Vantaggi delle ottiche coassiali polarizzate nel rilevamento di oggetti trasparenti

Sensore a riflessione con ottica coassiale

Immagine: modello con ottica coassiale

Riepilogo: I sensori fotoelettrici utilizzati per rilevare oggetti chiari, traslucidi e trasparenti devono essere sensibili a leggere variazioni di luce, che possono però renderli suscettibili a falsi rilevamenti dovuti a raggi luminosi riflessi o casuali. I sensori che utilizzano un filtro polarizzatore o configurazioni con ottica coassiale limitano la quantità di luce che raggiunge l'elemento ricevitore. Continua a leggere per comprendere perché ciò è importante e scopri tutti i vantaggi offerti da un'ottica coassiale polarizzata.

Sensori a riflessione per il rilevamento di oggetti trasparenti

I sensori fotoelettrici a riflessione trovano impiego in numerose applicazioni. In questa modalità di rilevamento molto diffusa, sia l'emettitore che il ricevitore sono contenuti nella stessa custodia. L'emettitore dirige il raggio di rilevamento prodotto da una sorgente LED verso un catarifrangente, che riflette il raggi di nuovo verso il ricevitore. Un oggetto che attraversa l'area compresa tra il sensore e il catarifrangente interrompe il raggio e viene così rilevato.

Poiché sia l'emettitore che il ricevitore sono contenuti nella stessa custodia, è necessario portare l'alimentazione solo a un lato dell'installazione, semplificando il cablaggio e l'installazione e riducendo i costi complessivi. Inoltre, la modalità di rilevamento offre un eccesso di guadagno relativamente elevato, aumentando la portata di rilevamento e la capacità del sensore di superare le interferenze prodotte da contaminanti quali polvere o accumuli di residui sul sensore o sul catarifrangente. 

Sensibilità a leggere variazioni di luce

I sensori fotoelettrici a riflessione utilizzati in applicazioni di rilevamento di oggetti trasparenti offrono gli stessi vantaggi in termini di alimentazione, installazione e spazio descritti al paragrafo precedente. Oltre a ciò, questi sensori assicurano prestazioni affidabili su lunghe distanze, offrono elevati livelli di precisione e tempi di risposta rapidi rispetto a molte delle normali tecnologie di rilevamento impiegate in queste applicazioni. Tuttavia, gli alti livelli di eccesso di guadagno, che generalmente caratterizzano questa modalità di rilevamento, permettono al raggio di attraversare molti oggetti trasparenti, con conseguente mancato rilevamento.

I sensori fotoelettrici a riflessione impiegati in queste applicazioni utilizzano algoritmi interni che li rendono sensibili a bassi livelli di contrasto. Un oggetto trasparente colpito dal raggio del sensore attenua una piccola ma significativa parte di luce emessa, venendo così rilevato. Questi sensori presentano un eccesso di guadagno molto inferiore, che impedirà ai raggi di attraversare gli oggetti trasparenti. In questo modo però saranno più sensibili ai contaminanti ambientali, con conseguenze negative sulle prestazioni e sulla durata. Per mitigare questi effetti viene spesso utilizzato un algoritmo di compensazione interno, che si adatta automaticamente ai livelli di contaminazione sul sensore o sul catarifrangente, oltre che alle variazioni nella temperatura ambiente. 

Come superare le sfide poste dai riflessi di luce indesiderati

Molti oggetti trasparenti (vetro o plastica lucenti, contenitori con molte sfaccettature, pellicole lucide ecc.) possono presentare caratteristiche riflettenti. Anche i macchinari e oggetti sullo sfondo possono riflettere la luce. I riflessi di luce provenienti da questi oggetti possono colpire il ricevitore e generare falsi rilevamenti.

Filtri polarizzatori

Come gli occhiali da sole polarizzati, anche i filtri polarizzatori utilizzati in un sensore fotoelettrico permettono solo ai raggi di luce con un'inclinazione specifica di raggiungere il ricevitore. Ciò consente al sensore di distinguere tra un oggetto brillante o trasparente e il catarifrangente. L'emettitore dirige un fascio di luce linearmente polarizzata verso il catarifrangente che ruota il piano di polarizzazione della luce di 90 gradi. Questo cambiamento della polarizzazione consente alla luce riflessa dal catarifrangente di raggiungere il ricevitore.  Quando il raggio di un sensore colpisce un oggetto brillante, tale oggetto rifletterà la luce con la stessa inclinazione con cui è stata emessa, con il risultato di impedire a questa di raggiungere il ricevitore, interrompendo il raggio. 

L'illustrazione mostra la luce polarizzata riflessa di 90 gradi dai prismi del catarifrangente e da un oggetto brillante.

Ottica coassiale

I sensori a riflessioni che non dispongono di ottica coassiale effettuano una triangolazione della luce dall'emettitore al catarifrangente e di nuovo al ricevitore, ubicato in prossimità dell'emettitore. Questa triangolazione crea una "zona morta", in cui non può avvenire alcun rilevamento, posta di fronte al sensore, nel punto in cui la luce emessa e riflessa sono maggiormente separate.

I sensori che utilizzano una configurazione coassiale dell'ottica emettono e ricevono il raggio ottico lungo un singolo asse sottile. La luce viene emessa e ricevuta da una singola ottica con uno stretto diaframma e il sensore misura la piccola deviazione angolare della luce tra il raggio emesso e quello riflesso. Il sensore rileva gli oggetti a qualsiasi distanza tra la sua superficie anteriore e la posizione del catarifrangente, senza zona morta. La distanza dal sensore al catarifrangente può essere piuttosto breve, ideale in applicazioni con limitazioni di spazio. Questa struttura limita drasticamente le possibilità che raggi casuali raggiungano il sensore del ricevitore. Utilizzati in combinazione con un filtro polarizzatore, questi sensori presentano un'elevata immunità ai falsi rilevamenti causati da luce riflessa.

La configurazione con ottica coassiale presenta inoltre altri vantaggi. Il raggio particolarmente sottile, la piccola dimensione dello spot e la mancanza di sensibilità alla rotazione del sensore, caratteristici di questa configurazione, rendono il sensore ideale per il rilevamento di precisione del bordo iniziale e di spazi ridotti tra gli oggetti, caratteristiche apprezzate in molte applicazioni di conteggio ad alta velocità. Inoltre, il raggio del sensore attraversa senza variazioni un piccolo foro, permettendo l'uso di schermi o guaine per proteggere il sensore da condizioni ambientali estreme, quali ad esempio quelle tipiche di lavaggi a pressione. 

Illustrazione che mostra il rilevamento coassiale attraverso un piccolo diaframma

Illustrazione che mostra il rilevamento coassiale attraverso un piccolo diaframma
Illustrazione che mostra una configurazione con ottica coassiale nel rilevamento del bordo iniziale
L'ottica coassiale permette l'installazione del sensore e del catarifrangente a brevi distanze

Conclusione

I sensori fotoelettrici a riflessione rappresentano una soluzione molto apprezzata per applicazioni di rilevamento di oggetti trasparenti. Sono convenienti, facili da installare e da collegare e assicurano tempi di riposta rapidi e alti livelli di precisione. La sensibilità alla luce richiesta per il rilevamento affidabile di oggetti trasparenti rende questi sensori suscettibili ai falsi rilevamenti causati da riflessi di luce. I sensori che utilizzano una configurazione con ottica polarizzata presentano una maggiore immunità a raggi di luce casuali e riflessi indesiderati. Inoltre, questa configurazione elimina la presenza di zone morte nel campo di rilevamento tra il sensore e il catarifrangente, assicura un'elevata accuratezza nel posizionamento e permette di proteggere i sensori in applicazioni con condizioni ambientali estreme.  


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