Come funzionano le diverse modalità dei sensori degli interruttori fotoelettrici? Una spiegazione completa!
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- 2025/2/17
sommario
I sensori fotoelettrici hanno principalmente tre tipi di funzionamento comuni: Diffuse Reflective, Specular Reflective e Through-Beam. Ogni tipo ha diversi principi di funzionamento e scenari applicativi, soddisfacendo varie esigenze industriali.
Cos'è un sensore fotoelettrico?
Un sensore fotoelettrico è un tipo di interruttore che rileva i cambiamenti nella luce (come intensità, riflessione o ostruzione) e converte questi cambiamenti in segnali elettrici. Il suo funzionamento si basa sul rilevamento della presenza o variazione della luce per controllare il sistema.
La caratteristica principale dei sensori fotoelettrici è il loro funzionamento "senza contatto". Non richiedono il contatto diretto con l'oggetto da rilevare; al contrario, utilizzano l'emissione e la ricezione della luce per rilevare la presenza, la posizione o i cambiamenti degli oggetti. Questa caratteristica rende i sensori fotoelettrici ampiamente utilizzati in varie applicazioni industriali, in particolare nelle linee di produzione automatizzate, nel rilevamento di oggetti e nei sistemi di protezione di sicurezza.
La formula fondamentale per un sensore fotoelettrico è:
Capacità di rilevamento = f (intensità luminosa, riflettività dell'oggetto, interferenza ambientale, distanza di rilevamento).
Come funzionano le diverse modalità dei sensori fotoelettrici?
I sensori fotoelettrici hanno principalmente tre tipi di funzionamento comuni: Diffuse Reflective, Specular Reflective e Through-Beam. Ogni tipo ha diversi principi di funzionamento e scenari applicativi, soddisfacendo varie esigenze industriali.
Sensori fotoelettrici tipo diffuso-riflettente
1️⃣ Principio di funzionamento: l'emettitore e il ricevitore sono integrati nella stessa sonda e si basano sulla riflessione diffusa (riflessione lambertiana) dalla superficie dell'oggetto. Dopo che la luce è stata diffusa dall'oggetto, una parte ritorna al ricevitore, attivando il segnale.
2️⃣ Scenari applicabili:
▪️Caratteristiche dell'oggetto: Adatto per oggetti non trasparenti e con superfici ruvide (ad esempio cartone, pallet di legno, plastica scura).
▪️Limitazioni: soggetto a errori di valutazione con oggetti altamente riflettenti (specchi/metallo) e, per oggetti che assorbono la luce nera (ad esempio, gomma), potrebbe essere necessario ridurre la distanza di rilevamento.
▪️Casi industriali:
Linee di imballaggio: rileva la posizione delle scatole di cartone (distanza ≤ 1 m, l'angolo di installazione evita interferenze riflettenti).
Presa robotica: riconosce le posizioni dei pallet (regolare la sensibilità per la compatibilità con colori diversi).
▪️Requisiti ambientali: evitare la luce solare diretta (scegliere modelli con anti-interferenza luminosa, ad esempio frequenza modulata >5 kHz).
Sensori fotoelettrici tipo riflettente speculare
1️⃣ Principio di funzionamento: l'emettitore e il ricevitore sono sullo stesso lato, e si affidano a un riflettore (riflettore prismatico) per restituire la luce lungo lo stesso percorso. Quando un oggetto blocca il percorso della luce, attiva il segnale.
2️⃣ Scenari applicabili:
▪️Caratteristiche dell'oggetto: può rilevare oggetti trasparenti/semitrasparenti (ad esempio bottiglie di vetro, pellicole in PET), affidandosi alla stabilità del riflettore.
▪️Rilevamento ad alta precisione: la risoluzione può raggiungere ±0,1 mm (ad esempio, rilevamento della tensione della pellicola).
▪️Casi industriali:
Industria farmaceutica: rileva la presenza di fiale (i riflettori devono essere resistenti alla corrosione, ad esempio acciaio inossidabile 316L).
Macchine da stampa: rileva la rottura della pellicola trasparente (richiede filtri polarizzati per eliminare le interferenze a specchio).
▪️Requisiti ambientali: il rilevamento a lunga distanza (fino a 50 m) richiede una sorgente di luce laser e gli ambienti polverosi richiedono la pulizia periodica del riflettore.
Sensori fotoelettrici a sbarramento
1️⃣ Principio di funzionamento: l'emettitore e il ricevitore sono separati e rilevano direttamente l'ostruzione del percorso della luce. Ha la più forte capacità anti-interferenza, poiché il ricevitore riconosce solo il segnale luminoso di frequenza specifico dall'emettitore.
2️⃣ Scenari applicabili:
▪️Caratteristiche dell'oggetto: adatto per oggetti di qualsiasi materiale (anche trasparenti/altamente riflettenti), con affidabilità di rilevamento >99,9%.
▪️Rilevamento di microoggetti: i tipi a fascio passante in fibra ottica possono rilevare oggetti con un diametro piccolo fino a 0,1 mm (ad esempio, pin di componenti elettronici).
▪️Casi industriali:
Linee di saldatura per autoveicoli: rileva il passaggio delle carrozzerie (modelli ad alta temperatura, -25°C~80°C).
Smistamento logistico: conteggio pacchi ad alta velocità (tempo di risposta <1 ms, protezione IP67).
▪️Requisiti ambientali: le lunghe distanze (fino a centinaia di metri) richiedono una trasmissione del segnale sincronizzata e gli ambienti con vibrazioni richiedono un rinforzo meccanico dell'installazione.
Come scegliere un sensore fotoelettrico?
1️⃣ Rilevamento degli oggetti:
• Trasparente/Riflettente → Tipo riflettente a fascio passante o speculare (con filtri polarizzati).
• Nero/Assorbimento della luce → Tipo riflettente diffuso (ridurre la distanza di rilevamento o scegliere una sorgente di luce laser).
2️⃣ Distanza di rilevamento:
• ≤ 0,3 m → Tipo riflettente diffuso (scelta economica).
• 0,3–10 m → Tipo riflettente speculare (richiede manutenzione del riflettore).
• 10 m → Tipo a sbarramento (sorgente luminosa laser + segnale sincronizzato).
3️⃣ Interferenza ambientale:
• Polvere/Olio → Tipo a fascio passante (protezione IP69K) o tipo riflettente speculare (pulizia regolare).
• Luce ambientale intensa → Luce modulata + filtraggio a banda stretta (ad esempio, infrarossi a 940 nm per resistere alle interferenze della luce solare).
4️⃣ Velocità di risposta:
• Linee di produzione ad alta velocità (>1 kHz) → Tipo a fascio passante (il tipo a fibra ottica può raggiungere 100 kHz).
| Industria | Tipo consigliato | Caso tipico | Punti chiave tecnici |
| Imballaggio alimentare | Diffuso + Riflettente Speculare | Rilevamento di scatole di cibo ricoperte da pellicola trasparente | Compensare l'interferenza della riflessione della pellicola |
| Produzione di semiconduttori | A fascio passante (fibra ottica) | Posizionamento del trasporto wafer | Precisione ripetibile di 0,01 mm, ambiente pulito |
| Metallurgia dell'acciaio | A fascio passante (tipo ad alta temperatura) | Rilevamento della posizione della billetta di colata continua | Resistente alle alte temperature (>150°C), anti-interferenza elettromagnetica |
Magazzinaggio e logistica | Riflettente speculare (lunga distanza) | Navigazione AGV tramite pannelli riflettenti | Rilevamento 10–30 m, codifica multi-riflettore |
Dettagli ingegneristici spesso trascurati
1️⃣ Angolo di installazione: il tipo riflettente diffuso dovrebbe evitare l'angolo di riflessione dello specchio dell'oggetto (ad esempio, le superfici metalliche dovrebbero essere installate con un angolo di 15°).
2️⃣ Soppressione dello sfondo: i sensori avanzati a riflessione diffusa possono essere programmati per rilevare oggetti entro distanze specifiche (sopprimendo le interferenze di sfondo).
3️⃣ Ridondanza di sicurezza: per le applicazioni di cancelli di sicurezza, i tipi a sbarramento devono essere conformi allo standard EN/IEC 61496-1 (ridondanza a doppio canale).
Sensori fotoelettrici
Serie GM12 | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
| Diffuso Riflettente | GM12-10 | 20-100 millimetri | |
GM12-20 | 20-200 millimetri | ||
GM12-30 | 20-300 millimetri | ||
| A fascio passante | Modello GM12-200 | 2000 millimetri | |
Modello GM12-500 | 5000 millimetri | ||
| Serie GM18 | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
| Diffuso Riflettente | GM18-30 | 30-300 millimetri | |
GM18-50 | 50-500 millimetri | ||
GM18-100 | 80-1000 millimetri | ||
Riflettente speculare | Modello GM18-500 | 5000 millimetri | |
Modello GM18-1500 | 15000 millimetri | ||
A fascio passante | Modello GM18-200 | 2000 millimetri | |
Modello GM18-300 | 3000 millimetri | ||
| Serie Micro GP13 ultrasottile | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
Diffuso Riflettente | GP13-03N-ZAA | 2~30 mm (carta bianca) | |
GP13-03P-ZAA | 2~30 mm (carta bianca) | ||
A fascio passante (Rilevamento frontale) | Modello GP13-D30N-ZBA | 300 millimetri | |
GP13-D30P-ZBA | 300 millimetri | ||
GP13-D50N-ZBA | 500 millimetri | ||
GP13-D50N-ZBA | 500 millimetri | ||
A fascio passante (Rilevamento laterale) | GP13-L30N-ZBA | 300 millimetri | |
GP13-L30P-ZBA | 300 millimetri | ||
GP13-L50N-ZBA | 500 millimetri | ||
GP13-L50P-ZBA | 500 millimetri | ||
Sensore laser ultra-piccolo serie GFS | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
| Diffuso Riflettente | Modello GFS-51N-ZAA | 2-50 millimetri | |
Modello GFS-51P-ZAA | 2-50 millimetri | ||
| A fascio passante | Modello GFS-51N-ZBA | 2000 millimetri | |
Modello GFS-51P-ZBA | 2000 millimetri | ||
| Serie GF43 Quadrata Universale | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
Diffuso Riflettente | GF43-15N-ZAA | 30-150 mm (regolabile) | |
GF43-15P-ZAA | 30-150 mm (regolabile) | ||
Riflettente speculare | GF43-02N-ZCA | 2 milioni | |
GF43-02P-ZCA | 2 milioni | ||
A fascio passante | GF43-10N-ZBA | 10 milioni | |
GF43-10P-ZBA | 10 milioni | ||
| Serie GF21 a emissione luminosa a forma di barra | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
A fascio passante | GF21-150N-ZBA | 150 centimetri | |
GF21-150P-ZBA | 150 centimetri | ||
Sensore fotoelettrico con funzione di soppressione dello sfondo
Qual è la funzione di soppressione dello sfondo di un sensore fotoelettrico?
La funzione Background Suppression (BGS) è una tecnologia di rilevamento basata sul principio di triangolazione. Funziona limitando l'intervallo di rilevamento effettivo del sensore, facendolo rispondere solo agli oggetti entro la distanza impostata ignorando gli oggetti sullo sfondo. Questa funzione è utilizzata principalmente nei sensori fotoelettrici a riflessione diffusa, ma è applicabile anche ad altri tipi, come i sensori a riflessione speculare. La sua caratteristica principale è la capacità di distinguere efficacemente tra oggetti target e interferenza di sfondo, rendendola particolarmente adatta per rilevare oggetti a bassa riflettività o in ambienti di sfondo complessi.
Con funzione di soppressione dello sfondo Serie GB43 | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
| Diffuso Riflettente | GB43-100N-ZAA | 30-1500 mm (distanza massima di rilevamento) 60-1000 mm (distanza di rilevamento stabile) | |
GB43-100P-ZAA | |||
| Con funzione di soppressione dello sfondo Serie GB43 | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
Diffuso Riflettente | GB43-10N-ZAA | 30-100mm (regolabile) | |
GB43-10P-ZAA | 30-100mm (regolabile) | ||
GB43-30N-ZAA | 30-300mm (regolabile) | ||
GB43-30P-ZAA | 30-300mm (regolabile) | ||
Modello GFL43-30N-ZAA | 30-300mm (regolabile) | ||
GFL43-30P-ZAA | 30-300mm (regolabile) | ||
Serie GSB di piccole dimensioni con funzione di soppressione dello sfondo | |||
| Tipo | Modello | Campo di rilevamento | |
| Diffuso Riflettente | Modello GSB-12N | 2 - 150 mm (distanza massima di rilevamento) 3 - 120 mm (distanza di rilevamento stabile) | |
Modello GSB-12P | |||
Prodotti di vendita calda
Tempo di risposta: fino a 1,5 ms Precisione ripetitiva: fino a 10 µm
Campo di rilevamento: 150-3000 mm Materiale: accessori in plastica, riempiti con resina epossidica Tipo di connessione: connettore M12 a 5 pin Metodo di uscita: tensione analogica 0-10 V+PNP
Campo di misura: 10 mm (± 5 mm) Precisione di ripetizione: < 1 μm Linearità: ± 0,4% FS Forza di misura: min 0,2 N
Distanza di rilevamento: da 18 a 28 mm Tensione di alimentazione: 24 V CC ± 10% pulsazione PP inferiore al 10% Ingresso di commutazione modalità: modello colore o modalità colore Tipo di uscita: NPN o PNP