Laserowe czujniki pomiarowe

Laserowe czujniki pomiarowe od Panasonic. Precyzyjne komponenty automatyki z serii HG-F1 i HL-G2.

Nowoczesne parki maszynowe nie mogą się obyć bez czujników odległości – a laserowy pomiar dystansu należy do najskuteczniejszych i najprecyzyjniejszych technologii dostępnych na rynku. Zwłaszcza w wykonaniu renomowanego producenta, jakim jest Panasonic Industry.

W niniejszym tekście przedstawiamy charakterystykę i typowe aplikacje dwóch serii czujników odbiciowych: HG-F1 i HL-G2. Elementy te odznaczają się wysoką dokładnością, szerokim zakresem odległości i wyborem interfejsów, dzięki czemu odpowiadają potrzebom zróżnicowanych instalacji z zakresu automatyki przemysłowej (linie produkcyjne, magazyny, spedycja, kontrola jakości), nawet aplikacji wymagających wysokiej precyzji. Prezentowane produkty są dostępne bezpośrednio z katalogu TME, dzięki czemu możemy zapewnić naszym klientom błyskawiczną wysyłkę. 

W tym artykule poruszamy takie tematy jak:

• Zalety i aplikacje laserowych czujników odbiciowych
• Przekrojowa specyfikacja serii HG-F1 i HL-G2
• Technologia ToF i praca na dystansie do 3000mm
• Pomiar z dokładnością mikrometrów
• Grupowa konfiguracja czujników HL-G2
• Podwyższanie efektywności dzięki konserwacji predykcyjnej

Ogólna charakterystyka czujników

Laserowe czujniki odległości są chętnie stosowane w automatyce przemysłowej ze względu na wysoką precyzję, szybki czas reakcji, stosunkowo niewielkie rozmiary oraz możliwości pracy z różnymi materiałami. Nie bez znaczenia jest również, że dokonują pomiaru bezkontaktowo. Omawiane tu serie Panasonic są sensorami odbiciowymi, a zatem określają odległość odbijając wiązkę lasera od obiektu. Pozwala to nieinwazyjnie kontrolować przedmioty znajdujące się nawet w stosunkowo dużej odległości przy minimalnym poziomie zakłóceń (które pojawiają się w przypadku np. czujników ultradźwiękowych), a także nieczułości na trudne warunki środowiskowe. Co więcej, obserwacja może być wykonywana przez niewielką szczelinę. Olbrzymim atutem jest tu również czas reakcji – na tyle krótki, że pozwala w czasie rzeczywistym monitorować i sterować ramionami robotów, napędów pozycjonujących itp. 

Specyfikacja

Dla serii HG-F1 i HL-G2 niektóre elementy charakterystyki są wspólne. W obydwu przypadkach mamy do czynienia z czujnikami laserowymi i odbiciowymi o kompaktowych rozmiarach. Ich korpusy wykonano z aluminium i w wysokiej klasie ochronności IP67 (pełna pyłoszczelność i odporność na strumienie wody). W obydwu przypadkach czujniki mogą pracować w temperaturach od -10°C do 40°C. Konsumują niewielkie ilości energii (do 50mA) i oferują wyjście prądowe (tranzystorowe) pracujące w zakresie 4…20mA. 

Na polu funkcjonalności i w dalszej części specyfikacji pojawiają się już pewne rozbieżności, co widać w poniższym zestawieniu:

O ile czujniki HG-F1 posiadają jedynie wyjście analogowe (napięciowe lub prądowe), seria HL-G2 oferuje możliwość cyfrowej komunikacji z użyciem przemysłowego standardu RS485. Elementy tej serii odznaczają się znacznie większą precyzją przy mniejszym zasięgu (maks. 25cm w porównaniu do 3m dla HG-F1). Ze względu na te i inne różnice poniżej osobno przedstawiono te grupy produktów. 

Czujniki serii HG-F1

Najważniejszym atutem czujników HG-F1 jest zasięg do 3m. Ten imponujący wynik osiągnięto dzięki zastosowaniu technologii ToF (Time of Flight) z laserem klasy 1 (niewymagającym specjalnej ochrony wzroku). Praca na takim dystansie umożliwia pozostawienie dużej przestrzeni wokół wykrywanych obiektów, z miejscem na swobodny ruch maszyn i pracowników; pozwala też na detekcję dużych obiektów, np. elementów karoserii samochodowej, palet itp. 

Aby przyspieszyć instalację i pozycjonowanie czujnika wyposażono go w specjalny tryb pracy, który uwidacznia wiązkę. Ponadto w korpusie umieszczono numeryczny wyświetlacz wskazujący aktualny pomiar. Element może też sygnalizować, kiedy zostanie osiągnięta pożądana (nastawna) odległość od obiektu, ułatwiając regulację maszyn.

Kolejna istotna zaleta produktów HG-F1 to kompaktowe wymiary, zaledwie 44x25x20mm. Dzięki takiej konstrukcji oraz wysokiej klasie szczelności czujnik sprawdzi się w ograniczonych przestrzeniach i trudnych warunkach środowiskowych, gdzie użycie alternatywnych rozwiązań byłoby niemożliwe.

Typowe zastosowania serii to przede wszystkim detekcja obiektów. Dostępne są dwa modele z wyjściem prądowym: PNP oraz NPN (w obydwu przypadkach umożliwiono tryby pracy DARK-ON i LIGHT-ON). Jak wspomniano, urządzenia te stosują metodykę ToF, gdzie pomiar odległości wykonywany jest przez zliczanie opóźnienia między wysłaniem wiązki a jej powrotem, co pozwala zminimalizować potencjalny błąd do pojedynczych milimetrów – dla wielu aplikacji będzie to tolerancja wystarczająca. O wiele precyzyjniejszy pomiar uzyskamy, stosując czujniki HL-G2. Tym niemniej, elementy HG-F1 odpowiadają potrzebom wielu branż, np. metalurgii, papiernictwa, tworzyw sztucznych, tekstyliów etc.

Seria HL-G2

Dostępne z oferty TME czujniki HL-G2 mają zakresy pracy od ±5mm do ±150mm i oferują rozdzielczość na poziomie nawet 0,5…15µm. Ich potencjalne zastosowania obejmują dziedziny, w których wymaga się najwyższego stopnia precyzji, np. do kontrolowania dozowników, ilości materiału pozostałego na bębnie, albo przy produkcji obwodów drukowanych (wykrywanie elementów SMD umieszczanych maszynowo na laminacie).Czujnik zintegrowano z kontrolerem, przez co uproszczono instalację oraz umożliwiono komunikację za pomocą interfejsu RS485 (protokół Modbus RTU, prędkość transmisji do 230400bps). Dzięki temu eliminuje się błędy wynikające z zakłóceń sygnału analogowego – chociaż trzeba podkreślić, że w każdym modelu dostępne są również wyjścia napięciowe 0…10V i prądowe 4…20mA, co umożliwia włączenie czujników w systemy wymagającego bezpośredniego połączenia z sensorem.

Oprogramowanie HL-G2 Configuration Tool

Rozważając integrację produktów HL-G2, warto mieć na uwadze, że cyfrowy interfejs pozwala konfigurować je przy użyciu komputera. Służy do tego darmowe, autorskie oprogramowanie Panasonic: HL-G2 Configuration Tool. Nastawa jednostek może się odbywać zdalnie i grupowo (tj. kilka czujników jednocześnie).

Konserwacja predykcyjna

Jednym z obszarów, na których Panasonic skupił się podczas projektowania serii HL-G2, jest konserwacja predykcyjna. Są to systemy, które stale monitorują zużycie elementów roboczych, dzięki czemu można zaplanować ich wymianę zanim dojdzie do awarii i w jej konsekwencji – niespodziewanych przestojów. Dzięki precyzji prezentowane czujniki mogą wykrywać bardzo niewielkie odchyły w pracy łożysk, pasów napędowych, a nawet stan/grubość ostrzy tnących. Takie podejście do zagadnień utrzymania ruchu pozwala zmaksymalizować efektywność i utrzymać najwyższą jakość pracy maszyn.

Pozostała oferta Panasonic

Na zakończenie trzeba zaznaczyć, że asortyment TME obejmuje znacznie szerszą ofertę czujników Panasonic. Nawet w wąskiej dziedzinie odbiciowych czujników odległości można znaleźć więcej produktów dostawcy, np. modele serii HG-C działające w zakresie od 30mm do 400mm, są to rozwiązania pokrewne HG-F1 i HL-G2. Ponadto dostępne są sensory laserowe działające w konfiguracji nadajnik-odbiornik (seria HG-T), mierzące szerokość obiektów (względnie: stopień przysłonięcia wiązki), co wykorzystuje się m.in. do precyzyjnej kontroli w ciągach transportujących materiały rozwijane z rolek (papier, folia, blacha, tkanina itp.). Inne rozwiązania przeznaczone do instalacji z zakresu automatyki, to artykuły HG-S: czujniki przemieszczania o wysokim stopniu wrażliwości. 

Finalnie trzeba też nadmienić, że do wymienionych w niniejszym tekście produktów Panasonic z naszych magazynów dostępne są podstawowe akcesoria, a przede wszystkim: oryginalne okablowanie.