Benefícios da Óptica Coaxial Polarizada para Detectar Objetos Transparentes

Sensor retrorreflexivo com óptica coaxial

Imagem: Design Óptico Coaxial

Resumo: Os sensores fotoelétricos utilizados para detectar objetos transparentes, translúcidos e cristalinos devem ser sensíveis a pequenas variações na luz, o que pode torná-los suscetíveis à detecção falsa de luz errante e refletida. Os sensores que utilizam um filtro de polarização e um design óptico coaxial restringem a quantidade de luz que entra no receptor de um sensor. Continue lendo para saber por que isso é importante e para aprender sobre os benefícios adicionais oferecidos pela óptica coaxial polarizada.

Sensores Retrorreflexivos para Detecção de Objetos Transparentes

Os sensores fotoelétricos retrorreflexivos são usados ​​para resolver um grande número de aplicações. Neste modo de detecção popular, tanto o emissor como o receptor estão na mesma carcaça. O emissor direcionará um feixe de detecção gerado por LED para um refletor, que redirecionará o feixe de volta para o receptor. Um objeto que passar entre o sensor e o refletor irá interromper o feixe de detecção e será detectado.

Como o emissor e o receptor estão encapsulados juntos, apenas um lado de uma instalação precisa ter alimentação elétrica, simplificando a fiação e a instalação e reduzindo o custo total. Além disso, esse modo de detecção oferece uma quantidade relativamente alta de excesso de ganho que aumenta a faixa de detecção, bem como a capacidade do sensor de superar contaminantes do ambiente, como o acúmulo de poeira ou resíduos no sensor ou refletor. 

Sensível a Pequenas Variações na Luz

Os sensores fotoelétricos retrorreflexivos usados ​​em aplicações de detecção de objetos transparentes oferecem as mesmas vantagens de alimentação, instalação e espaço identificadas no parágrafo anterior. Além disso, esses sensores funcionam de forma confiável em longas distâncias, oferecem maiores níveis de precisão e têm tempos de resposta mais rápidos em comparação com muitas outras tecnologias de detecção usadas nessas aplicações. No entanto, os altos níveis de excesso de ganho normalmente associados a este modo de detecção farão com que o feixe de detecção enxergue através de muitos objetos transparentes e perca a detecção.

Os sensores fotoelétricos retrorreflexivos usados ​​nessas aplicações utilizam um algoritmo interno que os torna mais sensíveis a baixos níveis de contraste. Um objeto transparente que entrar no feixe de detecção atenuará uma porcentagem pequena, mas perceptível, da luz emitida e será detectada. Esses sensores também têm níveis muito menores de excesso de ganho, o que os impede de enxergar através de objetos transparentes. No entanto, isso os torna mais sensíveis aos contaminantes ambientais, o que pode afetar negativamente o desempenho e a durabilidade. Um algoritmo de compensação interna que se ajusta automaticamente à contaminação no sensor ou refletor, bem como o ajuste a mudanças na temperatura ambiente são frequentemente usados para mitigar esses efeitos. 

Superar os Desafios da Luz Refletida

Muitos alvos transparentes (vidro ou plástico brilhante, recipientes facetados, filmes brilhantes etc.) podem ter propriedades refletivas. Da mesma forma, equipamentos e objetos com fundo também podem refletir a luz. A luz refletida desses objetos de volta ao receptor de um sensor pode desencadear detecções falsas.

Filtros de Polarização

Assim como óculos de sol polarizados, um filtro de polarização usado com um sensor fotoelétrico só permitirá que a luz em um determinado plano entre no receptor. Isso ajuda o sensor a diferenciar entre um objeto brilhante ou transparente e um refletor. O emissor dirige um feixe de luz polarizada linearmente para o refletor que gira o plano de polarização da luz em 90 graus. Essa alteração na polarização permite que a luz do refletor atinja o receptor.  Quando o feixe de detecção atingir um objeto brilhante, o objeto retornará a luz no mesmo plano que foi emitido, bloqueando efetivamente a luz do receptor e sinalizando um feixe interrompido. 

Ilustração de luz polarizada mostrando a luz refletida em 90 graus por um refletor prismático e por objeto brilhante

Sistema Óptico Coaxial

Os sensores retrorreflexivos que não possuem um design óptico coaxial triangulam a luz do emissor para o refletor e de volta para o receptor, que está localizado ao lado do emissor. Essa triangulação cria uma "zona morta" de detecção na face do sensor onde a luz emitida e refletida está mais distante.

Os sensores que utilizam um design óptico coaxial emitem e recebem o feixe de luz de detecção ao longo de um único eixo estreito. A luz é emitida e recebida através de uma única lente com uma abertura estreita e o sensor mede o pequeno desvio de ângulo na luz entre o feixe emitido e o feixe refletido. O sensor detectará objetos a qualquer distância desde sua face até o refletor, sem zona morta. A distância do sensor ao refletor pode ser bem curta, ideal para instalações com espaço limitado. Este design também limita severamente a possibilidade de luz errante entrar no receptor do sensor. Usados ​​em combinação com um filtro de polarização, esses sensores são altamente resistentes à detecção falsa causada pela luz refletida.

O design óptico coaxial também possui outras vantagens. O feixe particularmente estreito, o ponto de tamanho pequeno e a insensibilidade à rotação do sensor associada a este design são ideais para uma detecção precisa da primeira borda e para detectar as lacunas estreitas entre objetos que são comuns a muitas aplicações de contagem em alta velocidade. Além disso, o feixe de detecção atravessará um pequeno orifício não afetado, permitindo o uso de uma proteção ou carcaça para proteger o sensor contra desafios ambientais, como o lavagem de alta pressão. 

Ilustração de detecção coaxial através da pequena abertura
Ilustração de detecção coaxial através da pequena abertura
Ilustração de design óptico coaxial em detecção da primeira borda
A óptica coaxial permite distâncias de separação curtas

Conclusão

Os sensores fotoelétricos retrorreflexivos são uma escolha popular para solucionar aplicações de detecção de objetos transparentes. Eles são economicamente viáveis, fáceis de usar e instalar, oferecem tempos de resposta rápidos e altos níveis de precisão. A sensibilidade à luz necessária para detectar objetos transparentes de forma confiável faz com que esses sensores sejam suscetíveis à detecção falsa causada pela luz refletida. Os sensores que utilizam um design coaxial polarizado são altamente resistentes à luz errante e refletida. Além disso, este design elimina as zonas mortas de detecção entre o sensor e o refletor, oferece níveis muito altos de precisão de posição e facilita a proteção de um sensor contra riscos do ambiente.  

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