De werking van fotocellen

Zender en ontvanger sensoren

Zender/ontvanger fotocellen, ook wel doorstraalde sensoren genoemd, bestaan uit een aparte zender en ontvanger. De zender stuurt continu een lichtstraal (meestal met een LED of laser-diode) naar de ontvanger. Wanneer een object deze lichtstraal onderbreekt, detecteert de ontvanger dit en genereert deze een schakelend signaal.

Deze technologie biedt een hoge detectienauwkeurigheid en is minder gevoelig voor omgevingsfactoren zoals stof of lichtreflecties, waardoor deze breed inzetbaar is in industriële toepassingen zoals transportbandbewaking, positionering en toegangscontrole.

Voordelen

• Hoge detectienauwkeurigheid – Betrouwbare detectie van zelfs kleine of transparante objecten. Schakelpunt is onafhankelijk van het materiaal van het object.
• Grote reikwijdte – Geschikt voor afstanden tot 50+ meter.
• Weinig gevoelig voor omgevingsinvloeden – Functioneert goed in stoffige of slecht verlichte omgevingen.
• Snelle reactietijd– Ideaal voor toepassingen met hoge doorvoersnelheden.

Nadelen

• Fysieke uitlijning vereist – Nauwkeurige positionering van zender en ontvanger is nodig.
• Ruimtebeslag – Vereist meer installatieruimte dan andere optische sensoren.
• Hogere kosten – Zowel aanschaf als installatie is duurder dan bij diffuse- of reflectiesensoren.

Zender/ontvanger sensoren

Retroreflectieve sensoren

Retro-reflectieve fotocellen werken met een zender en ontvanger in één behuizing en maken gebruik van een reflector. De zender stuurt een lichtstraal uit die via de reflector wordt teruggekaatst naar de ontvanger. Wanneer een object tussen de sensor en de reflector komt, wordt de lichtstraal onderbroken en detecteert de sensor dit als een schakelsignaal.

Deze sensoren combineren een eenvoudige installatie met een relatief groot detectiebereik, waardoor ze veel worden gebruikt in transportbandsystemen, objectdetectie en automatische deuren.

Voordelen

• Eenvoudige installatie – Slechts één bekabelde component, omdat de reflector passief is.
• Groot detectiebereik – Kan afstanden tot enkele meters overbruggen, afhankelijk van het model.
• Kostenbesparend – Minder bekabeling en hardware nodig dan bij zender/ontvanger fotocellen.
• Snelle responstijd – Reactietijd van slechts 0.05 ms, ideaal voor snelle processen.
• Detectie van kleine objecten – Kan objecten vanaf 0.1 mm nauwkeurig detecteren.

Nadelen

• Gevoelig voor reflecties – Sterk reflecterende of glanzende objecten kunnen de detectie verstoren.
• Vuilgevoeligheid – Reflector kan vervuild raken door stof of vuil, wat de werking kan beïnvloeden.

Retroreflectieve sensoren

Lichtbarrières zonder reflector (SmartReflect)

SmartReflect-sensoren hebben een vergelijkbare werking met retro reflectieve sensoren maar werken zonder reflector. In plaats daarvan wordt vast een machinedeel gebruikt als referentiepunt. De sensor zendt een lichtstraal uit en detecteert veranderingen in de terugkaatsing om objecten te identificeren. Wanneer een object tussen de sensor en de achtergrond komt, onderbreekt het de lichtstraal, wat door de sensor als een schakelsignaal wordt geregistreerd.

Door het ontbreken van een reflector bieden SmartReflect-sensoren extra betrouwbaarheid en minder onderhoud, waardoor ze ideaal zijn voor industriële toepassingen zoals logistiek, verpakking en productdetectie.

Voordelen

• Geen reflector nodig – Minder onderhoud en lagere installatietijd en -kosten.
• Betrouwbare detectie – Door werking o.b.v. lichtbarrière-principe
• Hoge procesbetrouwbaarheid in zware omgevingen – Geen risico op vervuiling of verkeerde detectie door een vuile reflector.
• Eenvoudige installatie – Omdat alleen de sensor gepositioneerd hoeft te worden, is installatie snel en minder foutgevoelig.

Nadelen

• Beperkt bereik – Het detectiebereik is afhankelijk van de achtergrond en vaak korter dan bij retro-reflectieve of zender/ontvanger sensoren.
• Geschikte achtergrond vereist – De achtergrond moet een stabiele, niet-reflecterende structuur zijn om betrouwbare detectie te garanderen.

SmartReflect sensoren

Diffuse sensoren met achtergrondonderdrukking

Diffuse sensoren met achtergrondonderdrukking detecteren objecten door gereflecteerd licht te analyseren. Deze sensoren gebruiken triangulatie of time-of-flight (TOF) om de afstand tot het gereflecteerde licht te bepalen. Hierdoor kunnen ze, in tegenstelling tot standaard diffuse sensoren, onderscheid maken tussen het doelobject en de achtergrond. Hierdoor worden ongewenste signalen van achtergronden of glanzende oppervlakken onderdrukt, wat zorgt voor een betrouwbare en nauwkeurige detectie – zelfs in complexe omgevingen.

Deze sensoren worden veel gebruikt in de industrie voor het tellen, positioneren en inspecteren van objecten.

Voordelen

• Betere processbetrouwbaarheid – Achtergrondonderdrukking voorkomt foutieve detecties door reflecties of variërende achtergronden.
• Instelbare schakelafstand – Instelling d.m.v. Teach-In, potmeter en/of IO-Link
• Kleine spot grootte – Vanaf 0.1mm voor laser sensoren en 2mm voor LED sensoren
• Onafhankelijk van kleur – Schakelafstand blijft gelijk bij verschillende object kleuren. Veranderingen in de achtergrond hebben ook geen effect

Nadelen

• Hogere kosten – De opbouw van de sensor is complexer en daardoor is deze meestal wat duurder

Diffuse sensoren met achtergrondonderdrukking

Diffuse sensoren met intensiteitsverschilmeting

Diffuse sensoren met intensiteitsverschilmeting detecteren objecten door het verschil in lichtintensiteit te meten dat wordt teruggekaatst door het doelobject. In plaats van puur de reflectieafstand te analyseren, wordt de intensiteit van het gereflecteerde licht vergeleken met een vooraf ingestelde drempelwaarde. Dit maakt het mogelijk om objecten te detecteren op basis van hun reflecterende eigenschappen, zoals kleur en oppervlak.

Voordelen

• Geen achtergrond nodig – Werkt zonder dat een reflector of vast machinedeel nodig is als referentie
• Eenvoudige installatie – Zender en ontvangen zitten samen in 1 behuizing
• Instelbare schakelafstand – Instelling d.m.v. Teach-In, potmeter en/of IO-Link

Nadelen

• Afhankelijk van materiaal object – De kleur en reflectiviteit van het doelobject hebben een grote invloed op de schakelafstand afstand
• Gevoelig voor omgevingslicht – Kan beïnvloed worden door sterke externe lichtbronnen
• Beperkte nauwkeurigheid bij lage contrasten – ls het intensiteitsverschil tussen het object en de achtergrond te klein is, kan de sensor moeite hebben om hier onderscheid tussen te maken

Diffuse sensoren met intensiteitsverschilmeting

Sensoren voor detectie van transparante objecten

Als transparante objecten gedetecteerd moeten worden, kunnen polarisatiefilters toegevoegd worden aan retroreflectieve sensoren. Een polarisatiefilter bij de zender zorgt ervoor dat het uitgezonden licht alleen in één polarisatievlak wordt doorgelaten. Wanneer het licht wordt gereflecteerd door de retroreflector, wordt het gedepolariseerd. Het deel van het gereflecteerde licht dat terug naar de ontvanger komt, passeert een tweede polarisatiefilter, dat met 90° is verschoven ten opzichte van het eerste filter. Dit gefilterde licht wordt vervolgens gedetecteerd door de ontvanger. 

Doordat reflecties van andere objecten dan de reflector niet gedepolariseerd zijn en de ontvanger dus niet kunnen bereiken, kunnen deze de werking van de sensor niet verstoren. Dit maakt deze sensoren bijzonder effectief in situaties met veel glanzende of transparante oppervlakken.

Voordelen

• Polarisatiefilter – Zorgt voor betrouwbare detectie van transparante en glanzende objecten zoals verpakkingsfolie, PET-flessen en glas.
  

Nadelen

• Hogere kosten – De toevoeging van de polarisatiefilters zorgt voor extra kosten.

Sensoren voor detectie van transparante objecten