作者：Bill Schweber

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-11-07

光電 (PE) 傳感器因其高效、耐用和清晰的工作原理，已廣泛用于生產、工業和商業系統中的非接觸式接近檢測。典型應用包括檢測高速生產線上的瓶子或罐子、查看運輸箱內是否有包裹、檢查門是否打開或關閉，或人的存在檢測。

PE 接近傳感器可以設計成不同的光學檢測模式，基本的逆反射方法是一種典型排列方式。盡管 PE 傳感器的工作原理很簡單，但在設置時可能需要大量時間進行試錯，以便根據應用的具體情況對配置和檢測算法進行初始化、微調和優化，或針對不同的生產流程重新調整。系統設計人員需要一個更簡化的解決方案，以避免相關的設置和部署延遲。

本文簡要介紹 PE 的基礎知識。然后介紹 [SICK inc.] 生產的 PE 接近傳感器，并說明如何通過獨特的簡化設置過程來使用這些傳感器。

PE 傳感基礎知識

PE 接近檢測技術依賴于一個光源，光束緊密聚焦，射向待檢測物體。光束有三種使用方法（具體視接收器的光束檢測方式而定）（圖 1）。

圖 1：PE 接近檢測技術可使用三種物理排列的透射光束、相應的光敏接收器。（圖片來源：Proximity Switch）

• 在漫反射檢測技術中，發射器和接收器安裝在一起，當發射器發出的光束在相關物體上反射時，就會進行檢測。
• 在逆反射檢測技術中，發射器和接收器也在同一個外殼中，但反射器位于目標物體的遠側。
• 在穿透光束檢測技術中，光電傳感器位于物體的另一側，物體通過阻擋從發射器到接收器的光線來顯示其存在。

PE 接近檢測還可用于安全方面的用途，如光柵或光幕，這些設備安裝在戰略位置，可用作安全門（圖 2）。當檢測到障礙物時，光柵會向控制器或硬接線安全電路發送信號，如果障礙物是意外物體或危險物體，則控制器或硬接線安全電路就會使機器停機。

圖 2：接近檢測可用于與安全相關的光柵或光幕。（圖片來源：SICK Inc.）

PE 檢測技術具有吸引力，是因為其采用了直觀的工作原理和物理排列方式。反射式方法也很不錯，因為這種技術只需要在一側安裝有線設備，從而簡化安裝物流。

全新的設計和用戶界面解決了許多難題

盡管概念簡單，但 PE 接近檢測技術需要進行仔細的現場安裝、調試和校準。視覺嘈雜的環境會給技術人員帶來挑戰，使其產生挫敗感，距離和目標方面的考慮因素也會影響性能和一致性。

PE 檢測技術通常與可編程邏輯控制器 (PLC) 配合使用。通常情況下，安裝人員必須在 PLC 上進行設置、測試、調整和重新測試，而 PLC 離 PE 設備可能有一段距離。此外，光照變化、無關的和不斷變化的反射以及實際環境中的其他失真都可能影響性能和準確性。

在生產運行過程中出現的問題尤其令人頭疼，而且往往由于急于快速解決問題而變得更加嚴重。

為了克服這些問題，SICK 開發出 [W10](系列接近傳感器（圖 3）。

圖 3：W10 系列采用緊湊、堅固的外殼，是一種全面、精密的 PE 接近傳感器。（圖片來源：SICK Inc.）

尤其值得一提的是，該系列傳感器在同類設備中率先采用了觸摸屏（圖 4）。

這種顯示界面不僅易用，而且支持快速安裝，并能加快對各種應用的適應速度。其簡便的導航功能縮短了設備啟動和運行所需的時間， 并便于在使用過程中針對不同的目標、速度或突發問題進行調整。此外，消除了對設備上的物理開關、旋鈕以及調節方面的需求，從而提高了可靠性、外殼完整性和安全性。

W10 系列的 1 類激光光源可提供重復精度高的精確檢測結果。經過聚焦的紅色激光束在物體上產生一個小光斑，并與快速精確的接收器激光三角測量系統和評估線掃描相結合。

這為實現高重復精度和快速決策的檢測結果提供了堅實的基礎。在高速模式下，響應時間僅為 1.8 毫秒 (ms)，因此即使在機器高速運轉時也能保證可靠的開關性能。雙色 LED 指示燈可即時反饋檢測狀態。此外，這些設備還能對具有如光澤、顏色或結構等不同表面特性的物體進行穩健可靠的檢測。

PE 接近傳感器提供了個性化“Teach-in（學習）”選項，以適應特定的應用。除了通常的單點示教外（檢測規定距離處的物體），雙點示教模式還能檢測不同高度的物體。手動模式增加了示教選擇，帶來了更大的靈活性。根據需要，可通過顯示屏激活三種應用優化型運行模式，以實現前景或背景抑制。

通過內置的觸摸屏，操作員可以直觀地選擇、調整和保存以下各參數的設置：速度、標準或精密操作模式、環境抑制、個人示教設置、預配置參數和極限值。W10 獨特的屏幕安全鎖功能可防止第三方訪問具體設置。

用戶界面的靈活性并不局限于觸摸屏：同樣的功能也可通過 W10 IO-Link 功能實現。這樣就可以進行遠程配置，并將記錄的傳感器數據有效地集成到現有自動化網絡中。

W10 的電氣選項和封裝

W10 傳感器設備的數字輸出是一個重要的設計考慮因素。這些設備提供可調節推挽式 PNP/NPN 輸出結構。如果將輸出設置為 PNP，則輸出信號為正，傳感器的輸出可為灌電流輸入卡提供拉電流；如果將傳感器設置為 NPN，則輸出信號為負，輸出可提供灌電流，用于連接拉電流輸入卡（圖 5）。有了這兩個選項，就能確保件容 PLC 或其他系統控制器的基本信號級。

圖 5：W10 設備的輸出級可提供灌電流（上）或拉電流（下）兩種模式，以確保兼容相關的 PLC。（圖片來源：www.topdiode.com）

輸出可配置為亮或暗輸出模式（“亮-導通”或“暗-導通”）。在光照模式下，當光線可以照射到接收器時，傳感器的輸出將導通；當光線被遮擋時，傳感器的輸出將關斷。相反，在黑暗模式下，當光線被遮擋時，傳感器的輸出將導通，而當光線到達接收器時，傳感器的輸出將關斷。

由于這些設備通常用于工業環境，因此其物理封裝非常重要。W10 設備設計堅固，采用 316L 不銹鋼外殼，防護等級為 IP67 和 IP69k。該設備采用 18 × 57 × 42.2 毫米 (mm) 封裝，工作環境溫度范圍為 -10°C 至 +55°C。

能夠支持現場或工廠中的各種設備，是工業傳感器面臨的挑戰之一。這種現實情況使內部庫存和支持變得更加復雜。不過，由于 W10 系列的靈活性，該系列只需要兩種本體樣式（圖 6）。每個型號都有兩個檢測范圍，且總共只有四個不同的型號，從而簡化了選擇。

圖 6：W10 系列中功能相似的裝置有兩種外殼樣式，且各有兩種檢測范圍。（圖片來源：SICK Inc.）

W10 系列 [1133545] 型采用矩形外殼，標準安裝孔為 1 英寸 (in.)，目標檢測距離為 25 mm 至 400 mm，而類似的 [1133547] 型設備的目標距離為 25 mm 至 700 mm。對于混合裝置，[1133544] 型具有一個 1 in. 螺紋式正面或側面 M18 安裝孔，目標距離為 25 mm 至 400 mm，相應的 W10 [1133546] 型采用相同的外殼，但目標距離為 25 mm 至 700 mm。

結束語

W10 PE 傳感器單元為工業應用提供了堅固耐用的多功能漫反射解決方案。其先進的功能包括，業內首款集成觸摸屏用戶界面簡化了安裝、設置和調整，而其復雜的算法則增強了功能和準確性。

審核編輯 黃宇