فیبر نوری آتونیکس

سنسور فیبر نوری آتونیکس یا Autonics Fiber Optic Sensor برای تشخیص دقیق اجسام در فضاهای محدود، محیط های دارای دمای بالا و ماشین آلات پرسرعت استفاده می شود. برخلاف بسیاری از سنسورهای نوری یکپارچه، سیستم فیبر نوری معمولا از یک Fiber Optic Amplifier و یک Fiber Optic Unit جداگانه تشکیل می شود. آمپلی فایر منبع نور، پردازش سیگنال و خروجی کنترلی را مدیریت می کند و Fiber Unit نور را تا محل تشخیص منتقل می کند. این ساختار اجازه می دهد Head بسیار کوچک در محل ماشین نصب شود و بخش الکترونیکی در نقطه مناسب تری قرار گیرد. لاین آپ فعلی Autonics بر سری BFN به عنوان آمپلی فایر جدید و مجموعه گسترده Fiber Optic Units متمرکز است. سری های قدیمی تر BF5، BF4، BF3 و BFX نیز همچنان در بازار و ماشین آلات نصب شده دیده می شوند، اما وضعیت تولید آن ها باید هنگام خرید بررسی شود.

سنسور فیبر نوری آتونیکس چگونه کار می کند؟

در این سیستم، LED داخل Amplifier نور را وارد Fiber می کند. نور از طریق کابل فیبر به Head منتقل می شود و پس از عبور از مقابل قطعه یا بازتاب از سطح آن به Receiver بازمی گردد.

Amplifier مقدار نور دریافتی را با Threshold مقایسه می کند و خروجی دیجیتال ایجاد می شود. این Threshold می تواند به صورت دستی یا با Teaching تنظیم شود.

مزیت اصلی این ساختار جداسازی بخش الکترونیکی از نقطه Detection است. در نتیجه می توان سنسور را در نقاط بسیار کوچک یا شرایطی نصب کرد که یک Photoelectric Sensor معمولی مناسب نیست.

اجزای سیستم فیبر نوری آتونیکس

سری BFN؛ آمپلی فایر فیبر نوری فعلی آتونیکس

BFN نسل فعلی Fiber Optic Amplifier آتونیکس است. این خانواده در مدل های نمایشگر دار High Performance، نمایشگر دار Standard و مدل ساده با تنظیم ولومی عرضه می شود.

در مدل های نمایشگر دار، PV و SV با FND سفید و سبز نمایش داده می شوند. مشاهده همزمان مقدار نور دریافتی و مقدار Threshold تنظیم و عیب یابی سنسور را ساده تر می کند.

مدل های ولومی برای کاربردهای ساده تر طراحی شده اند و به جای Display از LED و تنظیم دستی Sensitivity استفاده می کنند.

سرعت پاسخ BFN

در مدل High Performance سری BFN سریع ترین Response Time برابر 25µs است. سایر Modeها شامل 50µs، 150µs، 500µs، 4ms، 10ms و 20ms هستند.

مدل Standard با سرعت های 50µs، 150µs، 500µs، 4ms و 10ms کار می کند. مدل ولومی نیز Modeهای 50µs، 150µs و 500µs دارد.

سرعت بیشتر برای تشخیص قطعات سریع مناسب است، اما Modeهای کندتر می توانند در برخی شرایط Detection پایدارتر یا Range بیشتر ایجاد کنند. انتخاب Mode باید بر اساس کاربرد انجام شود.

BFN-D؛ مدل دیجیتال نمایشگر دار

BFN-D یک مدل نمایشگر دار با رزولوشن 9999 است و PV و SV را به صورت چهار رقمی نشان می دهد. منبع نور مدل بررسی شده LED قرمز 660nm است.

خروجی دیجیتال در این مدل از طریق Parameter به صورت NPN یا PNP تنظیم می شود. این ویژگی نیاز به سفارش دو Amplifier مجزا برای PNP و NPN را در مدل مربوط کاهش می دهد.

Teaching شامل 1-Point، 2-Point، Auto، Area و Rising/Falling Edge است. تنظیم دستی Sensitivity نیز امکان پذیر است.

Timer شامل ON Delay، OFF Delay، One Shot و ترکیب های زمانی مختلف است و Range تنظیم Timer تا 9999ms در مدل مربوط می رسد.

BFN-N؛ مدل ساده ولومی

BFN-N برای کاربردهایی طراحی شده که Digital Display و Teaching پیشرفته ضروری نیست. Sensitivity به صورت Manual تنظیم می شود و Output Indicator وضعیت خروجی را نمایش می دهد.

مدل رسمی BFN-N دارای منبع نور Red LED با طول موج 660nm و خروجی NPN Open Collector است. تغذیه آن 10…30VDC است.

Response Time در سه حالت 50µs، 150µs و 500µs تنظیم می شود. OFF Delay ثابت 40ms نیز برای کاربردهای مربوط ارائه شده است.

IO-Link در فیبر نوری BFN

مدل های High Performance سری BFN با IO-Link نیز عرضه می شوند. برای نمونه BFN-D-IL3 دارای IO-Link و Output قابل تنظیم Push-Pull، NPN یا PNP است.

این مدل سریع ترین Mode برابر 25µs دارد. در نتیجه برای خطوط تولید سریع و در عین حال شبکه های دارای Smart Sensor مناسب است.

نسخه BFN-D2-IL3 دو خروجی دیجیتال دارد و از همان IO-Link و Modeهای سرعت High Performance استفاده می کند.

وجود IO-Link، تعداد Output و نوع Communication کاملا به Part Number وابسته است و نباید به تمام BFNها تعمیم داده شود.

اتصال چند آمپلی فایر BFN کنار یکدیگر

BFN با Side Connector امکان نصب چند Amplifier در کنار یکدیگر را فراهم می کند. تعداد کل قابل توسعه تا 30 Unit اعلام شده است.

Mutual Interference Prevention برای جلوگیری از تاثیر نور Amplifierهای مجاور استفاده می شود. در Normal Mode تا 8 Unit و در Double Mode تا 16 Unit می توانند نزدیک یکدیگر کار کنند.

این قابلیت در ماشین های مونتاژ و خطوطی که چند Fiber Head در فاصله نزدیک نصب می شوند اهمیت زیادی دارد.

BFNC؛ مبدل ارتباطی آمپلی فایر BFN

BFNC برای مدیریت و تنظیم Amplifierهای BFN از طریق PLC یا PC طراحی شده است. ارتباط از طریق Side Connector انجام می شود.

بسته به Module، پروتکل های Modbus RTU، EtherCAT و CC-Link پشتیبانی می شوند. این قابلیت برای مانیتورینگ مرکزی تعداد زیادی Sensor کاربرد دارد.

به این ترتیب Threshold، وضعیت Detection و پارامترهای دستگاه می توانند در معماری اتوماسیون یکپارچه تر مدیریت شوند.

Fiber Optic Unit چیست؟

Fiber Optic Unit بخش نوری بدون مدار پردازشی است. این قطعه نور را از Amplifier به نقطه تشخیص و دوباره به Amplifier منتقل می کند.

فاصله تشخیص، حداقل اندازه Target، شعاع خمش، جنس Fiber و تحمل دما وابسته به Fiber Unit هستند. به همین دلیل انتخاب Amplifier به تنهایی کافی نیست.

Autonics مجموعه بسیار متنوعی از Head و Cable ارائه می کند تا سیستم برای ماشین های مختلف قابل سفارشی سازی باشد.

انواع Head فیبر نوری آتونیکس

Fiber Optic Unitهای فعلی آتونیکس در 9 فرم Head عرضه می شوند. این موارد شامل Thread، Cylindrical، Flat، L-Shaped، Plastic، Perpendicular، Stainless Steel، U-Shaped و Area Detection هستند.

در نتیجه می توان Head را متناسب با محدودیت فضای مکانیکی، جهت ورود کابل و شکل قطعه انتخاب کرد.

انواع کابل Fiber Unit

Autonics هفت ساختار اصلی Cable را برای شرایط مختلف معرفی می کند. Standard، Flexible، Break-resistant، Heat-resistant، Vacuum-resistant، Fully Waterproof و Built-in Lens از این گروه هستند.

Flexible Fiber برای مسیرهای دارای خمش زیاد مناسب تر است. Break-resistant در بخش های متحرک و Heat-resistant در محیط های دمای بالا کاربرد دارد.

Vacuum-resistant برای تجهیزات خلأ و Fully Waterproof برای محیط هایی که تماس با رطوبت اهمیت دارد استفاده می شود.

Through-beam و Reflective

در Fiber نوع Through-beam یک Sender و Receiver روبه روی یکدیگر قرار می گیرند. جسم هنگام عبور، مسیر نور را قطع می کند.

این روش معمولا برای تشخیص قطعات کوچک و ایجاد Detection پایدار مناسب است. سری های FT و GT در ساختارهای Through-beam دیده می شوند.

در Reflective، نور از یک Head به سمت Target تابیده و بازتاب آن دریافت می شود. سری های FD و GD نمونه های Diffuse Reflective هستند.

در این روش رنگ، سطح، زاویه و Reflectivity قطعه می توانند روی مقدار نور برگشتی تاثیر داشته باشند.

تشخیص اجسام بسیار کوچک

یکی از کاربردهای اصلی Fiber Optic Sensor تشخیص اجسام بسیار کوچک است. قطر Head و نقطه نور می تواند بسیار کوچک تر از سنسور نوری معمولی باشد.

برای نمونه FTCSN-2520-05 در حالت Through-beam حداقل Target اسمی Ø0.0125mm را در شرایط آزمون رسمی تشخیص می دهد.

مدل FDF-210-05R نیز در ساختار Reflective مقدار مشابه Ø0.0125mm را برای Minimum Target اعلام می کند. این مقدار به شرایط تنظیم و فاصله واقعی وابسته است.

فیبر نوری دمای بالا آتونیکس

Fiber Unitهای Heat-resistant امکان قرار دادن Head در محیطی را فراهم می کنند که Amplifier الکترونیکی نمی تواند در آن نصب شود.

برای نمونه GD-620-20H2 یک مدل Reflective با محدوده دمای محیط −40…+250°C و فاصله تشخیص اسمی 300mm است.

مدل GDL-620-12H2 نیز در فرم L شکل برای دمای −60…+250°C طراحی شده است. این نمونه نشان می دهد Range حرارتی کاملا وابسته به Fiber Unit است.

شعاع خمش Fiber

Fiber Optic Cable نباید کمتر از شعاع خمش مجاز خم شود. خم بیش از حد می تواند انتقال نور را کاهش دهد یا به Fiber آسیب بزند.

در مدل های Standard شعاع هایی مانند R25 رایج هستند، در حالی که Fiberهای Flexible می توانند شعاع بسیار کوچک تری مانند R1 داشته باشند.

برای مثال FDF-210-05R دارای Bend Radius برابر R1 است و برای مسیرهای بسیار فشرده مناسب تر است.

Free Cut در فیبر نوری آتونیکس

بعضی Fiber Unitها قابلیت Free Cut دارند و کابل می تواند برای تطبیق با ماشین کوتاه شود. ابزار Cut مناسب باید برای ایجاد سطح برش صحیح استفاده شود.

Autonics هشدار می دهد که برش Fiber می تواند Sensing Distance را بسته به شرایط تا حدود 20 درصد کاهش دهد. بنابراین طول نهایی باید قبل از طراحی بررسی شود.

Light ON و Dark ON

در Light ON خروجی در شرایط دریافت نور فعال می شود. در Dark ON خروجی هنگام کاهش یا قطع نور فعال می شود.

در Through-beam معمولا انتخاب این Mode بر اساس منطق مورد نیاز PLC انجام می شود. در Reflective نیز شرایط حضور و عدم حضور Target تعیین کننده است.

BFN امکان تنظیم Light ON و Dark ON را در مدل های مربوط فراهم می کند.

Teaching در سری BFN

Teaching برای تعیین Threshold بدون تنظیم دستی دقیق استفاده می شود. BFN چند Mode مختلف Teaching دارد که انتخاب آن به شرایط Target وابسته است.

1-Point برای بعضی کاربردهای ساده، 2-Point برای مقایسه وضعیت وجود و عدم وجود جسم و Auto Teaching برای Target متحرک کاربرد دارد.

Area و Edge Teaching نیز برای کاربردهایی که ناحیه تشخیص یا تغییر سریع سطح نور اهمیت دارد در مدل های مربوط وجود دارند.

Predictive Maintenance در BFN

یکی از قابلیت های نسل جدید BFN پایش شرایط Detection برای نگهداری پیشگیرانه است. کاهش تدریجی Light Level می تواند نشانه آلودگی Head، تغییر وضعیت Target یا افت شرایط اپتیکی باشد.

در مدل های پیشرفته می توان این اطلاعات را از طریق IO-Link یا Converter مربوط به سیستم کنترل منتقل کرد. این موضوع برای کاهش توقف ناگهانی خط مفید است.

وضعیت BF5، BF4، BF3 و BFX

سری های BF5، BF4، BF3 و BFX سال ها در محصولات Fiber Optic آتونیکس استفاده شده اند و هنوز در بازار و ماشین آلات فعال دیده می شوند.

در وب سایت فعلی Autonics این خانواده ها با وضعیت «to be discontinued» نمایش داده می شوند. BF5 دارای Display تک یا دوگانه و سرعت تا 50µs بود و BF4 و BF3 نیز Amplifierهای نسل قبل هستند.

بنابراین برای پروژه جدید، سری فعلی BFN باید در اولویت بررسی قرار گیرد. برای Replacement نباید بدون تطبیق Fiber، خروجی، سرعت، تغذیه و ابعاد اعلام کرد که BFN جایگزین مستقیم هر مدل قدیمی است.

کاربردهای فیبر نوری آتونیکس

راهنمای انتخاب فیبر نوری آتونیکس

ابتدا روش تشخیص مشخص شود. برای عبور جسم بین فرستنده و گیرنده، Through-beam و برای تشخیص از یک سمت، Reflective مناسب تر است.

سپس حداقل اندازه Target و فاصله Detection مشخص شوند. برای قطعات بسیار کوچک، نوع Head و Spot Size اهمیت زیادی دارند.

در مرحله بعد شرایط محیطی بررسی شود. دما، رطوبت، خمش کابل، خلأ و حرکت مکانیکی تعیین می کنند که Fiber Standard، Flexible یا Special انتخاب شود.

سرعت حرکت Target نیز باید مشخص باشد. برای خطوط بسیار سریع مدل High Performance BFN با Response تا 25µs قابل بررسی است.

نوع خروجی و Communication در مرحله بعد تعیین می شوند. NPN، PNP، IO-Link و شبکه صنعتی باید با سیستم PLC هماهنگ باشند.

در نهایت سازگاری Fiber Unit با Amplifier بررسی شود. Sensing Distance اعلام شده برای بعضی Fiberها بر اساس Amplifier مشخص محاسبه شده است.

نصب و تنظیم فیبر نوری آتونیکس

Fiber باید بدون پیچش و خمش کمتر از Radius مجاز نصب شود. فشار مکانیکی روی Cable می تواند مقدار نور عبوری را کاهش دهد.

Head باید ثابت نصب شود تا لرزش ماشین فاصله Detection را تغییر ندهد. در Reflective، زاویه و وضعیت سطح Target نیز اهمیت دارد.

پس از نصب، Teaching در شرایط واقعی تولید انجام شود. بهتر است Threshold فقط روی میز تست تنظیم نشود و آلودگی، لرزش و تغییر رنگ Target در نظر گرفته شوند.

در نصب چند Amplifier، Side Connector و Mutual Interference Prevention طبق دستورالعمل همان مدل استفاده شوند.

قیمت فیبر نوری آتونیکس

قیمت سیستم فیبر نوری آتونیکس به دو بخش Amplifier و Fiber Unit وابسته است و معمولا باید هر دو جزء در انتخاب نهایی بررسی شوند.

مدل High Performance BFN با IO-Link و دو Output با یک Amplifier ساده ولومی قیمت متفاوتی دارد. Fiber مقاوم به دمای 250°C نیز با Fiber Standard قابل مقایسه نیست.

طول کابل، Head، شعاع خمش، دمای کاری، ضد آب بودن، نوع Detection و Communication همگی روی قیمت موثر هستند. برای استعلام دقیق بهتر است کد Amplifier و Fiber Unit یا شرایط کامل کاربرد اعلام شود.

سوالات متداول فیبر نوری آتونیکس

راهنمای خرید و قیمت فیبر نوری آتونیکس