투명한 물체 감지에 편광식 동축 광학 기술 사용 시의 이점

Retroreflective sensor with coaxial optics

이미지: 동축 광학 설계

요약: 투명 및 반투명 물체를 감지하는 데 사용되는 광전 센서는 빛의 미세한 진동에 민감해야 합니다. 빛의 진동으로 인해 잘못된 방향의 반사된 빛으로부터 잘못 인식하기 쉽습니다. 편광 필터와 동축 광학 설계를 사용하는 센서는 센서의 수신기로 들어오는 빛의 양을 제한합니다. 편광식 동축 광학 기술이 중요한 이유와 이 기술이 제공하는 추가 이점에 대해 알아보려면 계속 읽으십시오.

투명 물체 감지를 위한 재귀반사 센서

재귀반사 광전 센서는 매우 다양한 응용 분야의 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 이 널리 알려진 감지 모드에서는 송신기와 수신기가 둘 다 동일한 하우징 내에 있습니다. 송신기는 LED에서 발산하는 감지 광선을 반사 장치로 보내고 반사 장치는 이 광선을 다시 수신기로 보냅니다. 센서와 반사 장치 사이를 통과하는 물체는 감지 광선을 차단하는 동시에 감지됩니다.

송신기와 수신기가 같은 하우징 내에 있기 때문에 설치물의 한쪽에만 전원을 공급하면 됩니다. 따라서 배선 및 설치가 간단하고 전체적으로 비용이 줄어듭니다. 또한 이 감지 모드는 상대적으로 높은 과잉 이득을 제공해 감지 범위가 커지고 센서 또는 반사 장치에 쌓이는 먼지 또는 잔여물과 같은 환경적 오염물질의 영향을 덜 받게 됩니다.

빛의 미세한 진동에 민감함

투명 물체 감지 응용 분야에서 사용되는 재귀반사 광전 센서는 앞서 설명한 것과 동일한 전력, 설치 및 공간 이점을 제공합니다. 또한 이러한 센서는 동일한 응용 분야에서 사용되는 여러 가지 다른 감지 기술과 비교했을 때 장거리를 확실하게 감지할 수 있고, 매우 높은 정밀도를 제공하며 더욱 빨리 응답합니다. 그러나 이 감지 모드와 관련해서 일반적으로 과잉 이득 수준이 높아 감지 광선이 다수의 투명 물체를 투과해 잘못 감지할 수 있습니다.

이러한 응용 분야에 사용되는 재귀반사 광전 센서는 낮은 대비 수준에 더욱 민감하게 반응하도록 하는 내부 알고리즘을 사용합니다. 투명한 물체가 감지 광선 안으로 들어오면 송신된 빛의 작지만 인식 가능한 비율이 줄어 감지됩니다. 또한 이러한 센서는 과잉 이득 수준이 크게 낮아 투명한 물체를 투과하지 않도록 방지합니다. 그러나 이로 인해 환경적 오염물질에 더욱 민감하게 반응하게 되어 성능과 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 센서 또는 반사 장치의 오염물질을 자동으로 조정하는 내부 보정 알고리즘과 주위 온도 변화에 따라 조정하는 기능을 사용해 이러한 위험을 줄입니다.

반사되는 빛으로 인한 문제 해결

다수의 투명 물체(예: 반짝이는 유리 또는 플라스틱, 면을 깍은 용기, 광택 필름 등)에는 반사 속성이 있을 수 있습니다. 마찬가지로 장비와 배경 물체 역시 빛을 반사할 수 있습니다. 이러한 물체로부터 센서의 수신기로 반사되는 빛으로 인해 잘못 감지할 수 있습니다.

편광 필터

편광 선글라스와 마찬가지로 광전 센서에 사용되는 편광 필터는 특정 평면의 빛만 수신기에 유입되도록 허용합니다. 따라서 반짝이거나 투명한 물체와 반사 장치를 센서가 구분할 수 있습니다. 송신기는 직선 편광을 반사 장치로 보내고, 반사 장치는 빛의 편광면을 90도 회전합니다. 이러한 편광의 변화 덕분에 반사 장치에서 내보내는 빛이 수신기에 도달합니다. 감지 광선이 빛나는 물체에 부딪히면 해당 물체는 빛이 송신될 때와 동일한 평면에서 빛을 되돌려 보내 수신기에서 보낸 빛을 효율적으로 차단하고 차단된 광선에 대해 신호를 보냅니다.

Polarized light illustration showing light reflected 90 degrees by corner-cube reflector and by shiny object

동축 광학 기술

동축 광학 설계를 적용하지 않은 재귀반사 센서는 송신기에서 보낸 빛을 반사 장치로, 다시 송신기 옆에 있는 수신기로 삼각형을 이루며 보냅니다. 이러한 삼각 기법은 송신된 빛과 반사된 빛이 가장 멀리 떨어져 있는 센서의 면에서 감지 "사각 구역"을 만듭니다.

동축 광학 설계를 활용하는 센서는 좁은 단일 축을 따라 감지 광선을 보내고 받습니다. 빛은 좁은 조리개가 달려 있는 단일 렌즈를 통해 전송 및 수신되고 센서는 송신된 광선과 반사된 광선 사이에서 빛의 작은 각도 편차를 측정합니다. 이 센서는 센서의 면에서 반사 장치까지 어떤 거리에서든 사각 구역 없이 물체를 감지합니다. 센서에서 반사 장치까지의 거리는 꽤 짧을 수 있는데 제한된 공간 내 설치에는 이상적입니다. 이러한 설계는 또한 방향이 잘못된 빛이 센서의 수신기로 유입될 기회를 철저하게 차단합니다. 편광 필터와 함께 사용하면 반사된 빛으로 인해 잘못 감지할 위험이 크게 줄어듭니다.

동축 광학 설계에는 다른 이점도 있습니다. 매우 좁은 광선, 작은 스팟 크기 및 이러한 설계와 관련된 센서 회전에 대한 무감각은 정밀한 앞쪽 가장자리 감지와 다양한 고속 계산 응용 분야에 일반적인 물체 사이의 좁은 간격을 감지하는 데 이상적입니다. 또한 감지 광선이 아무런 영향을 받지 않고 작은 구멍을 통과하므로 쉴드 또는 인클로저를 사용해 고압 세척 등과 같은 환경적 문제로부터 센서를 보호할 수 있습니다.

Coaxial sensing illustration through small aperture

Coaxial optic design illustration leading edge detection

Coaxial optics allow for short separation distances

결론

재귀반사 광전 센서는 투명한 물체 감지 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 센서는 비용 효율적이고, 전력 공급 및 설치가 용이하고, 빠르게 반응하고, 정밀도가 매우 높습니다. 투명한 물체를 확실하게 감지하는 데 필요한 빛에 대한 민감도 덕분에 반사된 빛으로 인해 잘못 감지할 수 있습니다. 편광식 동축 설계를 이용하는 센서는 잘못된 방향의 반사된 빛의 영향을 크게 받지 않습니다. 또한 이 설계는 센서와 반사 장치 사이의 감지 사각 구역을 없애고, 매우 높은 수준의 위치 정확도를 제공하고, 환경적 위험으로부터 센서를 쉽게 보호할 수 있도록 합니다.

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