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  • Avantages de l'optique coaxiale polarisée pour la détection des objets transparents

    Capteur rétro-réflectif avec optique coaxiale

    Image : Conception optique coaxiale

    Résumé : Les  capteurs photoélectriques utilisés pour détecter les objets translucides et transparents doivent être sensibles aux très faibles variations de lumière. Dès lors, la lumière ambiante et réfléchie peut fausser la détection. Les capteurs conçus avec une optique coaxiale et un filtre polarisant limitent la quantité de lumière accédant au récepteur d'un capteur. Poursuivez la lecture de l'article pour découvrir pourquoi c'est important et en savoir plus sur les autres avantages offerts par un système optique coaxial polarisé.

    Capteurs rétro-réflectifs polarisés pour la détection d’objets transparents

    Les capteurs photoélectriques rétro-réflectifs sont utilisés dans de nombreuses applications. Dans ce mode de détection très répandu, l'émetteur et le récepteur sont logés dans le même boîtier. L'émetteur dirige un faisceau de détection généré par une LED vers un réflecteur qui renvoie le faisceau au récepteur. Tout objet passant entre le capteur et le réflecteur perturbe le faisceau de détection et est détecté.

    Comme l'émetteur et le récepteur sont logés dans le même boîtier, seul un côté de l'installation doit être raccordé à l'alimentation, ce qui simplifie le câblage et réduit le coût global. En outre, ce mode de détection offre un gain de détection relativement élevé, ce qui augmente la portée de détection et évite au capteur d'être affecté par les agents contaminants présents dans l'environnement, par exemple la poussière ou une accumulation de résidus sur le capteur ou le réflecteur. 

    Sensibilité aux faibles variations de la lumière

    Les capteurs photoélectriques rétro-réflectifs utilisés dans les applications de détection d'objets transparents offrent les mêmes avantages en termes d'alimentation, d'installation et d'espace que ceux mentionnés dans le paragraphe précédent. En outre, ces capteurs fonctionnent bien sur des distances plus longues, ont un niveau de précision plus élevé et des temps de réponse plus rapides que de nombreuses autres technologies de détection utilisées dans ces applications. Toutefois, en raison du gain de détection élevé généralement associé à ce mode de détection, le faisceau de détection traverse de nombreux objets transparents et ne les détecte pas.

    Les capteurs photoélectriques rétro-réflectifs utilisés dans ces applications emploient un algorithme interne qui améliore leur sensibilité aux faibles contrastes. Un objet transparent entrant dans le champ du faisceau de détection atténue légèrement mais de façon perceptible la lumière émise et est détecté. Ces capteurs ont aussi un gain de détection beaucoup plus faible qui les empêche de traverser les objets transparents. Toutefois, cela les rend plus sensibles aux contaminants présents dans l'environnement, ce qui peut affecter leurs performances et leur longévité. Un algorithme de compensation interne permettant au capteur de s'adapter automatiquement aux contaminants présents sur le capteur ou le réflecteur ainsi qu'aux variations de la température ambiante est souvent utilisé pour atténuer ces effets. 

    La solution aux problèmes liés à la lumière réfléchie

    De nombreuses cibles transparentes (contenants à facettes, en verre ou en plastique brillant, films brillants, etc.) peuvent avoir des propriétés réfléchissantes. De même, les équipements et les objets en arrière-plan peuvent également réfléchir la lumière. La lumière réfléchie par ces objets vers le récepteur d'un capteur peut fausser les détections.

    Filtres polarisants

    À l'instar des lunettes de soleil polarisées, un filtre polarisant utilisé avec un capteur photoélectrique fait en sorte que seule la lumière transmise selon un certain plan puisse accéder au récepteur. Cela permet au capteur de faire la différence entre un objet brillant ou transparent et un réflecteur. L'émetteur dirige un faisceau de lumière à polarisation linéaire vers le réflecteur qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière de 90 degrés. Ce changement de polarisation permet à la lumière du réflecteur d'atteindre le récepteur.  Quand le faisceau de détection atteint un objet brillant, l'objet renverra la lumière comme il l'a reçue, à savoir dans le même plan, ce qui empêche la lumière d'atteindre le récepteur et coupe le faisceau. 

    Illustration d'une lumière polarisée réfléchie à 90 degrés par un réflecteur prismatique et un objet brillant

    Optique coaxiale

    Les capteurs rétro-réflectifs sans optique coaxiale triangulent la lumière envoyée par l'émetteur au réflecteur puis retransmise au récepteur situé à côté de l'émetteur. Cette triangulation crée une « zone morte » de détection devant la face du capteur puisque c'est l'endroit où la lumière émise et la lumière réfléchie sont les plus éloignées l'une de l'autre.

    Les capteurs à optique coaxiale émettent et reçoivent le faisceau lumineux de détection le long d'un seul axe étroit. La lumière est émise et reçue via une même lentille à très petite ouverture et le capteur mesure l'angle de déviation très faible de la lumière entre le faisceau émis et le faisceau réfléchi. Le capteur détecte les objets à n'importe quelle distance de sa face avant jusqu'au réflecteur, sans zone morte. La distance du capteur au réflecteur peut être très courte, ce qui convient parfaitement aux installations où l'espace est restreint. Cette conception limite aussi considérablement l'accès de la lumière ambiante au récepteur du capteur. Utilisés avec un filtre polarisant, ces capteurs réduisent fortement les risques de détection erronée causée par la lumière réfléchie.

    Une conception optique coaxiale a aussi d'autres avantages. L'étroitesse du faisceau, le petit diamètre du point lumineux ainsi que l'insensibilité à la rotation du capteur associés à cette conception en fait la solution idéale pour la détection précise des bords avants et des petits espaces entre les objets, caractéristique des applications de comptage à haute vitesse. En outre, le faisceau de détection peut passer par un petit trou sans aucun problème, ce qui permet d'utiliser une protection pour le capteur dans les environnements difficiles, par exemple le washdown haute pression. 

    Illustration de la détection coaxiale via une opercule
    Illustration de la détection coaxiale via une opercule
    Illustration d'un système optique coaxial pour la détection des bords avants
    Un système optique coaxial permet de détecter des distances de séparation très courtes

    Conclusion

    Les capteurs photoélectriques rétro-réflectifs restent la solution de prédilection pour les applications de détection des objets transparents. Économiques, faciles à raccorder et à installer, ils offrent des temps de réponse rapides et un niveau de précision élevé. Compte tenu de la sensibilité à la lumière requise pour détecter les objets transparents de façon fiable, leur détection est parfois faussée par la lumière réfléchie. Les capteurs conçus avec une optique coaxiale polarisée sont beaucoup moins sensibles à la lumière réfléchie et ambiante. En outre, une telle conception élimine les zones mortes entre le capteur et le réflecteur, offre un niveau élevé de précision positionnelle et permet de protéger plus facilement le capteur contre les risques posés par l'environnement.  

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