堡盟SmartReflect智能反射式光电传感器在包装机械中的应用
发布时间：2017-07-06 15:45:26
全新O300/O500-SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器不仅能够显著简化处理透明物体的灌装生产线和包装机械的研发设计，还能够降低其运行成本。特别是通过qTeach?自学习功能和I/O-Link接口，可以非常方便地对传感器进行配置，从而大大提高了操作灵活性。
堡盟电子（上海）有限公司
摘要：全新O300/O500-SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器不仅能够显著简化处理透明物体的灌装生产线和包装机械的研发设计，还能够降低其运行成本。特别是通过qTeach?自学习功能和I/O-Link接口，可以非常方便地对传感器进行配置，从而大大提高了操作灵活性。
关键词：中压变频器；变频调速；节能降耗
如何高效、可靠地检测灌装生产线和包装机械中的透明物体，对自动化工程师来说仍然充满挑战。现堡盟推出一款创新产品——带I/O-Link的全新O300/O500 SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器。它采用光学物体识别技术，能够轻松满足上述需求，可靠检测多种不同的透明物体，而且只需使用一个传感器，无需安装独立反光板，是首款测量范围达1m的透明物体检测智能反射传感器。这样，传感器在生产系统中的定位就变得更加灵活。此外，由于响应时间极短（不到0.25ms），传感器还适用于检测移动速度极快的物体。
图1 堡盟光电传感器
图2 SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器可检测各种类型的物体。
1 无需独立反光板，显著提高传感器性能
在需要快速、精确地识别高透明度物体的应用中，光电传感器堪称最理想的选择。然而，通常采用的镜反射式传感器都需要使用反光板，因此必须在系统设计时预留反光板位置，而这在空间有限的情况下往往并非易事。此外，反光板还必须定期清洗甚至更换，这会造成不必要的停机。为了解决上述难题，多年以前市场上就出现了无需反光板的光电传感器。然而，这些传感器的缺点在于测量范围过短，被测物体的最大距离不过50多厘米，而且感应距离也有限。此外，针对不同的材料和物体类型，需要选择不同型号的传感器才能确保高效的光学识别。这不仅限制了传感器的应用范围，还使系统设计和物料管理变得更加复杂。在包装生产线中，经常需要处理不同尺寸和类型的小批量产品，而且转换设置时间要尽可能短，这就对生产灵活性提出了越来越高的要求，而要克服这一挑战一直困难重重，而且成本高昂。
凭借全新的O300和O500-SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器，堡盟提供了一种满足上述所有要求的解决方案。该款传感器的测量范围长达1m，响应时间不到0.25ms，能够高效、可靠地识别透明物体，且无需独立反光板，省去了大量的维护工作量。得益于自动化智能配置功能，只需使用一款传感器就能够可靠检测不同类型的物体，例如瓶子、托盘和薄膜等。
图3 无需反光板的光电传感器，即使在苛刻环境下也能可靠地进行物体检测。
2 简单的解决方案，一流的性能和灵活性
测量范围长，盲区尽量小——这是自动化工程师在选择传感器时的重要参考标准。采用三角测量原理的光电传感器，其最大测量距离在很大程度上决定于传感器尺寸——这主要取决于集成在同一个外壳内的发射器和接收器之间的距离。利用堡盟最新研发的算法，O300和O500 SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器能够智能分析接收光的反射角度和强度。这样，尽管传感器的外壳设计紧凑，高度仅为45mm，也依旧能够实现长达1m的测量范围。
图4 无需反光板亦可轻松检测透明物体，测量距离达1m
通常而言，将透明物体与背景区分开来实非易事。物体的透光率越高（例如超薄薄膜）或者被测物体靠背景越近，对传感器的挑战就越大，尤其在因磨损或污垢积聚而使背景发生改变的情况下更是如此。为了确保检测结果更加稳定，办法之一就是将背景位置和感应距离显著区分开来，即缩短感应距离，但这同时也扩大了传感器无法检测的区域。凭借创新的评估算法，堡盟SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器无需缩短感应距离，就能够实现与上述方法相同的抗污垢干扰能力。这让市场上的同类产品望洋兴叹，它们通常只能采用限制感应距离的方法。即使测量范围长达1m，SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器也不过只有15%的盲区，即感应距离为850mm，这一数值是之前解决方案的两倍多。
从传感器的定位方面来看，上述特点不仅提高了设计灵活性，而且传感器还能够安装在受保护的位置。使用SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器，还可以减少零部件的种类，因为同一款传感器适用于各种包装机械中的不同应用。此外，由于传感器对物体位置没有限制，因此尺寸更改变得更为简单。
3 速度越快，产量越高
高效、可靠的传感器解决方案是确保包装机械高速运行的先决条件。SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器采用最优化的智能检测算法，大大提升了光接收器的信号读取速度，因此响应时间不到0.25ms。目前，高速薄膜生产设备的运行速度约为500m/min，这意味传送带上薄膜的移动距离在2mm以内，传感器就会做出响应。在灌装生产线上，每分钟大约输送70,000个瓶子（速度为2m/s），相应的传感器响应距离为0.5mm。
在高速移动和距离极短的情况下，不仅要考虑响应时间，还要考虑光源形成的光束路径。堡盟PinPoint LED光源可形成高度聚焦的光束路径，当传感器垂直对齐时，该光束路径能够可靠检测间距极小的物体。凭借其智能评估算法，即使在像大型系统中司空见惯的强振环境下，SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器仍然能够确保最高的检测可靠性。
4 检测多种物体，只需一款传感器
在实际应用中，有大量的透明物体需要检测。不同结构的塑料制品及其生产过程都具有各种不同的特点，从光学识别角度看，这主要反映在去极化效应或透光率差异。为了满足上述要求，堡盟O300/O500-SmartReflect智能反射式透明物体检测型光电传感器提供了三种标准灵敏度，这样就能够可靠检测不同种类的透明物体。传感器配备了堡盟qTeach?自学习功能，操作简单、安全且无磨损，可轻松完成传感器的人工配置。自学习程序结束后，传感器自动锁定，从而确保最高过程安全性。
图5 I/O-Link接口大大缩短了尺寸更改和转换设置时间。
传感器可通过集成的I/O-Link接口进行配置，进一步提高了操作灵活性。通过I/O-Link接口，还可以轻松实现自动化参数设置，例如针对不同物体的响应和释放延迟时间、最小化脉冲宽度以及准确的开关点；此外，还可以单独配置qTeach?自学习程序和锁定时间。传感器的信号质量也通过I/O-Link接口进行监控，从而优化维护周期。凭借这些灵活的参数设置功能，只需同一款传感器就能够满足透明材料检测以及不同应用的要求，而且配置方便、快速。
精彩问答
A：自动化博览 ：2016年堡盟传感器业务的发展情况如何？
堡盟电子市场销售经理宋小刚：2016年，堡盟在产品推广方面取得了显著成果，继续实现了两位数的增长，在装备零部件以及电子行业进一步实现了业绩翻番，同时在新能源太阳能和锂电池行业也有突破性地业务拓展。堡盟基于优化客户现场设置以及节省安装成本方面的新一代传感器系列应用日趋广泛，得到了诸多客户认可。
A：自动化博览：您如何看待传感器市场未来的发展前景？
宋小刚：随着自动化水平的不断发展，未来传感器产品将具有更广阔的应用空间，而功能性更强、具备一些基本特征检测的高端传感器将更有发展前景。堡盟公司早在四年前就开始陆续研发新的特征测量传感器，这一系列新产品的陆续推出将为助力用户实现更简洁的特征测量。
A：自动化博览：未来堡盟的传感器产品将在哪些方面有所创新？
宋小刚：我们认为，未来传感器将进一步提高通讯能力，作为自动控制前端最重要的节点，其本身会具有更多的功能，并通过各种现场总线甚至以太网可直接被上位机访问并调试修改其参数状态等信息。由于参数、设置的可调，传感器的型号也可相应减少，但通过设置的不同组合，将会出现更多不同的“定制”产品，从而更加贴合客户需求。
常规类传感器的一体化、相对复杂的视觉检测方案，以及使用更为方便的特征检测类传感器将是堡盟公司下一阶段重点关注和进行产品创新的方向。
摘自《自动化博览》2017年5月刊
