고급 광전 장치를 사용하여 근접 감지 배포를 간소화하는 방법

광전(PE) 센서는 효율성, 견고성, 작동 원리의 명확성이 우수해 생산, 산업 및 상업용 시스템에서 비접촉 근접 감지에 널리 사용됩니다. 일반적인 응용 분야로는 고속 생산 라인에서 병이나 캔 감지, 배송 상자에서 포장물의 유무 확인, 문이 열려 있는지 닫혀 있는지 확인, 사람 존재 감지 등이 있습니다.

PE 근접 센서는 다양한 광학 감지 모드에 맞게 설계할 수 있으며, 기본적인 역반사 방식이 일반적인 방식입니다. 작동 원리는 간단하지만 PE 센서를 설정하려면 애플리케이션의 특성에 맞게 구성 및 감지 알고리즘을 초기화, 미세 조정 및 최적화하거나 다른 생산 시행에 맞게 다시 조정하는 데 시행착오가 필요하고 이에 많은 시간이 소요될 수 있습니다. 시스템 설계자에게는 관련 설정과 배포 지연을 피하기 위해 보다 간소화된 솔루션이 필요합니다.

이 문서에서는 PE 기본 사항에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 그런 다음 SICK, Inc.의 PE 근접 센서를 소개하고 고유하게 간소화된 설정 프로세스를 사용하여 이를 적용하는 방법을 보여줍니다.

PE 감지 기본 사항

PE 근접 감지의 상당 부분은 감지할 물체를 향해 조밀하게 집중된 광선을 사용하는 광원에 의존합니다. 이 광선은 수신기에서 감지하는 방식에 따라 세 가지 방법 중 하나로 사용됩니다(그림 1).

그림 1: PE 근접 감지는 세 가지 물리적 배열로 투과 광선과 해당 감광 수신기를 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Proximity Switch)

• 확산 반사 감지에서는 송신기와 수신기가 함께 하우징되어 있으며, 송신기의 광선이 관심 대상에서 반사될 때 감지가 발생합니다.
• 역반사 감지에서는 송신기와 수신기가 같은 하우징에 있지만 반사기가 대상 물체로부터 먼 쪽에 있습니다.
• 투과형 감지에서는 광센서가 물체의 반대편에 위치하며, 물체는 송신기에서 수신기로 들어오는 빛을 차단하여 그 존재를 나타냅니다.

PE 근접 감지는 이러한 장치를 전략적으로 장착하여 안전 게이트 역할을 하는 라이트 배리어 또는 라이트 커튼과 같은 안전 목적으로도 사용할 수 있습니다(그림 2). 장애물이 감지되면 라이트 배리어는 컨트롤러나 유선 안전 회로에 신호를 보내 장애물이 예상치 못한 것이거나 위험한 경우 기계를 정지시킵니다.

그림 2: 근접 감지는 안전 관련 라이트 배리어 또는 커튼으로 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: SICK, Inc.)

근접 감지는 직관적인 작동 원리와 물리적 배열을 사용하기 때문에 매력적입니다. 반사식 접근 방식은 한쪽에만 유선 장치가 필요하므로 설치 물류가 간소화된다는 점에서도 바람직합니다.

새로운 디자인과 사용자 인터페이스로 많은 문제 해결

개념적으로는 단순해도 PE 근접 감지는 세심한 현장 장착, 설치 및 정렬이 필요합니다. 시각적으로 번잡한 환경에서는 기술자가 많은 어려움과 좌절을 겪을 수 있으며, 범위와 조준에 대한 고려 사항으로 인해 성능과 일관성이 영향을 받을 수 있습니다.

PE 감지는 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)와 함께 자주 사용됩니다. 설치 시 PE 장치에서 어느 정도 떨어져 있을 수 있는 PLC에서 설정, 테스트, 조정 및 재테스트를 수행해야 할 경우가 많습니다. 또한 조명의 변화, 원치 않는 반사 및 변화, 기타 실제 왜곡이 성능과 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.

생산 시행 중에 발생하는 문제는 특히 성가신 문제가 많고, 신속한 해결이 필요한 긴급한 상황으로 인해 더욱 악화되는 경우가 많습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 SICK는 W10 근접 센서 제품군을 개발했습니다(그림 3).

그림 3: W10 계열은 컴팩트하고 견고한 하우징을 갖춘 정교한 PE 근접 센서를 제공합니다. (이미지 출처: SICK, Inc.)

이 장치는 터치스크린 디스플레이가 탑재된 최초의 디바이스라는 점에서 특히 주목할 만합니다(그림 4).

그림 4: W10 장치에 통합된 특별한 터치스크린이 대폭 개선된 사용자 경험을 제공합니다. (이미지 출처: SICK, Inc.)

이 디스플레이 인터페이스는 사용이 간편하고 빠른 설치를 지원하며 각 애플리케이션에 빠르게 적응할 수 있습니다. 탐색이 쉬워 빠른 시간 내 장치를 가동하고 실행할 수 있으며 다양한 목표, 속도 또는 예기치 않은 문제에 대한 사용 중 조정이 용이합니다. 또한 장치에 물리적 스위치, 노브 및 조정 장치가 필요하지 않으므로 신뢰성, 인클로저 무결성 및 보안이 향상됩니다.

W10 계열의 클래스 1 레이저 광원은 높은 반복 정확도로 정확한 감지 결과를 제공합니다. 집중된 적색 레이저 빔은 물체에 작은 광점을 생성하고 빠르고 정밀한 수신기 레이저 삼각측량 시스템 및 평가 라인 스캔과 결합됩니다.

이는 높은 반복 정확도와 신속한 결정으로 감지 결과의 토대가 됩니다. 스피드 모드에서는 응답 시간이 1.8밀리초(ms)에 불과하므로 빠른 기계 속도에서도 안정적인 스위칭 동작이 보장됩니다. 2색 표시 LED는 감지 상태에 대한 즉각적인 시각적 피드백을 제공합니다. 또한 광택, 색상 또는 구조와 같은 다양한 표면 특성을 가진 물체를 강력하고 안정적으로 감지할 수 있습니다.

이 PE 근접 센서는 특정 적응을 위한 개별 '티치인'(학습) 옵션을 제공하는데, 정해진 거리에 있는 물체를 감지하는 일반적인 1점 티치 외에도 2점 티치 모드를 통해 다양한 높이의 물체를 감지할 수 있습니다. 수동 모드는 더 많은 티치 옵션과 더 우수한 유연성을 제공합니다. 필요에 따라 디스플레이를 사용하여 세 가지 애플리케이션에 최적화된 작동 모드를 활성화하여 전경 또는 배경을 억제할 수 있습니다.

통합 터치스크린을 통해 속도, 표준 또는 정밀 작동 모드, 주변 억제, 개별 티치인 설정, 사전 구성된 파라미터 및 제한 값에 대한 설정을 직관적으로 선택, 조정 및 저장할 수 있습니다. W10의 고유한 보안 화면 잠금 기능은 제3자의 접근으로부터 설정을 보호합니다.

사용자 인터페이스의 유연성은 터치스크린에만 국한되지 않습니다. W10 IO-Link 기능을 통해 동일한 기능에 액세스할 수 있습니다. 이를 통해 원격 구성 옵션을 제공하고 기록된 센서 데이터를 기존 자동화 네트워크에 효율적으로 통합할 수 있습니다.

W10의 전기 옵션 및 패키징

W10 센서 장치의 디지털 출력은 중요한 설계 고려 사항인데, 이 장치는 조정 가능한 푸시/풀 PNP/NPN 출력 구조를 제공합니다. 출력을 PNP로 설정하면 출력 신호가 양수이고 센서의 출력은 전류 싱킹 입력 카드에 전류를 공급할 수 있으며, 출력을 NPN으로 설정하면 출력 신호가 음수이고 출력은 전류 소싱 입력 카드에 연결하기 위해 전류를 싱크할 수 있습니다(그림 5). 두 옵션을 모두 사용하면 PLC 또는 다른 시스템 컨트롤러와의 기본 신호 레벨 호환성이 보장됩니다.

그림 5: W10 장치의 출력 스테이지는 전류 싱크(상단) 또는 전류 소스 모드(하단)를 모두 제공하여 연결된 PLC와의 호환성을 보장할 수 있습니다. (이미지 출처: www.realpars.com)

출력은 밝거나 어두운 출력 모드(라이트 온 또는 다크 온)로 구성할 수 있습니다. 라이트 모드에서는 빛이 수신기에 도달할 수 있으면 센서의 출력이 켜지고 빛이 차단되면 꺼집니다. 반대로 다크 모드에서는 빛이 차단되면 센서의 출력이 켜지고 빛이 수신기에 도달하면 센서의 출력이 꺼집니다.

이러한 장치는 일반적으로 산업 환경에서 사용되므로 물리적 패키징이 중요합니다. W10 장치는 316L 스테인리스스틸 하우징과 IP67 및 IP69k 보호 등급을 갖춘 견고한 디자인으로 제작되었습니다. 18 × 57 × 42.2mm 패키지로 제공되며 -10°C ~ +55°C의 주변 온도 범위에서 작동하도록 지정되어 있습니다.

산업용 센서의 과제 중 하나는 현장이나 공장에서 다양한 장치를 지원해야 한다는 점인데 이로 인해 사내 재고 및 지원이 복잡해 집니다. 하지만, W10 계열은 유연성이 탁월해 이 제품군에는 두 가지 바디 스타일만 있으면 됩니다(그림 6) 각 모델에는 두 가지 감지 범위가 있어 총 4가지 모델만 있으면 되므로 선택 과정이 간소화됩니다.

그림 6: W10 제품군의 기능적으로 유사한 장치가 두 가지 하우징 스타일로 제공되며 각각 두 가지 감지 범위를 지원합니다. (이미지 출처: SICK, Inc.)

W10 시리즈 모델 1133545는 표준 1인치 구멍 장착과 25mm ~ 400mm의 물체 거리를 지원하는 직사각형 하우징으로 제공되며, 유사한 모델인 1133547은 25mm ~ 700mm의 물체 거리를 지원합니다. 하이브리드 설치의 경우 모델 1133544는 1인치 나사형 전면 또는 측면 M18 장착 구멍이 있고 물체 거리가 25mm ~ 400mm이며, 해당 W10 모델 1133546은 인클로저는 동일하지만 물체 거리가 25mm ~ 700mm입니다.

결론

W10 PE 센서 장치는 산업용 애플리케이션을 위한 다목적의 견고한 확산 반사기 솔루션을 제공합니다. 업계 최초의 통합 터치스크린 사용자 인터페이스를 포함한 고급 기능으로 설치, 설정 및 조정을 간소화하고 정교한 알고리즘으로 향상된 기능과 정확도를 제공합니다.