فیبر نوری

سنسور فیبر نوری چیست؟

Fiber Sensor از نظر اصل عملکرد در خانواده Photoelectric Sensor قرار می‌گیرد. تفاوت اصلی این است که Source و مدار پردازش نور داخل یک Fiber Amplifier قرار دارند و نور از طریق رشته Fiber به نقطه تشخیص منتقل می‌شود.

در انتهای Fiber Unit یک Head بسیار کوچک قرار می‌گیرد. این Head می‌تواند در مقابل قطعه نصب شود و نور را ارسال یا دریافت کند. در نتیجه بخش بزرگ‌تر الکترونیکی را می‌توان روی DIN Rail یا در نقطه‌ای دورتر از محل تشخیص نصب کرد.

این ساختار به‌خصوص زمانی مفید است که محل نصب بسیار محدود باشد، قطعه کوچک باشد یا شرایط محیطی در نقطه تشخیص برای قرار دادن مدار الکترونیکی Sensor مناسب نباشد.

اجزای سنسور فیبر نوری

یک سیستم Fiber Optic Sensor معمولاً از دو بخش اصلی تشکیل شده است. Fiber Amplifier وظیفه تولید نور، دریافت سیگنال و تصمیم‌گیری درباره وضعیت خروجی را بر عهده دارد. Fiber Unit نور را بین Amplifier و محل تشخیص انتقال می‌دهد.

تفاوت سنسور فیبر نوری با سنسور نوری معمولی

در Photoelectric Sensor معمولی، Emitter، Receiver و مدار الکترونیکی داخل بدنه Sensor قرار دارند. در Fiber Sensor این بخش‌ها از نقطه تشخیص جدا شده‌اند و فقط Fiber Head در نزدیکی Target قرار می‌گیرد.

این تفاوت باعث می‌شود Fiber Unit بسیار کوچک‌تر از Sensor معمولی باشد. بنابراین برای تشخیص IC، قطعات الکترونیکی، قطعات کوچک مونتاژ، شیار باریک، سوراخ یا نقاطی که فضای نصب محدود است کاربرد زیادی دارد.

از طرف دیگر، خرید Fiber Sensor معمولاً به معنی انتخاب دو تجهیز سازگار است و نمی‌توان هر Fiber Unit را بدون بررسی به هر Amplifier متصل کرد.

مزایای سنسور فیبر نوری

OMRON سه مزیت مهم برای Fiber Sensor بیان می‌کند: امکان تشخیص در نقاط باریک، مقاومت محیطی مناسب بخش Sensing و آزادی بیشتر در محل نصب Amplifier. دلیل مقاومت محیطی بهتر این است که در Fiber Head مدار الکترونیکی وجود ندارد.

در نتیجه بعضی Fiber Unitهای مخصوص می‌توانند در شرایطی مانند دمای بالا، ارتعاش، رطوبت یا نقاط دارای نویز الکتریکی استفاده شوند. البته محدوده دقیق دما و شرایط محیطی باید برای همان Fiber Unit بررسی شود و این ویژگی را نمی‌توان به تمام مدل‌ها تعمیم داد.

سنسور فیبر نوری Through-beam

در Fiber Unit نوع Through-beam دو Head در دو طرف مسیر Target قرار می‌گیرند. یکی نور را ارسال می‌کند و دیگری نور عبوری را دریافت می‌کند.

زمانی که Target وارد مسیر شود، Beam قطع یا تضعیف می‌شود و Amplifier تغییر سطح نور را تشخیص می‌دهد. این روش برای قطعات بسیار کوچک، شمارش و تشخیص عبور قطعه مناسب است.

KEYENCE نیز در خانواده‌های فعلی Fiber Unit خود مدل‌های Through-beam را در کنار انواع Reflective و Retro-reflective ارائه می‌کند. شکل Head و فاصله تشخیص میان مدل‌ها متفاوت است.

سنسور فیبر نوری Reflective

در مدل Reflective، ارسال و دریافت نور از یک سمت انجام می‌شود. نور به Target تابیده می‌شود و بخشی از نور بازتاب‌شده از قطعه توسط Fiber Unit دریافت و به Amplifier منتقل می‌شود.

مزیت این روش این است که فقط در یک سمت Target به فضای نصب نیاز دارد. در مقابل، رنگ، براق بودن و جنس سطح Target می‌توانند روی مقدار نور برگشتی اثر بگذارند.

مدل‌های Convergent Reflective نیز برای ایجاد Detection Zone محدودتر در بعضی خانواده‌ها وجود دارند و برای تشخیص قطعات کوچک یا کاهش اثر Background قابل استفاده هستند.

مقایسه Through-beam و Reflective

Fiber Amplifier چه کاری انجام می‌دهد؟

Amplifier بخش اصلی پردازش در Fiber Sensor است. این تجهیز منبع نور را کنترل می‌کند، شدت نور برگشتی یا عبوری را اندازه می‌گیرد و بر اساس Threshold تنظیم‌شده خروجی Sensor را تغییر می‌دهد.

مدل‌های ساده می‌توانند با کلید یا Potentiometer تنظیم شوند، در حالی که Amplifierهای پیشرفته دارای Digital Display، Teach Function، چند حالت Response، Timer، Dual Output و امکانات Diagnostic هستند.

برای مثال OMRON در خانواده فعلی E3NX-FA مدل‌های NPN و PNP، نسخه‌های Pre-wired، Wire-saving و M8 Connector را ارائه می‌کند. نسخه‌های مشخصی از همین خانواده نیز از IO-Link پشتیبانی می‌کنند.

NPN و PNP در Fiber Amplifier

مانند بسیاری از Sensorهای صنعتی، خروجی Fiber Amplifier نیز می‌تواند NPN یا PNP باشد. این موضوع به بخش Amplifier مربوط است، نه خود رشته Fiber.

نوع خروجی باید با Digital Input PLC یا Controller هماهنگ باشد. بنابراین اگر Fiber Unit قبلی سالم است و فقط Amplifier تعویض می‌شود، NPN یا PNP بودن دستگاه قبلی نیز باید بررسی شود.

OMRON برای نمونه در E3X-HD مدل‌های NPN و PNP جداگانه با اتصال کابلی، Wire-saving Connector و M8 Connector ارائه می‌کند.

تنظیم Threshold و Teach

Threshold مرزی است که Amplifier با استفاده از آن تصمیم می‌گیرد Target وجود دارد یا خیر. در سیستم‌های ساده مقدار Threshold به‌صورت دستی تنظیم می‌شود و در مدل‌های دیجیتال امکان Teach وجود دارد.

در Teach معمولاً شرایط وجود و عدم وجود Target به Amplifier معرفی می‌شوند تا نقطه مناسب تشخیص محاسبه شود. نوع Teach و تعداد مراحل آن بین سری‌ها متفاوت است.

تنظیم باید با قطعه واقعی انجام شود. برای مثال اگر Target بسیار کوچک، نیمه‌شفاف یا سطح آن متغیر است، تست تنها با دست یا کاغذ سفید معیار مناسبی برای تنظیم نهایی نیست.

تشخیص قطعات کوچک با سنسور فیبر نوری

یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از Fiber Sensor، کوچک بودن Fiber Head است. این ویژگی امکان تشخیص پیچ کوچک، پایه قطعه، سیم باریک، IC، قطعات الکترونیکی یا اجزایی را فراهم می‌کند که Sensor معمولی برای آن‌ها بیش از حد بزرگ است.

در بعضی Fiber Unitها از Lens یا ساختار Fine Beam برای متمرکز کردن نور استفاده می‌شود. قطر Spot و حداقل Object قابل تشخیص باید از مشخصات همان مدل خوانده شوند.

استفاده در نقاط باریک و سخت‌دسترس

Fiber Cable باریک و انعطاف‌پذیر است و می‌تواند نور را به نقاطی منتقل کند که امکان نصب Photoelectric Sensor استاندارد وجود ندارد. این مزیت در Jig، Fixture، ماشین مونتاژ و خطوط تولید فشرده اهمیت دارد.

در عین حال Fiber Unit دارای حداقل شعاع خم است. خم کردن Fiber با شعاع کمتر از مقدار مجاز می‌تواند انتقال نور را کاهش دهد یا در طول زمان باعث آسیب شود.

سنسور فیبر نوری برای دمای بالا

چون مدار الکترونیکی Amplifier در محل دیگری نصب می‌شود، می‌توان از Fiber Unitهای مخصوص برای بعضی نقاط دارای دمای بالا استفاده کرد. این موضوع یکی از مزایای مهم Separate-amplifier Sensor است.

با این حال همه Fiberها High Temperature نیستند. جنس Fiber، روکش، Head و Adhesive محدودیت دمایی مخصوص دارند و فقط مدل‌هایی که سازنده صراحتاً برای دمای بالا معرفی کرده است باید در این محیط استفاده شوند.

تشخیص رنگ با Fiber Sensor

بعضی Fiber Amplifierهای تخصصی علاوه بر Presence Detection برای تشخیص تفاوت رنگ نیز طراحی شده‌اند. در این کاربرد معمولاً نور مناسب به Target تابیده می‌شود و Amplifier تفاوت بازتاب رنگ‌ها را پردازش می‌کند.

برای مثال OMRON E3NX-CA یک Color Fiber Amplifier با LED سفید است که برای Color Discrimination طراحی شده و با Fiber Unitهای عمومی سازگار این خانواده کار می‌کند.

بنابراین برای تشخیص Mark، رنگ بسته‌بندی یا اختلاف رنگ قطعه نباید فرض کرد هر Amplifier استاندارد همان عملکرد Color Sensor را دارد.

IO-Link در سنسور فیبر نوری

Amplifierهای جدیدتر می‌توانند علاوه بر خروجی ساده ON/OFF، اطلاعات بیشتری از وضعیت Sensor ارائه کنند. IO-Link یکی از روش‌های انتقال این اطلاعات به سیستم کنترل است.

در مدل‌های سازگار می‌توان اطلاعات مربوط به شدت نور، تنظیمات و Diagnostics را از Sensor دریافت کرد. OMRON در E3NX-FA قابلیت‌های IO-Link را فقط در مدل‌های مشخصی ارائه می‌کند، بنابراین نباید این قابلیت را به کل خانواده تعمیم داد.

افت نور، آلودگی و نگهداری

گردوغبار، آلودگی روی Head، جابه‌جایی مکانیکی Fiber یا خم شدن کابل می‌تواند مقدار نور دریافتی را تغییر دهد. در کاربردهای حساس بهتر است Margin کافی بین مقدار دریافت نور و Threshold وجود داشته باشد.

برخی Amplifierهای پیشرفته قابلیت جبران تغییر سطح نور را دارند. برای نمونه OMRON در E3NX-FA از Dynamic Power Control برای جبران تغییر Incident Level و در مدل‌های مربوط از Alarm Output برای نگهداری پیش‌بینانه استفاده می‌کند.

تمیز کردن Head، کنترل Alignment و بررسی وضعیت Fiber باید بخشی از نگهداری دوره‌ای ماشین باشد، به‌خصوص زمانی که Sensor در محیط دارای گردوغبار یا روغن کار می‌کند.

کاربردهای سنسور فیبر نوری

راهنمای انتخاب سنسور فیبر نوری

نصب سنسور فیبر نوری

Fiber Head باید روی براکت محکم نصب شود و جهت Optical Axis در مدل‌های Through-beam به‌درستی تنظیم شود. حرکت Head در اثر لرزش می‌تواند مقدار نور دریافتی را تغییر دهد.

Fiber Cable نباید تحت کشش، له‌شدگی یا خم شدید قرار گیرد. شعاع خم و روش برش Fiber در مدل‌های Cuttable باید دقیقاً مطابق دستورالعمل سازنده رعایت شوند.

Amplifier معمولاً در محل قابل دسترس‌تر و دورتر از نقطه تشخیص نصب می‌شود. در مدل‌های DIN Rail، چند Amplifier می‌توانند کنار یکدیگر قرار گیرند و در بعضی خانواده‌ها از Wire-saving Connector برای کاهش سیم‌کشی استفاده می‌شود.

تجهیزات جانبی سنسور فیبر نوری

• Fiber Amplifier سازگار
• Fiber Unit Through-beam یا Reflective
• Lens Unit برای بعضی کاربردهای Long Distance یا Fine Spot
• Mounting Bracket برای Fiber Head
• DIN Rail و End Plate برای Amplifier
• Wire-saving Connector در مدل‌های مربوط
• M8 Connector و کابل Sensor در Amplifierهای سازگار
• Sensor Communication Unit یا IO-Link Master در سیستم‌های پشتیبانی‌شده

قیمت سنسور فیبر نوری

قیمت سنسور فیبر نوری به دو بخش Fiber Unit و Amplifier وابسته است. نوع Head، طول Fiber، مقاومت دمایی، Through-beam یا Reflective بودن، حداقل Object قابل تشخیص و Accessories روی قیمت Fiber Unit اثر دارند.

در بخش Amplifier نیز نوع Digital Display، سرعت پاسخ، NPN یا PNP، تعداد خروجی، Teach Function، Color Detection و IO-Link می‌توانند قیمت را تغییر دهند.

بنابراین مقایسه قیمت تنها با عبارت «سنسور فیبر نوری» دقیق نیست. بهتر است کد Fiber Unit و Amplifier به‌صورت جداگانه یا کد کامل سیستم موجود اعلام شود.

خرید سنسور فیبر نوری

برای خرید سنسور فیبر نوری ابتدا مشخص کنید هدف، حضور قطعه است یا تشخیص ویژگی خاصی مانند رنگ. سپس Through-beam یا Reflective بودن Fiber Unit بر اساس امکان نصب در یک یا دو سمت Target انتخاب می‌شود.

در مرحله بعد ابعاد Target، فضای نصب Head، طول Fiber و شرایط دمایی تعیین می‌شوند. سپس Amplifier مناسب بر اساس سرعت پاسخ، NPN یا PNP، تعداد خروجی و امکانات تنظیم انتخاب خواهد شد.

برای Replacement بهتر است هم کد Fiber Unit و هم کد Amplifier قبلی ثبت شوند. شباهت ظاهری Fiber Head به معنی سازگاری قطعی با Amplifier دیگر نیست و مشخصات اتصال و عملکرد باید بررسی شوند.

سوالات متداول سنسور فیبر نوری