인식하기 불리한 환경에 사용하는 Baumer 센서

생산 설비에서 기계 고장은 많은 비용을 수반한다. 광센서를 이용하면 고장을 예방할 수 있지만 센서는 특정한 전제 조건을 충족해야 한다.

감수: 바우머코리아 박윤정

 

고도로 효율적인 생산 공정에서는 클로킹으로 인한 잠깐 동안의 기계 고장이 값비싼 결과를 초래할 수 있다. 소프트웨어 외에 센서 장치도 잠재적인 고장의 원인이 될 수 있다. 센서가 물체나 위치를 안정적으로 그리고 정해진 속도로 감지하지 못하면, 전체 프로세스가 제대로 진행되지 못하기 때문이다. 미니어처 광센서는 센서의 다양성, 긴 도달 거리, 초점에 모이는 가시 광선으로 인해 생산 설비에 사용하기에 좋은 전제 조건을 제공한다. 하지만 최신식 생산 환경에서 광전자 센서는 다양한 응용사례에서 도전을 받고 있다.

 

문제의 근원 LED 라이트

첫 번째 도전 과제는 천장 조명 또는 카메라의 조명 시스템으로 인해 조도가 강한 고효율 LED 라이트 등이 점점 확산되고 있다는 데에 있다. LED 라이트는 기존의 전구에 비해 최대 90% 정도의 에너지가 절감되고 수명도 현저히 길어졌다. 하지만 LED 전구는 50 ~ 150 kHz의 높은 주파수로 변조되고, 안정기에 따라 다른 특성(리플, 평균 주파수, 주파수 변화, 신호 형태 등)을 갖는다. 따라서 전구를 사용하는 라이트 배리어와 라이트 센서에서 잠재적인 고장의 원인이 된다. LED 전구는 라이트 펄스를 마이크로초 범위에서 반복 속도 10 ~ 30 kHz로 방출한다. 즉, 센서를 통한 장애 신호의 서브 샘플링 시 저주파 장애 신호가 나타날 수 있고, 이러한 장애 신호는 측정 사이클 시간 내에 보상할 수 없기 때문에 스위칭 오류가 발생한다.

 

센서 장치도 장애를 일으킬 수 있다

조명 외에 간접적인 반사광도 장애를 초래한다. 이들은 많은 광전자 센서에서 측정 사이클을 느려지게 한다. 또한 협소한 공간은센서들이 좁은 간격으로 밀착되기 때문에 추가적인 장애 가능성을 높인다. 문제는 이런 공간에서 판독하기 어려운 대상을 인식하는데 있다. 여기에서 어려운 대상이란 빛을 흡수하거나 반사 시키는 짙은 어두운 색을 띠거나 광택이 나는 표면을 의미한다. 투명한 물체도 이에 포함된다. 이러한 물체의 반송, 흡수, 전송과 같은 물리적 특징이 광선을

전기 신호로 변환할 때에 어려움을 초래한다. 센서로 돌아오는 빛이 신호를 평가하기에는 너무 적기 때문이다. Baumer에 따르면 O200시리즈의 미니어처 광센서가 이러한 문제에 대한 해결책을 제공한다고 한다. 이 센서는 외부 빛 알고리즘을 바탕으로 라이트 수광량 정도와 관계 없이 최고 수준의 탐지 탐지력을 제공한다. 각 측정 사이클 시작하면 센서가 빠른 사이클의 명암 측정을 통해 간섭 광원을 감지한다. 즉, 외부 빛 알고리즘을 통해 인식된 간섭 광원이 억제되고, 최적의 주파수 스펙트럼이 선택된다. 연속적인 스펙트럼 평가를 바탕으로 센서가 자동으로 주변의 조명 변화에 적응한다. 고도로 정밀한 렌즈와 우수한 성능의 전자장치와 함께 이 외부 빛 알고리즘은 반응 시간이 0.5ms로 짧고 일정하게 빠른 측정 속도를 유지한다.

                  O200 시리즈의 특징은 예를 들어, 반사형 라이트배리어에서 백그라운드 억제이다. 이는 속도 손실 없이 외부 빛의 차단이가능하다. 높아진 기능으로 인해 짙은 검은색 물체에서도 도달 거리가 120mm에 이른다. 추가의 도달 거리를 위해서는 IO 링크를 통해 하이파워 모드를 활성화할 수 있다. V-옵틱 장착 O200 모델의 초점에 맞는 최적거리 광선은 직경이 0.2mm이다. 따라서, 근거리에 있는 광택이 있거나 투명한 물체를 파악할 수 있다. 기계 디자인이 극도로 콤팩트한 경우, O200 스마트 리플렉트라이트 배리어가 해답이다. Baumer에 따르면 이 라이트 배리어는 라이트배리어의 신뢰성을 제공하지만 리플렉터의 단점은 없고, 도달 거리는 최대 180mm이다. 포트폴리오에는 보다 먼 거리를 위한 도달 거리가 최대 4m의 반사형라이트 배리어와 6m인 단방향 라이트 배리어가 있다.

광택이 있는 표면에서 직접적인 반사, 거친 표면에선 확산 반사, 투명한 표면에서 투과, 검은색 표면은 광선 흡수.

통신을 위한 I/O 링크

모든 O200 센서에는 양방향 통신을 통한 자동 매개변수화 외에 스마트 옵션을 열어주는 IO 링크 인터페이스가 있다. 센서에서 바로 설정할 수 있는 두 가지 옵션이 있다. 이 센서는 라인 티칭을 통해 또는 Baumer의 마모가 없는 „Q- Teach“를 통해 광학 센서를 기계적으로 변경하지 않고, 대상물에 맞게 조정할 수 있다. Baumer에 따르면, 이 센서는 설계자에게 특별한 장점을 제공한다고 한다. 이 센서는 최초의 광전자 센서로서 광선 경로가 통합된 3D CAD 데이터를 제공한다. 이는 지금까지 광선 경로를 데이터 시트에서 추적하기 위해 필요 했던 많은 시간을 절약할 수 있다.