Co nazywamy czujnikiem przemysłowym?

Czujniki to bardzo zróżnicowana grupa urządzeń używanych w maszynach przemysłowych. Ich nadrzędnym zadaniem jest monitorowanie stanu maszyny, jej otoczenia czy wytwarzanych produktów. Celem takiej kontroli jest zarówno zapobieganie wypadkom z udziałem człowieka czy awariom maszyny, jak również kontrola przebiegu procesu, za który maszyna jest odpowiedzialna. Na ich zastosowaniu zyskuje zarówno producent maszyn, jak i przedsiębiorstwo używające maszyny wyposażonej w czujniki.

Ze względu na środowisko pracy i mnogość typów kontrolowanych zadań czujniki muszą być niezawodne i przemyślane. W związku z tym na rynku dostępnych jest wiele wyspecjalizowanych typów czujników o konkretnych zastosowaniach.

Typy czujników przemysłowych

Czujniki stykowe

Ich zasada działania opiera się na przetworzeniu ruchu sondy bezpośrednio stykającej się z kontrolowanym elementem na sygnał elektryczny. Czujniki stykowe znajdują zastosowanie w maszynach montażowo-kontrolnych, gdzie konieczne jest precyzyjne wykrywanie konkretnych elementów. Czujniki te są używane w miejscach, gdzie odczyt innych czujników może być zakłócony przez zanieczyszczenia lub nie ma możliwości zastosowania innych rodzajów czujników. Jednym z ich typowych zastosowań są maszyny montażowo-kontrolne.

Czujniki indukcyjne

Najczęściej spotykane są w maszynach montażowych i maszynach kontrolnych.

Ich zadaniem jest bezstykowe określenie obecności wykrywanego detalu w polu swojego działania. Czujniki indukcyjne wykorzystuje się w każdej dziedzinie przemysłu. Ich jedynym ograniczeniem wynikającym z zasady ich działania jest brak możliwości wykrywania materiałów niemetalowych.

Czujniki optyczne

Służą do kontroli położenia elementów montażowych w maszynach produkcyjnych i maszynach kontrolnych i testowych. Identyfikują obiekty znajdujące się w zasięgu działania czujników za pomocą wykrywania wiązki światła odbitego od elementu wykrywanego lub detekcji przerwania w emitowanej samodzielnie wiązce. Źródłem światła w czujnikach optycznych może być zarówno dioda, której światło jest skupione, jak i emiter laserowy. Wyróżniamy 3 typy czujników optycznych:

• Czujniki optyczne odbiciowe – wiązka promieni świetlnych emitowanych przez nadajnik napotykając na swojej drodze przeszkodę, odbija się. Promienie świetlne trafiają bezpośrednio do odbiornika, gdzie powstaje sygnał kierowany do sterownika.
• Czujniki optyczne refleksyjne – wiązka promieni świetlnych emitowanych przez nadajnik, kierowana jest na reflektor odblaskowy, od którego odbijane jest światło czujnika. Przesłonięcie wiązki promieni świetlnych przez obiekt generuje sygnał wyjściowy.
• Jednowiązkowe bariery świetlne – nadajnik i odbiornik umieszczone są w oddzielnych obudowach. Wiązka światła przebiega poprzez przestrzeń od nadajnika do odbiornika, umieszczonych naprzeciw siebie. Przesłonięcie wiązki promieni świetlnych przez obiekt wyzwala sygnał wyjściowy.

Czujniki wizyjne

Te czujniki są najpopularniejszymi urządzeniami dedykowanymi do kontroli jakości detali i ich montażu. Najczęściej są one prostymi kamerami przetwarzającymi dane. Służą rozpoznawaniu obiektów w różnych procesach np. segregacji, kontroli lokalizacji umieszczenia obiektów, poprawności lokalizacji nadruków, nalepek, oznaczeń, kontroli jakości produktów itp. Z ich użyciem tworzone są wyspecjalizowane systemy wizyjne dla linii produkcyjnych. Występuje wiele typów czujników wizyjnych:

• Czujnik konturów –  czujnik ten rozpoznaje kontury, przez co rozpoznaje obiekty.
• Licznik pikseli – czujniki mogą rozpoznawać obiekty także po kolorystyce obiektów.
• Czytnik kodów – dzięki odczytaniu oznaczeń sterownik podejmuje odpowiednie działania dla sprawdzanego elementu.
• Czujnik 3D – najbardziej złożone czujniki wizyjne, które rozpoznają obiekty poprzez analizę konturów oraz map głębi.

Czujniki liniowe

Inaczej zwane enkoderami liniowymi, służą do określenia pozycji przenoszonego elementu w dowolnym miejscu i czasie na danym stanowisku automatycznej linii produkcyjnej. Istnieją trzy główne typy czujników liniowych różniące się sposobem mierzenia ruchu:

• Czujniki potencjometryczne – działają na zasadzie fizycznego kontaktu z badanym obiektem. W wielu miejscach jest to wada z uwagi na szybkie zużywanie się czujników lub negatywny wpływ na pomiar wibracji czy zapylenia w procesie produkcyjnym. Ich zaletą jest niska cena i duża dokładność.
• Czujniki magnetostrykcyjne – czujniki badające obiekty bezkontaktowo; ich wadą jest mniejsza dokładność pomiarów. Jest ona szczególnie widoczna, gdy obiekt przemieszcza się na większą odległość. Zaletą tych układów jest eliminacja wad czujników potencjometrycznych.
• Czujniki indukcyjne – mogą realizować pomiar na bardzo dużych przemieszczeniach. Ich zaletą jest bardzo duża powtarzalność pomiaru na długich odcinkach. Czujniki indukcyjne są dokładne, a ich wskazania są precyzyjne.

Czujniki kątowe

To urządzenia określające pozycję obrotową badanych obiektów. Najczęściej są to czujniki optyczne, magnetyczne lub indukcyjne. Ze względu na środowisko pracy produkowanych maszyn dobiera się najkorzystniejsze rodzaje czujników.

Czujniki ciśnienia i siły

Czujniki tensometryczne, czujniki siły, tensometry wagowe są urządzeniami do pomiaru sił ściskających, rozciągających, naprężeń, itp. Służą do badania wagi analizowanych obiektów.

Czujniki profilometrowe

To urządzenia do stykowego pomiaru nierówności powierzchni. Ich zasada działania opiera się na detekcji przesunięcia elementu zamocowanego prostopadle do kierunku ruchu badanej powierzchni. Istnieją także laserowe oraz ultradźwiękowe czujniki profilometryczne. Wybór czujników zależny jest od wymaganej dokładności pomiaru oraz środowiska pracy danej maszyny kontrolnej.

Poniżej prezentujemy jedną z maszyn testujących szczelność, która jest zaopatrzona w czujniki indukcyjne, ciśnienia oraz optyczne. Integracja wszystkich tych czujników umożliwia badanie szczelności i drożności kanałów w różnych referencjach pokrywy skrzyni biegów z użyciem jednej maszyny.