Optische sensoren

Wat is een optische sensor?

Een optische sensor detecteert objecten contactloos met behulp van zichtbaar of infrarood licht.

De sensor zendt licht uit en beoordeelt vervolgens of dit licht door een object wordt gereflecteerd, onderbroken of via een reflector wordt teruggestuurd.

Optische sensoren worden daarom ook aangeduid als:

• foto-elektrische sensoren;
• photoelectric sensors;
• fotocellen;
• lichtsensoren voor objectdetectie;
• optische naderingssensoren.

Binnen industriële automatisering worden ze gebruikt voor uiteenlopende detectietaken waarbij fysieke aanraking met het product ongewenst is.

Waar worden optische sensoren toegepast?

Optische sensoren worden veel gebruikt voor:

• objectdetectie;
• aanwezigheidscontrole;
• producttelling;
• positiecontrole;
• detectie op transportbanden;
• controle van verpakkingen;
• productdetectie in assemblagemachines;
• detectie van dozen, bakken en pallets;
• controle van productaanvoer;
• tellen van snel bewegende producten.

Ze worden veel toegepast binnen machinebouw, verpakkingsindustrie, logistiek, handling, assemblage en geautomatiseerde productielijnen.

Welke soorten optische sensoren zijn er?

Er bestaan verschillende optische detectieprincipes. Welke uitvoering het meest geschikt is hangt af van het object, de gewenste detectieafstand en de omstandigheden rondom de machine.

Diffuse optische sensor

Een diffuse sensor bevat zender en ontvanger in dezelfde behuizing.

De sensor stuurt licht richting het object. Het object reflecteert een gedeelte van dit licht terug naar de ontvanger.

Hierdoor is geen aparte reflector of ontvanger noodzakelijk.

Diffuse sensoren zijn interessant voor algemene objectdetectie wanneer:

• de detectieafstand beperkt is;
• eenvoudige montage gewenst is;
• voldoende licht door het object wordt teruggekaatst.

De daadwerkelijke detectieafstand kan worden beïnvloed door kleur, materiaal en reflectiviteit van het object.

Optische sensor met achtergrondonderdrukking

Een optische sensor met achtergrondonderdrukking is ontworpen om een object binnen een ingesteld detectiegebied te herkennen terwijl een achtergrond verderop zoveel mogelijk wordt genegeerd.

Dit kan voordelen bieden wanneer:

• een transportband achter het product aanwezig is;
• verschillende productkleuren voorkomen;
• het object dicht voor een vaste machineconstructie passeert;
• een nauwkeuriger afgebakend detectiegebied nodig is.

Achtergrondonderdrukking wordt daarom veel toegepast voor betrouwbare productdetectie op transportbanden en in verpakkingsmachines.

Retro-reflectieve sensor

Bij een retro-reflectieve optische sensor bevinden zender en ontvanger zich in dezelfde behuizing en wordt aan de tegenoverliggende zijde een reflector geplaatst.

De sensor stuurt een lichtbundel naar de reflector. Zolang de bundel wordt terugontvangen is het detectiepad vrij.

Wanneer een object de lichtbundel onderbreekt, verandert het uitgangssignaal.

Deze opstelling biedt vaak een grotere detectieafstand dan een standaard diffuse sensor en is relatief eenvoudig te installeren omdat bekabeling maar aan één zijde nodig is.

Gepolariseerde reflector sensor

Bij glanzende of sterk reflecterende objecten kan een standaard retro-reflectief systeem onder bepaalde omstandigheden licht van het object verwarren met licht van de reflector.

Daarom zijn er gepolariseerde retro-reflectieve sensoren.

Deze gebruiken optische polarisatie om onderscheid te maken tussen het gereflecteerde signaal van de reflector en ongewenste reflecties van het product.

Dit kan interessant zijn bij:

• glanzende verpakkingen;
• metalen oppervlakken;
• reflecterende onderdelen;
• bepaalde kunststofproducten.

Through-beam sensor

Een through-beam sensor, ook wel zender/ontvanger-sensor genoemd, bestaat uit twee afzonderlijke componenten.

Aan één zijde bevindt zich de zender en aan de andere zijde de ontvanger.

Wanneer een object tussen beide sensoren passeert, wordt de lichtbundel onderbroken.

Dit principe biedt doorgaans een zeer betrouwbare detectie en kan over grotere afstanden worden toegepast.

Through-beam sensoren zijn interessant bij:

• grotere detectieafstanden;
• moeilijke objecten;
• hoge bedrijfszekerheid;
• transportbanen;
• producttelling;
• snelle machines.

Het nadeel is dat zowel zender als ontvanger moeten worden gemonteerd en bekabeld.

Diffuse, reflector of through-beam sensor?

De keuze kan globaal als volgt worden gemaakt:

De uiteindelijke keuze hangt daarnaast af van materiaal, snelheid, ruimte en omgeving.

Optische sensor voor transparante objecten

Transparante objecten zoals glas, PET-flessen en transparante folie kunnen uitdagend zijn voor optische detectie.

Omdat veel licht door het materiaal heen gaat, ontstaat soms slechts een kleine verandering in het ontvangen signaal.

Voor dergelijke toepassingen bestaan speciale optische sensoren en detectieprincipes voor transparante objecten.

Bij selectie kijken we onder andere naar:

• materiaaldikte;
• transparantie;
• glans;
• vorm;
• detectieafstand;
• gewenste betrouwbaarheid.

In sommige toepassingen kan ook een ultrasone sensor een interessant alternatief zijn omdat ultrasone detectie niet afhankelijk is van optische transparantie.

Donkere en zwarte objecten detecteren

Een zwart of zeer donker oppervlak reflecteert doorgaans minder licht dan een helder oppervlak.

Hierdoor kan het effectieve detectiebereik van een eenvoudige diffuse sensor verschillen tussen lichte en donkere producten.

Wanneer binnen dezelfde machine producten met sterk verschillende kleuren worden verwerkt, moet hiermee rekening worden gehouden bij de sensorselectie.

Een sensor met achtergrondonderdrukking of een ander detectieprincipe kan in dergelijke situaties een stabielere oplossing bieden.

Glanzende objecten detecteren

Glanzende oppervlakken kunnen licht sterk in één richting reflecteren.

Hierdoor kan de montagehoek van een optische sensor invloed hebben op de detectie.

Bij reflecterende metalen, glanzende kunststofverpakkingen en soortgelijke objecten kunnen onder andere belangrijk zijn:

• sensortype;
• polarisatie;
• montagehoek;
• positie van de reflector;
• achtergrond;
• afstand.

Daarom is het verstandig om bij kritische objecten de daadwerkelijke toepassing mee te nemen in de sensorselectie.

Kleine objecten detecteren

Voor zeer kleine onderdelen is de grootte van de lichtspot belangrijk.

Een standaard LED-sensor kan een relatief brede lichtbundel hebben. Wanneer een klein onderdeel moet worden gedetecteerd, kan een kleinere en duidelijker gedefinieerde spot noodzakelijk zijn.

Hiervoor kunnen bijvoorbeeld laser sensoren of fiber-optische sensoren worden toegepast.

Fiber-optische sensoren zijn bovendien interessant wanneer zeer weinig montageruimte beschikbaar is bij het daadwerkelijke detectiepunt.

Optische sensor of laser sensor?

Een standaard optische sensor gebruikt meestal een LED-lichtbron met een relatief bredere lichtspot.

Een laser sensor gebruikt een sterk gerichte lichtbundel en is daardoor interessant wanneer:

• kleine objecten moeten worden gedetecteerd;
• een kleine lichtspot nodig is;
• zeer nauwkeurig op één positie moet worden geschakeld;
• een grotere afstand met duidelijk zichtbare spot gewenst is.

Bekijk hiervoor onze laser detectiesensoren.

Moet niet alleen aanwezigheid worden gedetecteerd maar een werkelijke afstand worden gemeten? Bekijk dan onze laser afstandssensoren.

Optische sensor of ultrasone sensor?

Een optische sensor gebruikt licht, terwijl een ultrasone sensor geluidsgolven gebruikt.

Een ultrasone sensor kan interessant zijn wanneer kleur of transparantie optische detectie lastig maakt.

Optische sensoren bieden juist voordelen bij:

• hoge schakelsnelheid;
• kleine objecten;
• nauwkeurige lichtspots;
• compacte detectietoepassingen.

De beste keuze hangt daarom sterk af van materiaal en proces.

Optische sensor of inductieve sensor?

Een inductieve sensor detecteert uitsluitend metalen objecten.

Wanneer het te detecteren onderdeel van metaal is en de afstand relatief klein is, kan inductieve detectie een zeer robuuste oplossing zijn.

Een optische sensor kan daarentegen veel verschillende materialen detecteren.

Denk aan:

• karton;
• kunststof;
• hout;
• metaal;
• verpakkingen;
• producten;
• bakken en dozen.

Bij optische detectie moet echter meer rekening worden gehouden met kleur, oppervlak, vuil en omgevingslicht.

Optische sensoren voor producttelling

Optische sensoren worden veel gebruikt voor het tellen van producten op een transportband.

Iedere keer wanneer een product de lichtbundel onderbreekt of reflecteert, genereert de sensor een schakelsignaal.

De PLC of teller kan deze pulsen gebruiken voor:

• producttelling;
• batchcontrole;
• verpakkingsaantallen;
• productiestatistieken;
• procesbesturing.

Bij hoge transportsnelheden zijn vooral responstijd en schakelfrequentie belangrijk.

Responstijd en schakelfrequentie

Een sensor moet snel genoeg kunnen schakelen om ieder product betrouwbaar te detecteren.

Dit is vooral belangrijk bij:

• snelle transportbanden;
• kleine producten;
• korte afstanden tussen producten;
• teltoepassingen;
• high-speed packaging.

Wanneer producten sneller passeren dan de sensor kan reageren, kunnen objecten worden gemist.

Daarom moeten productgrootte, snelheid en afstand tussen opeenvolgende producten worden meegenomen bij de sensorselectie.

Detectieafstand van een optische sensor

De beschikbare detectieafstand verschilt sterk per sensorprincipe.

Een diffuse sensor heeft doorgaans een ander bereik dan een reflector- of through-beam-systeem.

Ook eigenschappen van het object kunnen invloed hebben op de praktische detectieafstand.

Bij selectie kijken we daarom naar:

• gewenste werkafstand;
• minimale en maximale objectpositie;
• beschikbare montageruimte;
• objectkleur;
• reflectie;
• omgevingscondities;
• gekozen detectieprincipe.

Het maximale bereik uit een datasheet is niet automatisch de ideale werkafstand voor iedere toepassing.

PNP of NPN optische sensor

Veel industriële optische sensoren zijn verkrijgbaar met PNP- of NPN-uitgang.

Een PNP-uitgang schakelt bij activatie richting de positieve voedingsspanning.

Een NPN-uitgang schakelt richting 0 V.

Bij nieuwe machines wordt in Europa veel PNP toegepast, maar bij vervanging is vooral belangrijk welk uitgangstype de bestaande PLC of machinebesturing verwacht.

Een PNP-uitvoering is daarom niet automatisch uitwisselbaar met een NPN-sensor.

Light-ON en Dark-ON

Bij optische sensoren wordt ook regelmatig gesproken over Light-ON en Dark-ON.

Hiermee wordt bepaald in welke toestand de uitgang actief is.

Afhankelijk van detectieprincipe en machinebesturing kan de gewenste schakellogica verschillen.

Bij vervanging van een bestaande optische sensor moet daarom niet alleen naar PNP/NPN worden gekeken, maar ook naar de ingestelde of vaste schakelfunctie.

M8, M12 of kabel

Optische sensoren zijn verkrijgbaar met verschillende aansluitingen.

Veel voorkomende uitvoeringen zijn:

• geïntegreerde kabel;
• M8-connector;
• M12-connector;
• korte kabel met connector.

Bij machinebouw zijn connectoruitvoeringen interessant omdat een defecte sensor snel kan worden vervangen.

Bij retrofit moet naast de connector ook de pinbezetting worden gecontroleerd.

Omgevingslicht, stof en vervuiling

Omdat optische sensoren met licht werken, kunnen de omstandigheden rond de machine invloed hebben op de detectie.

Belangrijke factoren zijn:

• stof;
• vuil op de lens;
• vocht;
• olie;
• direct zonlicht;
• sterke externe lichtbronnen;
• trillingen;
• temperatuur.

Voor zware industriële omgevingen moet daarom ook naar beschermingsklasse, constructie en eventuele vervuilingsreserve worden gekeken.

Waar moet je op letten bij het kiezen van een optische sensor?

Belangrijke selectiecriteria zijn:

• object en materiaal;
• kleur;
• transparantie;
• glans;
• gewenste detectieafstand;
• diffuse, reflector- of through-beam-uitvoering;
• achtergrondonderdrukking;
• lichtbron;
• grootte van de lichtspot;
• responstijd;
• schakelfrequentie;
• PNP of NPN;
• Light-ON / Dark-ON;
• voedingsspanning;
• M8/M12 of kabel;
• beschermingsklasse;
• beschikbare montageruimte.

De juiste sensor wordt daarom geselecteerd op basis van de complete toepassing en niet uitsluitend op detectieafstand.

Optische sensor vervangen

Een bestaande optische sensor of fotocel vervangen vereist een vergelijking van zowel het optische principe als de elektrische en mechanische eigenschappen.

Bij Indusen vergelijken we onder andere:

• fabrikant en typenummer;
• diffuse, retro-reflectieve of through-beam werking;
• achtergrondonderdrukking;
• detectieafstand;
• lichtbron;
• PNP/NPN;
• schakelfunctie;
• responstijd;
• connector en pinbezetting;
• voedingsspanning;
• afmetingen;
• montage;
• beschermingsklasse.

Hiermee kunnen we gericht zoeken naar een passend alternatief wanneer een bestaande sensor niet meer leverbaar is, een lange levertijd heeft of wanneer een technisch en economisch aantrekkelijkere oplossing gewenst is.

Bekijk ook onze pagina over retrofit & vervanging.

Optische sensoren voor machinebouw en industriële automatisering

Indusen ondersteunt machinebouwers, OEM's en industriële eindgebruikers bij het selecteren en vervangen van optische sensoren en foto-elektrische sensoren.

Heb je een nieuwe toepassing? Stuur ons informatie over:

• wat er gedetecteerd moet worden;
• materiaal en kleur;
• detectieafstand;
• snelheid;
• beschikbare montage;
• gewenste uitgang.

Heb je al een bestaande sensor? Stuur dan het volledige typenummer en indien mogelijk een foto of datasheet. Wij vergelijken de technische eigenschappen en zoeken naar een passende oplossing.

Bekijk ook onze detectiesensoren voor een overzicht van andere detectieprincipes en onze sensoroplossingen voor complete industriële detectievraagstukken.