp đặt bên cạnh hoặc bên trên băng chuyền (xem hình mô phỏng).
Lưu ý: vít biến trở của cảm biến BGS dòng E3Z không điều chỉnh ngưỡng/độ nhạy (như các model khác), mà thay đổi vị trí của thấu kính để điều chỉnh khoảng cách phát hiện.
Dark-On và Light-On
Một tính năng liên quan đến cảm biến quang là phản hồi của cảm biến khi phát hiện hoặc không phát hiện thấy ánh sáng. Tính năng này có tên là chế độ Dark-On hay Light-On. Các trang tiếp theo sẽ giải thích kỹ hơn!
Tín hiệu ra của cảm biến sẽ có khi bộ thu không nhận được ánh sáng.
Cảm biến thu phát và phản xạ gương thường hoạt động ở chế độ D-On này. Vật thể ngăn tia sáng và kích hoạt tín hiệu ra.
Tín hiệu ra có khi bộ thu nhận được ánh sáng từ vật thể.
Cảm biến phản xạ và BGS thường hoạt động ở chế độ L-ON này. Bộ thu nhận được ánh sáng phản xạ từ vật thể, và kích hoạt tín hiệu ra.
Hãy xem lần nữa mô phỏng của cảm biến phản xạ và để ý khi đèn LED báo đầu ra sáng.
Xem bài 3: Các dòng cảm biến quang chủ đạo của Omron
Bài 1: Giới thiệu chung về nguyên lý của cảm biến quang
Giới thiệu chung về nguyên lý của cảm biến quang
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES)có thể phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau: từ việc phát hiện 1 chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm tra xem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa
Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa công nghiệp, giống như làm việc mà không nhìn được vậy.
Cơ bản về Cảm biến quang
Cảm biến quang có ưu việt gì so với các loại cảm biến khác như cảm biến tiệm cận hay cảm biến tiếp xúc ??? Hãy dành 1 phút suy nghĩ trước khi sang trang tiếp theo nhé !
Cảm biến quang…
- … không tiếp xúc với vật thể cần phát hiện
- … có thể phát hiện vật từ khoảng cách xa
- … không bị hao mòn / có tuổi thọ cao
- … có thời gian đáp ứng nhanh (ví dụ 1 ms)
- … có thể phát hiện mọi loại vật thể / vật chất
Cảm biến quang là một trong những công nghệ chủ chốt của OMRON và là nhóm sản phẩm phong phú nhất trong các loại thiết bị tự động của Omron.
Cấu trúc thiết kế
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:
1. Bộ Phát sáng
2. Bộ Thu sáng
3. Mạch xử lý tín hiệu ra
Bộ phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode).
Ánh sáng được phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng).
Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. Một số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED vàng.
Bộ thu sáng
hông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang).Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Tất cả các dòng cảm biến quang Omron ra mắt gần đây (như E3Z, E3T, E3F2) đều sử dụng ASIC.
Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán). Bạn sẽ tìm hiểu rõ hơn về các chế độ hoạt động này trong chương sau.
Mạch tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang / ASIC thành tín hiệu On / Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
Mặc dù một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ le vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN).
Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
Điều chỉnh độ nhạy
ác loại cảm biên quang tiêu chuẩn thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:
1. Chỉnh ngưỡng
Người sử dụng có thể điều chỉnh mức ngưỡng, là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng, sẽ có tín hiệu xuất ra. Trong thực tế, thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện.
Việc chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn, phát hiện được vật nhỏ hơn hoặc các vật trong mờ. Cảm biến quang Omron thường có một biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng. Một số cảm biến còn có nút đặt ngưỡng (teach) để có ngưỡng thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể
2. Công tắc chuyển Light-On/Dark-On
Công tắc L-On/D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến. Bạn sẽ hiểu rõ hơn về hoạt động L-On và D-On ở phần sau.
Các loại Đèn báo
Phần lớn cảm biến quang Omron có 2 đèn báo:
1. Đèn xanh – báo mức ổn định
Đèn LED xanh cho biết cảm biến đang ở tình trạng phát hiện ổn định, nghĩa là tín hiệu ON (có) hay OFF (không có) rõ ràng. Đèn này cũng giúp cho việc cài đặt, chỉnh cảm biến dễ dàng.
2. Đèn báo tín hiệu ra vàng cam / đỏ.
Đèn LED vàng cam hay đỏ bật khi có vật thể được phát hiện và có tín hiệu đầu ra.
Cấu trúc khối của dòng E3Z
Bên phải là hình ảnh E3Z, dòng cảm biến quang phổ biến nhất của Omron. Hãy rê chuột vào các chi tiết hình ảnh để hiểu rõ hơn:
- Công tắc chuyển Light-On/Dark-On
- Nút chỉnh độ nhạy
- Bộ phát sáng
- Bộ thu sáng
- Đầu (tín hiệu) ra
- Đèn chỉ thị
XEM BÀI 2: Chế độ hoạt động cảm biến quang >>
Biến tần giá rẻ, INVT, Yaskawa, KDE, ABB, Fuji 