使用偏光同軸光學元件偵測透明物體的優點

具有同軸光學元件的反射板式感測器

圖片:同軸光學設計

總結: 用於檢測透明、半透明物件的光電感測器必須對輕微的光線變化敏感,這同時也會對不確定的光線或反射光線影響而發生誤動作。使用偏光濾鏡和同軸光學設計的感測器限制了進入感測器接收端的光線方向及光量。繼續閱讀,了解為什麼這一點很重要,並了解偏光同軸光學元件提供的其他優點。

針對透明物件偵測的反射板式感測器

反射板式光電感測器可用來解決大量的應用。在這種受歡迎的感測模式中,發射端和接收端都在同一個外殼中。發射端將LED產生的感測光束引導到反射板,反射板將光束反射回接收端。在感測器和反射板之間通過的物件將遮斷感測光束並被偵測到。

因為發射端和接收端整合在一起,所以僅需要在設備的一側安裝電源,這簡化了接線和安裝並降低了整體成本。此外,此感測模式提供了相當高的過量增益,這增加了感測範圍以及感測器克服環境髒汙(如感測器或反射板上的灰塵或殘留物積聚)的能力。 

對光的輕微變化敏感

用於透明物件偵測應用的反射板式光電感測器,提供與前一段落中所述相同的供電、安裝和空間優勢。另外,這些感測器在更長的距離上可靠地工作,提供更高的精度,並且與這些應用中使用的許多其他感測技術相比,反應時間更快。不過,通常與該感測模式相關的高過量增益將導致感測光束直穿過透明物件,導致未偵測到透明物的情形。

在這些應用中使用的反射板式光電感測器利用內部演算法,使得它們對低對比度更敏感。進入感測光束的透明物體會使得發射光衰減一小部分,這一小部分衰減可以被感知,令物件可以被偵測到。這些感測器還具有更低的超額增益水平,從而防止它們直穿過透明物件而忽略物件。不過,這使得它們對環境髒汙的堆積更敏感,這會對效能和壽命產生負面影響。通常使用內部補償演算法來減輕這些影響,內部補償演算法可自動針對感測器或反射板上的污染物以及環境溫度變化進行調整。 

克服反光帶來的挑戰

許多透明的目標物(如有光澤的玻璃或塑料、有反光面的容器、閃光膠片)可能具有高反射特性。同樣地,設備和背景物件也可能反射感測光束。從這些物件反射回感測器接收端的光,可能觸發錯誤的偵測。

偏光濾鏡

類似於偏光太陽鏡,與光電感測器一起使用的偏光濾鏡只允許在某一方向的光進入接收端。這有助於感測器區分有光澤或透明物件與反射板之間的差別。發射端將直線偏振光束引導到反射板,反射板使光的偏振平面旋轉90度。這種偏振變化使得光從反射板抵達接收端。  當感應光束抵達有光澤的物件時,物件將光線反射回發出光線的平面,有效地阻擋來自接收端的光並發出訊號,表示光束被遮斷。 

偏振光圖顯示,光被反射板和有光澤的物件反射90度

同軸光學元件

不採用同軸光學設計的反射板式感測器讓光從發射端到反射板,然後返回接收端(接收端與發射端相鄰),構成一個三角形。這種三角測量在感測器的前端產生偵測「盲區」,其中發射光和反射光相距最遠。

而使用同軸光學設計的感測器則是沿著單軸發射和接收感測光束。光透過一個具有狹窄光縫的單一透鏡來發射和接收,並且感測器測量發射光束和反射光束之間的的小角度偏差。感測器將偵測從其面到反射板之間的任何距離處的物件,不會出現盲區。從感測器到反射板的距離可以相當短,是安裝空間受限的設備理想選擇。這種設計也嚴重限制了偏離路徑的光線進入感測器接收器的機率。與偏光鏡搭配使用,這些感測器對反射光引起的錯誤檢測具有很強的抵禦能力。

同軸光學設計還有其他優點。此設計的相關特點 — 特別窄的光束、小光點尺寸和對感測器方向的不敏感性 — 使得其成為精確邊緣偵測以及偵測許多高速計數應用中,常見的物件之間的狹小間隙的理想選擇。此外,感測光束將穿過小孔而不受影響,支持使用防護外殼或保護箱來保護感測器,免受諸如高壓沖洗等環境挑戰的損害。 

同軸感測光束通過狹小光縫圖例
同軸感測光束通過狹小光縫圖例
同軸光學元件設計圖例 前沿偵測
同軸光學元件允許短間隔距離

結論

反射板式光學感測器是解決透明物件偵測應用的熱門選擇。它們具有高效率、易於安裝,提供快速反應時間和高精度等特點。可靠偵測透明物件所需的光敏感度,使得這些感測器容易因反射光而發生錯誤偵測。使用偏光同軸設計的感測器對偏離軸心的光束和反射光具有很強的抵禦能力。此外,該設計消除了感測器和反射板之間的檢測盲區,提供極高的定位精準度,並且可以方便地保護感測器免受環境危險。  

了解更多資訊

有關透明物件偵測的更多資訊, 請連絡我們的專家 或在下面註冊,以接收未來的產品訊息更新。

產品特色

QS18 系列泛用型光電感測器
QS18 系列泛用型光電感測器

採用通用外殼設計和18 mm螺紋圓柱的泛用型光電感測器,是各種感測器樣式的理想替代品。

了解更多

相關文章

如何為透明物件偵測選擇最佳感測器
如何為透明物件偵測選擇最佳感測器

19 12月 2016

了解在透明物件偵測應用中的常見感測器類型之間的差異,例如超音波感測器與光電反射板式感測器。

半導體晶圓有無偵測的三個解決方案
半導體晶圓有無偵測的三個解決方案

7 7月 2017

請參閱三個解決方案,以便在真空室中的可靠地偵測透明和反光半導體晶片。

工業自動化最新趨勢: 2017年 5 篇最熱門的文章
工業自動化最新趨勢: 2017年 5 篇最熱門的文章

10 1月 2018

來看看我們 2017 年最受歡迎的文章,以及工業自動化的產業趨勢。

為何要使用偏光式同軸光學元件來偵測透明物件
為何要使用偏光式同軸光學元件來偵測透明物件

5 12月 2016

透明物件偵測感測器對光的變化敏感,並受益於偏光同軸光學設計,以減少反射光所導致的誤動作。