Valokennoanturi teollisuudessa ja vinkit sen valintaan

Valokennoanturi on anturityyppi, joka käyttää valoa kohteiden havaitsemiseen ja mittaamiseen. Se on yksi automaatioteollisuuden tärkeimmistä ja eniten käytetyistä anturityypeistä, eikä syyttä. Valokennoanturien käyttö teollisuudessa mahdollistaa tuotannon tarkan ohjauksen ja valvonnan kustannustehokkaasti. Valokennoantureita käytetään pääsääntöisesti erilaisten kappaleiden ja pintojen tunnistamiseen, ja niiden avulla voidaan havaita tarkasti esimerkiksi kappaleiden sijainti ja liikkeet kuljettimella. Tässä artikkelissa kerromme ensin lyhyesti valokennoanturin toiminnasta, minkä jälkeen avaamme valokennoanturin valintaan liittyviä seikkoja.

Valokennoanturin toiminta perustuu valon lähettämiseen ja vastaanottamiseen. Siten valokennoanturi on aina kaksiosainen, jonka osat ovat valonlähetin ja vastaanotin. Lähettimen tehtävä on nimensä mukaisesti lähettää valoa, joka on usein joko punaista näkyvää valoa tai infrapunavaloa. Vastaanottimen tehtävä on taas havaita lähettimen lähettämä valo. Riippuen valokennoanturin tyypistä tapahtuu valon siirtyminen lähettimen ja vastaanottimen välillä joko suoraan tai heijastuksen kautta.

Valokennoanturi voi siten koostua joko erillisestä lähettimestä ja vastaanottimesta, jolloin valo kulkee suoraan näiden kahden välillä. Hyvä esimerkki lähetin vastaanotinparista on Telco Sensors SMT 7000 TS J – lähetin ja SMR 7620 TS J – vastaanotin.
Toinen vaihtoehto on sijoittaa lähetin ja vastaanotin vierekkäin samaan koteloon, jolloin valo saapuu vastaanottimelle vasta, kun se on ensin heijastunut takaisin kohteesta. Esimerkiksi Telco Sensors SPP 2905T 5 kohdevalokenno on tästä hyvä esimerkki, sillä siinä lähetin- ja vastaanotin ovat samassa yksikössä.

Oli sitten kyseessä erillinen pari tai yksittäinen kohdevalokenno, niin molemmissa tapauksissa vastaanotin toimii samalla tavalla eli se havaitsee tuleeko sille lähettimen valoa vai ei. Vastaanottimen tilatieto muunnetaan vastaanottimella sähköiseksi signaaliksi, joka kertoo vuorostaan ohjaavalle logiikalle saman mitä anturi havaitsee kentällä; näkeekö se havaittavan kohteen vai ei.

Valokennoanturin valinta kannattaa aina aloittaa lähetin-vastaanotinparista, koska niissä valo kulkee vain yhteen suuntaan muodostaen suurimman mahdollisen valotehon. Vertailun vuoksi heijastukseen perustuvassa valokennoanturissa valo kulkee kaksinkertaisen matkan verrattuna suoraan säteeseen, lähettimestä kohteeseen ja kohteesta vastaanottimeen. Tämän lisäksi heijastuminen kohteesta vain harvoin tapahtuu täydellisesti, vaikka heijastukseen käytettäisiin apuna peiliä. Katsotaan seuraavaksi tarkemmin aiheita, jotka vaikuttavat valokennoanturin suorituskykyyn.

Sahalinjat, autopesulat, täyttösuppilot, leikkuulinjat ja ulkokuljettimet voidaan luokitella usein erittäin likaisiksi ympäristöiksi, joissa pöly, lika, sumu tai muut näkyvyyttä heikentävät tekijät vaikuttavat valokennoanturin suorituskykyyn. Tällaisissa ympäristöissä, joissa haasteet ovat suuria, on hyvä aloittaa sopivan valokennoanturin tarkastelu aina lähetin-vastaanotin parista. Esimerkiksi Telco Sensors SM 9000-sarja on yksi tehokkaimmista valokennopareista mitä erittäin likaiseen ympäristöön on saatavilla.

Lähetin-vastaanotin parissa valo kulkee vain yhteen suuntaan, mikä tarkoittaa, että tuotettu valoteho lähetin-vastaanotin parin välillä on suurin mahdollinen. Tämä tarkoittaa siten parasta mahdollista saavutettavaa lianläpäisykykyä, joka voidaan valokennoantureilla saavuttaa. Vertailun vuoksi heijastukseen perustuvassa valokennoanturissa valo kulkee kaksinkertaisen matkan verrattuna suoraan säteeseen, lähettimestä kohteeseen ja kohteesta vastaanottimeen. Tämän lisäksi heijastuminen kohteesta vain harvoin tapahtuu täydellisesti, vaikka heijastukseen käytettäisiin apuna peiliä. Tämän vuoksi valokennoanturin tarkastelu erittäin likaisessa ja haastavassa ympäristössä kannattaa aina aloittaa lähetin-vastaanotin parista.

Vähemmän likainen ympäristö, kuten ajansaatossa pölyyntyvät asennuskohteet ja sovellukset, tarjoavat enemmän vaihtoehtoja valokennoanturin valinnalle. Toki tällöin kannattaa myös harkita lähetin-vastaanotin parin valintaa, mutta jos parin asentaminen ei ole mahdollista kannattaa silloin ensisijaisesti suunnata katse kohteesta tunnistavaan valokennoanturiin.

Laadukas kohteesta tunnistava valokennoanturi kestää likaantumista hyvin ja mahdollistaa luotettavat tunnistukset. Peilivalokennoa voidaan myös pitää vaihtoehtona, mutta tällöin kannattaa kiinnittää huomiota kohteen heikoimpaan lenkkiin eli peiliin. Peilin likaantuessa tai huurtuessa sen heijastusominaisuudet heikkenevät merkittävästi, ja joissakin tapauksissa peilin heijastusteho ei enää riitä heijastamaan valoa riittävästi takaisin.

Puhtaaseen ympäristöön valikoima on käytännössä avoin ja puhtaassa ympäristössä voidaan soveltaa mitä tahansa valokennoanturityyppiä. On kuitenkin huomattava, että ympäristön lisäksi on muita tekijöitä, jotka vaikuttavat tunnistukseen ja sen laatuun. Esimerkiksi puhtaassa ympäristössä asennuskohteen tärinä voi aiheuttaa säteen katkeamisia, jolloin kannattaa valita laajan suuntauskulman omaava valokennoanturi. Kaikki Telco Sensors valokennoanturit ovat lähtökohtaisesti helppoja suunnata ja sietävät tärinää erinomaisesti.

Valokennoanturien tunnistusetäisyys voi mallin mukaan vaihdella muutamasta millistä jopa yli 70 metriin. Siksi on tärkeää tiedostaa tunnistusetäisyys, jotta oikeanlainen anturi voidaan valita. On kuitenkin huomattava, että tunnistusetäisyys usein korreloi valokennoanturin lianläpäisykyvyn kanssa. Mikäli halutaan, että esimerkiksi autopesukoneessa tai muussa hyvin haastavassa ympäristössä tunnistetaan ajoneuvot 4-metrin matkalta luotettavasti, ei välttämättä anturi, joka lupaa maksimissaan 4-metrin kantaman, ole riittävän tehokas tunnistukseen sumun ja veden seasta.

Siksi likaiseen tai muuten ympäristöltään haastavaan kohteeseen kannattaa valita suuremman tunnistusetäisyyden valokennoanturi, tarvittaessa jopa 70 metrin malli, joka kykenee erottamaan ja tunnistamaan autot sankan sumun ja vesihöyryn keskeltä. Toisaalta lyhyille matkoille ja pienten esineiden tunnistukseen ei myöskään kannata ”varmuudeksi” valita liian tehokasta valokennoanturia, koska valokennoanturin teho voi ylittää pienten kappaleiden tunnistamisen rajat. Tästä päästäänkin seuraavaan kohtaan eli tunnistettavan kohteen määrittelyyn.

Ensimmäiseksi vaikuttaa kohteen koko, eli täytyy tietää halutaanko tunnistaa pieniä vai suuria kohteita. Kaikkein pienimpien kohteiden (< 5 mm) kohdalla kannattaa suosia haarukka-antureita, kehysantureita tai valoverhoja. Vaihtoehtona voivat olla myös valokennoanturit kuten laserit, joiden suuntauskulma on erittäin pieni. Tällöin on kuitenkin huomattava, että tärinä voi vaikeuttaa suuntausta. Pienten kohteiden havaitsemiseen tehdyt valokennoanturit toimivat usein lyhyemmillä etäisyyksillä, ja niissä on usein nopea vasteaika. Vasteaika halutaan usein mahdollisimman lyhyeksi, jotta kohteen kulkeminen valokennoanturin edestä kerkeää muodostamaan signaalin. Keskikokoisten ja tätä suurempien kohteiden havainnoinnissa ei käytännössä enää ole rajoituksia.

Erittäin tärkeää on huomioida tunnistettavan kappaleen väritys, joka on suuri tekijä etenkin kohteestatunnistavien valokennoantureiden ja peilivalokennoanturoiden tapauksessa.

Mustat ja tummat kohteet vaikuttavat kohteesta tunnistavien valokennoanturien toimintaetäisyyksiin, sillä kohde absorboi itseensä suuren osan siihen osuvasta valosta. Tämä tarkoittaa sitä, että takaisin heijastuvan valosäteilyn määrä voi olla huomattavan alhainen ja jopa niin matala, ettei se riitä aktivoimaan vastaanotinta. Kaikista tehokkaimmilla kohdevalokennoilla tunnistus pystytään kuitenkin muodostamaan, mutta tunnistus etäisyys hieman lyhenee mallin ilmoitetusta arvosta. Jos tunnistusetäisyys halutaan säilyttää, niin silloin vaihtoehtona on joko lähetin-vastaanotin pari tai peilivalokenno.

Läpinäkyvät kohteet Usein kohteesta heijastavien valokennoanturit tuskailevat läpinäkyvien, tummien tai kokonaan mustien kohteiden tunnistuksen kanssa. Sekä läpinäkyvien että mustien kohteiden haaste on sama: valoa ei heijastu kohteesta paljoa takaisin. Läpinäkyvissä kohteissa valonsäteistä suuri osa jatkaa matkaansa kohteen läpi, kun taas tummissa ja mustissa kohteissa valoa absorboituu havaittavan kappaleen pintaan ja vain pieni osa valosta heijastuu takaisin. Kohdevalokennoanturien tapauksessa kannattaa joko valita riittävän laadukas kohdevalokenno tai vaihtaa tunnistustapaa lähetinvastaanotin pariin.

Heijastava kohde saattaa aiheuttaa häiriöitä, mikäli tunnistus tapahtuu peilikennon avulla. Peilivalokenno ei tällöin tiedä tapahtuuko palaako valonsäde tarkoituksen mukaisesti peilistä vai havaittavasta kohteesta. Tällöin on suositeltavaa käyttää polarisoitua peilivalokennoa yhdessä polarisoivan peilin kanssa. Polarisoinnin avulla peilivalokenno pystyy erottamaan heijastimen ja havaittavan kohteen välisen eron. Tämä mahdollistaa tarkemman ja luotettavamman tunnistuksen esimerkiksi metalli- tai lasipintaisilta kohteilta, joissa perinteinen tunnistusmenetelmä voisi aiheuttaa virheitä. Polarisointi mahdollistaa myös paremman kontrastin ja vähentää häikäisyä, mikä voi parantaa tunnistusjärjestelmän suorituskykyä.

Mikäli valokennoanturin valintaan liittyy yhtään epävarmuutta, kannattaa ottaa asiantuntijaan yhteyttä.

Jo puhelimen tai muiden viestimien kautta käydyllä keskustelulla on mahdollista kartoittaa sopiva anturi sovellettavaan kohteeseen. Mikäli kohde on yhtään erikoisempi ja halutaan varmistua parhaasta mahdollisesta anturista juuri tiettyyn kohteeseen, kannattaa keskustelujen tueksi tarjota kuvaa tai videota kohteesta. Näin savutetaan paras mahdollinen ratkaisu, koska valokennoanturien edustajan tulee tuntea omat tuotteensa ja niiden ominaisuudet sekä käyttökohteet kaikista parhaiten.

Etsittäessä haastavan paikan valokennoanturia ovat Telco Sensors valokennot kokemusten perusteella paras vaihtoehto. Telcon valokennoissa yhdistyvät suorituskyky ja laatu, mitkä yhdessä tekevät antureista sekä markkinoiden tehokkaimpia että pitkäikäisimpiä.

Mikäli haluat lisätietoja, ota yhteyttä viereisellä yhteydenotto lomakkeella.
Vastaamme lähetettyihin viesteihin nopeasti! Valmistajan sivuille pääset tästä.