Kohteesta tunnistava valokenno on valokenno, jonka toimintaperiaate perustuu valon heijastumiseen tunnistettavasta kohteesta takaisin valokennolle. Kohteesta tunnistavia valokennoja käytetään paljon  automaatioteollisuudessa sekä automaattisissa ovissa ja porteissa, missä ne huolehtivat kohteiden tunnistamisesta nopeasti ja luotettavasti. Mutta mitä tapahtuu, jos tunnistuksen kohteena onkin tumma tai vain vähän valoa takaisin heijastava kappale?

Kohteesta tunnistava valokenno usein tuskailee mustien, tummien ja läpinäkyvien kappaleiden tunnistamisessa. Syy heikolle tunnistukselle on ilmeinen;  mustat, tummat ja läpinäkyvät kohteet heijastavat niihin kohdistetusta valosta vain n. 5-10 prosenttia takaisin. Tämä johtuu siitä, että mustissa ja tummissa kohteissa valo absorboituu kappaleen pintaan, kun taas läpinäkyvissä kohteissa suuri osa valosta jatkaa kappaleen läpi heijastumatta takaisin. Tilannetta on havainnollistettu alla olevan kuvan avulla.

Väärän kohteesta tunnistavan valokennon valitseminen voi johtaa puutteelliseen tunnistukseen, mikä heikentää tuotantoprosessia ja vie kunnossapitohenkilöstön arvokasta aikaa.

Haasteeseen on kuitenkin olemassa ratkaisu, joista yksi on Telco Sensors kohteesta tunnistavat valokennot. Telco Sensors valokennot toimivat luotettavasti myös tummien kohteiden tunnistuksessa. Siten haastavista materiaaleista, kuten kumi- ja muovituotteista, tukeista, raakatiilistä ja mustaksi maalatuista kappaleista saadan tunnistus aikaan, vaikka kappaleiden väritys olisikin erittäin tumma.

Toisaalta, haaste voidaan ratkaista myös asentamalla lähetin-vastaanotin pari, koska tällöin väririippuvuutta ei synny. Lähetin-vastaanotin parin asentaminen ei kuitenkaan ole aina mahdollista, kuten aiemmassa valokennojen tunnistustapoja vertailevassa artikkelissa totesimme.

Telco Sensorsin kohteesta tunnistavat valokennot hyödyntävät useita erilaisia suunnitteluratkaisuja, joiden avulla ne erottuvat muista kohdevalokennojen valmistajista. Esimerkiksi lähetinyksiköissä hyödynnetään erityistä tekniikkaa, jonka avulla on mahdollista lisätä lähetetyn valon tehoa. Valotehon lisäyksellä  kohteista heijastuvan valon määrää lisääntyy merkittävästi.

Lisäksi vastaanotinyksikkö on rakennettu havaitsemaan heikotkin lähettimen valon heijastukset, jolloin tunnistus toimii luotettavasti myös tummista kohteista. Nämä innovaatiot tekevät Telco Sensorsin valokennoista erinomaisia värien tunnistuksessa ja erottavat ne muista valmistajista.

Telcon kohteesta tunnistavan valokennon suuri valoteho mahdollistaa tunnistuksen kaiken värisistä kappaleista. Tämä antaa yritykselle enemmän vapausasteita esimerkiksi pakkaussuunnitteluun, kun vaalea pakkaus voidaan vaihtaa tummaan ilman kuljettimen antureiden uusimista. Olemme ratkaisseet useita vastaavanlaisia haasteita Telcon valokennoilla.

Kappaleiden väritys voi myös vaihdella kappaleen asennosta riippuen. Esimerkiksi tukeissa oksan kohta muodostaa usein tummemman alueen puun pinnassa, mikä aiheuttaa puutteellisen tunnistuksen liian heikolla kohdevalokennolla. On siten siis selvää, että hankkimalla sovellukseen laadukkaat kohteesta tunnistavat valokennot, säästytään ylimääräiseltä säätämiseltä ja suunnittelulta eikä uusia hankintoja tarvitse tulevaisuudessa tehdä.

Telcon kohteesta tunnistavat valokennot toimivat myös haastavassa ja likaisessa ympäristössä.  Valokennot kestävät likaantumista, kosteutta ja tärinää, minkä vuoksi niiden asentamista likaisiin ja pölyisiin paikkoiin ei tarvitse arastella. Likaisten ja puhtaiden paikkojen välillä ei tarvitse tehdä kompromisseja, sillä valokennot on suunniteltu aina haastavin paikka edellä.

Telco Sensors kohdevalokennot löydät sekä normaalina kohdevalokennona, että taustavaimennettuna kohdevalokennona. Molemmissa tapauksissa valokennoista löytyy erinomainen tunnistus tummalle tai läpinäkyvälle kohteelle, minkä lisäksi valokennoista löytyy Telco Sensorin tunnuksenomaiset viisi ydinarvoa. Viidellä ydinarvolla varmistetaan asennusympäristöstä riippumaton valokennojen toiminta.

1. vesi- ja pölytiiviys

2. suuri ulkoisen valon sietokyky

3. tehokas lianläpäisy

4. helppo suuntaus ja asennus

5. tärinän- ja iskunkestävyys

Viisi ydinarvoa ovat läsnä jokaisessa Telco Sensors tuotteessa, ja ne erottavat Telco Sensors:n valmistajana muista valmistajista. Näiden arvojen avulla varmistetaan se, että Telco Sensors tuotteet toimivat myös siellä, missä muut epäonnistuvat. Mikäli haluat lisää tietoa Telco Sensors valokennoista, voit vierailla heidän sivuillaan telcosensors.com

Ota yhteyttä alla olevalla lomakkeella!

Mikä valokenno minun tulisi valita?

Valokenno on suunniteltu tunnistamaan kohteita, mutta juuri oikean valokennon valitseminen tiettyyn sovellukseen ja tietyn kohteen tunnistamiseen voi olla haastavaa ilman tietoa valokennojen tunnistustavoista ja niiden eroista toisiinsa nähden. Esimerkiksi nosto-oven oviaukkoon voidaan periaatteessa asentaa lähes mikä tahansa valokennotyypeistä, mutta vallitseva ympäristö, olosuhteet ja käyttötarkoitus määrittelevät tarkemmin sen, mikä valokennotyyppi pitäisi tosiasiassa oveen asentaa. Joissain tapauksissa lähetin-vastaanotin pari on ainoa järkevä vaihtoehto, kun toisinaan kohteeseen riittää kohteesta heijastava peilivalokenno. Ennen kuin avaamme edellä mainittuja sekä muita valokennotyyppejä syvällisemmin, kerrataan lyhyesti mihin eri valokennotyyppien toiminta perustuu.

Kuten valokennojen toimintaperiaatetta kuvaavassa artikkelissa totesimme, on valokennoissa aina lähetin ja vastaanotin. Riippuen siitä ovatko nämä erillään vai samassa yksikössä, voidaan valokennojen tunnistustavat pääsääntöisesti jakaa kahteen tunnistustapaan, suoraan säteeseen ja kohteesta heijastaviin valokennoihin.

Suoran säteen valokennoja ovat kaikki lähetin-vastaanotin parit, joissa valokenno lähettimen ja vastaanottimen välille muodostuu suora säde. Siksi näitä valokennoja kutsutaan usein nimellä lähetin-vastaanotin pari tai lähetin-vastaanotin valokenno. Kohteesta heijastavat valokennot ovat taas valokennoja, joissa lähetin ja vastaanotin ovat samassa yksikössä, ja niiden toiminta perustuu siihen, että lähettimen lähettämä säde heijastuu kohteesta takaisin vastaanottimelle. Kohde, josta säde heijastuu, voi olla esimerkiksi peili kuten peilivalokennoissa tai tunnistettava esine/kappale kuten kohdevalokennossa. Tutustutaan seuraavaksi näihin valokennotyyppeihin ja niiden variaatioihin.

 

 

1. Lähetin-vastaanotin valokennot

Lähetin-vastaanotin valokennot eli suoran säteen muodostavat valokennot luovat suoran säteen lähettimen ja vastaanottimen välille. Siksi lähetin-vastaanotin pari on aina tehokkain tapa lähettää ja vastaanottaa valoa, koska valo kulkee suoraviivaisesti vain yhteen suuntaan, lähettimeltä vastaanottimelle. Siten lähetin-vastaanotin pareissa toteutuu valokennotyypeistä paras tunnistusetäisyys, joka voi olla esimerkiksi 70-metriä. Toisaalta pitkä tunnistusetäisyys ja säteen kulkeminen vain yhteen suuntaan tarkoittaa myös erinomaista lian läpäisykykyä. Suoran säteen etuuksia ovat myös riippumattomuus tunnistettavan kohteen väristä, koska säde katkeaa aina oli kohde sitten tumma tai vaalea.

 

Lähetin-vastaanotin valokennoparin heikkoutena voidaan nähdä se, että lähetin-vastaanotin valokennopariin vaaditaan aina kaksi anturia, jolloin myös kaapelointi tulee tehdä molempiin päihin. Nykyään on kuitenkin olemassa myös kaapelointia säästäviä vaihtoehtoja, joissa vain vastaanotin tulee yhdistää logiikalle, ja lähettimelle riittää pelkkä syöttö. Tällaisia ovat esimerkiksi kaikki Telco Sensors Space Master sarjat.

Erilaisia lähetin vastaanotin valokennopareja voit selata tästä.

 

2. Kohteesta tunnistavat valokennot

 

2.1 Kohdekennot

Kohdekennot ovat valokennoja, joissa lähetin- ja vastaanotin on sijoitettu samaan yksikköön. Niiden toiminta perustuu siihen, että valo heijastuu tunnistettavasta kohteesta takaisin vastaanottimelle. Suurimpana etuutena voidaan pitää sitä, että nyt tarvitaan vain yksi anturi yhdelle puolelle, mikä on etu etenkin jos sovelluskohteessa ei ole mahdollista asettaa anturia molemmille puolille. Samalla säästetään myös kaapeloinnissa.

 

Kohdevalokennoissa tunnistusetäisyys on rajoitetumpi kuin muissa valokennotyypeissä. Tämä johtuu siitä, että heijastuksen tulee tapahtua kohteesta, joka ei välttämättä jaa hyviä heijastusominaisuuksia. Heikosti heijastava kohde voi olla esimerkiksi musta kumi tai tummunut puu, joista molemmat absorboivat suurimman osan niihin kohdistuvasta säteilystä. Yleisesti kohdekennot ovatkin heikkoja tunnistamaan mustia tai läpinäkyviä kohteita, mutta nykyään on kuitenkin olemassa malleja, jotka pystyvät tunnistamaan kaikki värit luotettavasti. Vaihtoehtoja ovat tällöin esimerkiksi Telco Sensors SMP 8500 ja SMP 8501 kohdevalokennot.

Tummia kohteita ja muita huonosti heijastavia objekteja tunnistettaessa kannattaa huomioida se, että kohdevalokennolta vaaditaan paljon valotehoa, jotta heijastus saadaan ylipäätään aikaiseksi. Siksi kannattaa huomioida myös kohdekennon asennusympäristö: jos tunnistettavan kohteen taustalla sijaitsee hyvin vaaleita tai muita hyvin heijastavia kohteita, kuten vaalea seinä tai peltinen kate, voi kohdekennon heijastus tapahtua kohteen lisäksi myös hyvin heijastavasta taustasta. Jos tunnistusta aiheuttavaa taustaa ei ole mahdollista poistaa tai muuttaa (maalata tummaksi), kannattaa siirtää katse taustavaimennetun kohdevalokennon käyttämiseen.

Erilaisia kohdekennoja voit selata tästä.

 

2.2 Taustavaimennetut kohdekennot

Taustavaimennetut kohdekennot toimivat kohdekennojen tavoin, mutta kuitenkin sillä erotuksella, että niissä on mahdollista asettaa tunnistusraja annetun tunnistusalueen sisälle. Toisin sanoen, jos halutaan tunnistaa vain kappale, mutta ei sen taustalla olevia asioita, on tunnistus mahdollista rajata vain kappaleen tasolle. Taustavaimennetut kohdevalokennot ovat siten erinoimaine ratkaisu tunnistamaan esimerkiksi tummia kappaleita metallisten kuljettimien päältä. Tällöin tunnistus voidaan rajoittaa vain kappaleeseen, eikä heijastuksia kauempaa kuljettimen rakenteista, kuten kiiltävistä ketjuista, teloista tai muista pinnoista lasketa.

Erilaisia taustavaimennettuja kohdekennoja voit selata tästä.

 

 

3. Kohteesta tunnistavat valokennot peilillä

 

3.1 Peilivalokennot

Kohdekennojen tavoin myös peilivalokennojen toimintaperiaate perustuu säteen heijastukseen, mutta tällä kertaa heijastuksen kohteena on peili. Peilin tehtävä on heijastaa valokennolta lähtenyt säde tehokkaasti takaisin vastaanottimelle. Kappaleiden tunnistaminen tapahtuu säteen katketessa, eli kun kappale asettuu peilivalokennon ja peilin väliselle linjalle. Peilivalokennon etuina on kohdekennoja suurempi tunnistusetäisyys, sillä heijastuksen tapahtuessa peilistä (reflektori) mahdollisimman paljon valoa heijastuu takaisin. Peilivalokennon toimintaa voit tarkastella alla olevan kuvan avulla.

 

Peilivalokennojen heikoin lenkki on aina peili, jonka likaantuessa heijastusteho heikkenee ja peilivalokenno ei enää toimi. Ainoa tapa palauttaa peilivalokennon toiminta on tällöin käydä puhdistamassa peili. Suomessa peilien ”likaantumista” aiheuttaa myös huurtuminen, joka on voimakasta etenkin syksyllä ja talvella suurien lämpötilaerojen vuoksi. Peilin huurtumista voidaan ehkäistä lämmitettävällä peilillä. Tällöin kannattaa kuitenkin jo harkita lähetin-vastaanparin asentamista, koska lämmitettävän peilin lämmitysvastus vaatii jokatapauksessa virtaa ja siten johtovedon toiselle puolelle. Lisäksi markkinoilla on myös olemassa suorituskykyisempiä peilivalokennoja, joissa heijastuksen syntymiseen riittää se, että vain pieni osa peilistä säilyy likaantumattomana.

Tavallisten peilivalokenno ei pysty erottamaan sitä, mistä heijastus tapahtuu. Toisin sanoen, tavallisten peilivalokennojen heikkous on se, että ne havaitsevat heijastukset myös peilin ja valokennon väliin saapuvista kiiltävistä kohteista. Jos tavallinen peilikenno on esimerkiksi asennettu valvomaan oven sulkeutumista aukossa, josta kulkee ajoneuvoja, voivat metallinväriset ajoneuvot muodostaa tahattomat heijastuksen vastaanottimelle. Tämän seurauksena voi olla kallis törmäys oven ja ajoneuvon välillä. Tämän ehkäisemiseksi peilivalokennot myydään usein polarisoinnilla varustettuna, josta kerrotaan lisää kappaleessa 3.2.

Erilaisia peilivalokennoja voit selata tästä (polarisoidut ja polarisoimattomat).

 

 

3.2 Polarisoidut peilivalokennot

Polarisoitu peilivalokenno toimii kuten peilikenno, mutta sillä erotuksella, että peili ja vastaanotin ovat molemmat varustettu polarisoivalla kalvolla. Kalvot saavat aikaan polarisoitua valoa, joka tarkoittaa sitä, että valo on vain yhden akselin suuntaista. Polarisoimaton valo tarkoittaa taas ”käsittelemätöntä” valoa, jossa valo on usen akselin suuntaista.

 

Polarisoinnilla voidaan siten yksilöidä peilin ja vastaanottimen valo yhden akselin suuntaiseksi, jolloin vastaanotin voi erotella mikä heijastuva valo on todellisuudessa peräisin valokennon peilistä. Tällöin muut kiiltävät ja heijastusta aiheuttavat objektit eivät häiritse tunnistusta tai aiheuta vaaratilanteita.

Erilaisia polarisoituja peilivalokennoja voit selata tästä.

 

 

4. Valoverhot

 

4.1 Valoverhot on / off

Valoverhot ovat käytännössä sarjaan kytkettyjä valokennoja, jotka muodostavat yhden säteen sijaan usean säteen rivistön. Valoverhot itsenäisesti multiplexaavat lähettämänsä valon, mikä tarkoittaa sitä, ettei esimerkiksi ristiinnäkemistä eri säteiden välille synny. Valoverhoja käytetään silloin, kun halutaan kasvattaa tunnistettavan alueen mittoja. Esimerkiksi automaattiovissa valoverholla pystytään turvaamaan koko oviaukon ala sen sijaan, että asennettaisiin vain yksi valokennopari noin 500 mm lattian pinnasta.

 

Valoverhot ovat usein lähetin-vastaanotin pareja, mikä tarkoittaa sitä, että valoverhoissa on erillinen lähetin ja vastaanotin. Siten ne myös jakavat lähetin-vastaanotin parin hyödyt: valo kulkee vain yhteen suuntaan, jolloin lianläpäisykyky on paras ja tunnistus varmin mahdollinen. Ainoa valoverhojen käyttöön liittyvä kysymys joten niihin on, voidaanko valoverhot asentaa molemmille puolille tunnistettavaa kohdetta. Tämän lisäksi valoverhoja käytettäessä on hyvä luoda silmäys vasteaikoihin: useampi säde tarkoittaa yksittäistä valokennoa suurempaa vasteaikaa, koostuuhan valoverho useammasta säteestä. Usein suurempi vasteaika ei kuitenkaan ole ongelma, sillä jo automaatiologiikan kiertoaika on suurempi kuin itse valoverhon.

Valoverhoja käytetään turvalaitteena erilaisissa kulkuaukoissa estämään tahattomia törmäyksiä. Tälläisia kulkuakkoja ovat esimerkiksi hissit, automaattiset ovet ja portit, ja automaattiset nosto-ovet. Käyttökohteita löytyy myös teollisuuden sovelluksista, joissa vaaditaan laajempialaista tunnistusta. Tälläisia sovelluksia voivat olla esimerkiksi pomppivan lautatavaran tunnistamine kuljettimelta, joka voisi yksittäisellä säteellä jäädä huomaamatta. Valoverhojen etuna on myös niiden kaapelointi; valoverhoista lähtee vain yksi kaapeli, kun taas jokaiselle valokennolle tulee tuoda oma kaapelinsa. Tämä tarkoittaisi esimerkiksi 8-säteen kohdalla joko 2-kaapelia (valoverho) tai 16-kaapelia (valokennot).

Erilaisia on / off valoverhoja voit katsoa tästä: valoverhot hisseihin, valoverhot oviin- ja portteihin, valoverhot nosto-oviin, valoverhot bussi- ja raideliikenteelle, ja valoverhot teollisuuteen.

 

4.2 Mittaavat valoverhot

Mittaavat valoverhot ovat valoverhoja, jotka pystyvät käsittelemään on / off tiedon lisäksi myös yksittäisten säteiden antamaa dataa, mikä mahdollistaa asioiden mittaamisen valoverho lähettimen ja valoverho vastaanottimen välissä. Säteiden dataa eli tässä tapauksessa tietoa siitä onko jokin yksittäinen säde eheä vai katkennut, seurataan usein milliampeeriviestin (4-20 mA) ja/tai IO-link väylän avulla. Mittaavat valoverhot ovat siten myös ohjelmoitavissa ja niiden ohjelmointi tapahtuu joko valmistaman tarjoamalla ohjelmistolla tai itsenäisesti erillisen ohjelman kautta.

Käyttökohteita mittaavilla valoverhoilla on useita, niillä voidaan esimerkiksi suorittaa kuljettimella reunan valvontaa, paikoitusta, määrittää kappaleen halkaisija tai muoto, seurata pinkan korkeutta… Toisin sanoen, mahdollisuuksia mittaamiseen on juuri niin monta kuin käyttäjä viitsii niitä keksiä. Sovellusrajoituksia ei käytännössä ole, sillä tehokkaimmat mittaavat valoverhot kykenevät mittaamaan asioita myös lian, pölyn ja kosteuden seasta.

Erilaisia mittaavia valoverhoja voit katsoa tästä:

 

5. Kuituvalokennot

Kuituvalokennot ova valokennoja, joiden päihin on asennettu valokuitukaapeli. Valokuitu mahdollistaa valokennojen lähettämän valon tuomisen lähemmäksi tunnistettavaa kohdetta, jonka havainnointi valokennolla olisi muuten mahdotonta. Tällaisia kohteita voivat olla esimerkiksi terästeollisuudet sovellukset, joissa lämpötila muuten estäisi valokennojen käyttämisen. Kuitukennojen yhtenä vahvuutena onkin niiden lämmönkestokyky, joka esimerkiksi silikonisilla kaapeleilla on +180 °C ja metallisilla jopa +300 °C. Toisaalta kuitu antaa myös mahdollisuuden käyttää valokennoja ATEX-luokitellussa tilassa (=räjähdysherkässä), kun ATEX-luokittelematon anturi voidaan sijoittaa tilan ulkopuolelle.

Kuituvalokennojen heikkoutena on taas niiden toimintaetäisyys, joka rajoittuu alle 10 metriin tehokkaammillakin valokennopareilla. Tämä johtuu yksinkertaisesti siitä, että valon kulkiessa valokuidun sisässä, sen energia heikkenee. Toisaalta, kuten yllä todettiin, antaa taipuisa kuitu mahdollisuuden tunnistaa kohteita lähempää, jolloin kompromissia tunnistusetäisyyden kanssa ei tarvitse välttämättä tehdä.

Erilaisia kuituja valokennojen päihin liitettäväksi voit katsoa tästä.

 

6. Kehysanturit

ovat valokennoantureita, joissa valonsäde on mahdollista muodostaa kehyksen päihin tai koko kehyksen alueelle. Kyseessä on siten pieni haarukkamainen lähetin-vastaanotin pari, jonka etuna on erittäin nopea vasteaika. Käyttökohteina kehys- ja haarukka-antureille ovat siten erilaiset nopean tunnistuksen sovllukset kuten reunan valvonta. Näillä valokennoilla on mahdollista myös tunnistaa hyvin pieniä kohteita, minkä vuoksi niitä käytetään usein pienten tippuvien kappaleiden havainnointiin.

Tästä voit katsoa erilaisia kehysantureita ja haarukka-antureita.

 

7. TOF-valokennot

ovat mittaavia valokennoja, jotka käyttävät infrapunavaloa etäisyyden mittaamiseen. Kyseessä on siten eräänlainen kohdekenno, jossa lähtevän ja palaavan valon vaihe-eron laskemisen avulla voidaan määrittää anturin etäisyys kohteesta. Sovelluksina ovat siten erilaiset pinnanmittaukset ja muut etäisyyden määritystä vaativat sovellukset kuten drone lennokkien korkeustiedon määrittäminen.

Erilaisia TOF-valokennoja voit katsoa tästä.

 

Yhteenveto

Edellä mainitut tunnistustapojen tarkastelun perusteella voidaan todeta, että valokennoissa ja niiden tunnistustavoissa on eroja. Valitseminen kannattaa siksi aloittaa aina varmimmasta tunnistustavasta eli lähetin vastaanotin valokennoparista. Jos valokennoparin asentaminen on  mahdotonta, kannattaa katse seuraavaksi suunnata tilaa säästäviin ratkaisuihin, kuten kohdevalokennoihin ja peilivalokennoihin.

Oikean valokennotyypin löydyttyä kannattaa kysyä valokennojen myyjältä niiden soveltuvuutta kohteeseen – myyjä tuntee valokennot ja niiden tunnistustavat myös pintaa syvemmältä ja osaa siten ohjata oikean valokennon valintaan. Lopuksi, voidaan yleisesti todeta, että valokennoilla on mahdollista tunnistaa lähes mitä vain, mistä vain. Ei ole väliä ovatko tunnistamisen kohteet pieniä pakkauslaatikoita, suuria mäntytukkeja tai kuumana hehkuvia teräslamelleja – jokaiseen sovellukseen on löydettävissä juuri oikea valokenno.

 

 

Kirjoittaja: Teemu Turunen / Telnova Oy
kirjoittaja on automaatio-insinööri, joka on työskennellyt valokennojen ja valoverhojen maahantuonnin ja asiantuntijatehtävien parissa usean vuoden ajan.

Valokenno – yleiskuvaus

Valokenno on sähkölaite, joka reagoi siihen osuvan valon voimakkuuden muutokseen. Toisin sanoen, valokenno käyttää valoa kohteen läsnäolon tai poissaolon havaitsemiseen. Valokennoja on käytetty lähes vuosisadan ajan, ja niitä käytettiin ensimmäisen kerran elokuvissa esimerkiksi ääniraitojen lukemiseen. Nykyiset optiset anturit ovat kuitenkin huomattavasti tehokkaampia, ja niistä löytyvät tarkat linssit ja älykäs elektroniikka vakiona. Molemmat komponenteista ovat moderneissa valokennoissa integroitu kestäviin muovi- tai metallikoteloihin, joiden kokoluokka esimerkiksi sylinterimallisissa kennoissa on usein M18 x 1 kuten SM 9000-sarjan valokennoissa tai M12 x 1 kuten SM 3000-sarjan valokennoissa.

Valokennoille tyypillisiä ominaisuuksia ovat pitkä tunnistusetäisyys, nopea vasteaika ja korkea resoluutio. Valokennojen tehtävänä on käyttää valoa kohteen läsnäolon tai poissaolon havaitsemiseen. Toisin sanoen, valokennoja voidaan käyttää lähes minkä tahansa kohteen havaitsemiseen koskematta siihen. Siksi valokennoja käytetäänkin monilla eri tavoilla ja eri teollisuudenaloilla. Niillä voidaan esimerkiksi havaita kappaleita tai kappaleiden paikka tuotantolinjalla, niiden avulla voidaan laskea kappaleita ja niillä voidaan myös pysäyttää esimerkiksi automaattisesti sulkeutuva ovi törmäystilanteessa. Muita kosketusvapaita tunnistustapoja ovat esimerkiksi ultraäänianturit, induktiiviset anturit ja kapasitiiviset anturit.

Valokennolähetin ja -vastaanotin

Toimiakseen valokennot ja muut optiset anturit tarvitsevat valonlähteen eli emiterin sekä vastaanottimen. Emitterit eli lähettimet käyttävät LED eli loistediodeja luodakseen valonsäteitä näkyvän ja näkymättömän valon spektrissä. Koko sähkömagneettisen säteilyn spektri on kuvattu kuvassa 1. Näkymättömällä valolla tarkoitetaan valokennojen tapauksessa infrapunavaloa, jonka aallonpituus on usein 800 – 1000 nm välissä. Esimerkiksi suurin osa Telco Sensors valokennoista toimii 880 nm aallonpituudella, koska tällä alueella valokenno saavuttaa parhaan lianläpäisykyvyn. Näkyvän valon valokenno taas usein hyödyntää punaisen valon spektriä, jonka aallonpituus on 630–740 nanometriä. Näkyvän valon valokennon etuna pidetään yleensä sitä, että säteen kohdistaminen on helpompaa silloin, kun säteen voi nähdä.

Valokennovastaanottimet, eli valodiodeista tai valotransistoreista rakennetut optiset anturit, ovat suunniteltu havaitsemaan valokennolähettimen lähettämän valonsäteen. Vastaanottimen tehtävä on indikoida vastaanottaako se lähettimen valoa vai ei. Toisin sanoen, valokennojen toimintaperiaate yleisellä tasolla perustuu valon kulkuun lähettimen ja vastaanottimen välillä.

Valokennojen toimintaperiaatetta voidaan havainnollistaa tarkemmin kuvan 2 avulla. Kuvassa vasemmalla on lähetin, joka tuottaa valonsäteen. Tuotettu valonsäde suunnataan linssin läpi ja kuvassa oikealla oleva vastaanotin pyrkii linssin avulla keskittämään saapuvan valonsäteen sen sisältämälle tunnistimelle eli valotransistorille. Jos yhteys on esteetön, muodostuu lähettimen ja vastaanottimen välille eheä säde. Jos taas luotu säde katkeaa lähettimen ja vastaanottimen välillä, indikoi vastaanotin, että välissä on este.

Valokenno – Valon taajuus ratkaisee!

Valokennon perusperiaate on aistia valoa, joten on ymmärrettävää että sen toiminta voi häiriintyä vastaanottimellelle tulvivasta ulkoisesta valosta. Ulkoisella valolla tarkoitetaan mitä tahansa ympäristössä olevaa valoa, jonka lähteenä voi ulkona olla esimerkiksi aurinko tai sisätiloissa katossa säteilevä loisteputki. Jotta ulkoista valoa ja siitä johtuvia häiriötilanteita voitaisiin välttää, käytetään valonsäteen muodostamiseen oskillaattorin tuottamaa värähtelevää kanttiaaltoa, jonka taajuus on ennalta määritetty. Haluttu taajuus saavutetaan kytkemällä lähettimessä valonsäde päälle ja pois päältä hyvin tiheällä taajuudella. Värähtelytaajuus mitataan kilohertseissä (KHz), joten värähtelyä on mahdotonta huomata paljaalla silmällä.

Vastaanotin on synkronoitu lähettimen värähtelytaajuudelle. Toisin sanoen, vastaanottimen havaitessa valoa se ensin skannaa valon taajuuden varmistaakseen, että vastaanotettu valo on samalla taajuudella kuin lähettimen lähettämä valo. Oikealla taajuudella oleva valo ”hyväksytään”, jolloin valokenno lähettimen ja vastaanottimen välille muodostuu eheä säde. Värähtelytaajuutta hyödyntävä valokenno kykenee siten suodattamaan siihen kohdistuvaa ulkoista valoa, ja havaitsemaan ihannetilanteessa vain lähettimen muodostamaa valoa.

On kuitenkin huomattava, ettei värähtelytaajuuden määrittäminen tee valokennosta kuitenkaan täysin immuunia ulkoiselle valolle. Esimerkiksi auringosta lähtevä säteily täyttää koko näkyvän ja näkymättömän valon spektrin minkä lisäksi valo on yhtäjaksoista, mikä vuoksi se voi häiritä valokenno vastaanottimen toimintaa. Vastaavasti valokennovastaanottimen läheisyyteen asemoitu toinen valokenno tai muu optinen anturi voi häiritä valokennovastaanottimen toimintaa, jos laitteiden toimintataajuus ja valon aallonpituus ovat samat tai riittävän lähellä toisiaan.

Taajuuslähestymistavan muut hyödyt

Taajuuslähestymistapaan liittyy myös muita valokennon toimintaan positiivisesti vaikuttavia tekijöitä. Värähtelytaajuuden sivuvaikutuksena on mahdollisuus käyttää anturia pidemmällä etäisyydellä ja pienemällä teholla. Tehon laskiessa myös valokennon kuumeneminen on vähäisempää, jonka voidaan katsoa parantavan valokennon oletettua toimintaikää. Valokennon tehon ollessa pieni ei se myöskään aiheuta näkövaurion vaaraa paljaalle silmälle (poislukien laserit, jotka lavealla otaksunnalla kuuluvat valokennojen piiriin).

Kuvien lähteet:

(1) Sähkömagneettinen säteily

(2) Ashok Kumar L., Indragandhi V., Uma Maheswari Y., Chapter 6 – Simulation of Hydraulic and Pneumatic Valves: Programmable Logic Controller, 2020.

Telnova Oy toimii maahantuojana Telco Sensors valokennoille, joita käytetään teollisuuden sovelluksissa.
Kysy lisää tarjonnastamme, jos haluat lisätietoja.  Alla luettelo yleisimmistä malleista.

SMT 7000 TS J valokenno (lähetin)
SMR 7620 TS J valokenno (vastaanotin)

SMP 8500 MG J valokenno (kohteesta heijastava)

SPBS 2502 0.2-J valokenno (kohteesta heijasta, taustavaimennettu / taustahäivytetty)

SPPR 2610 0.2-J valokenno (peilistä heijastava) 

Päivitimme Telnova Oy:n LinkedIn-profiilin, jonne päivitämme ajankohtaista tietoa yrityksestämme ja tuotteistamme.
Telnovan LinkedIn:in saat haltuun tästä!

Meidän Youtube kanavalta löydät myös lyhyitä tuotevideoita Telcon tuotteista.
Tilaa kanava tästä! Alla video SpaceMaster 7000 valokennoista.