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1、营业者研修初级教程传感器基础2,讲座目的 通过对光纤传感器、区域传感器（包括安全光幕）的学习来掌握传感器的检测原理、分类和构成。学习本教程是使你成为选择，使用传感器高手的第一步。SUNX 株式会社 平成15年2月24日 第2版,光纤传感器 区域传感器（包括安全光幕）,2.区域传感器（包括安全光幕）P27,1.光纤传感器 P3,目录,1.光纤传感器,1-1 序言 光电传感器中的光纤传感器需求量近年来大幅度增加。光纤传感器是光电传感器中用光纤作测量部分的传感器，测量部分也就是光纤部分，因为可以选择不同的光纤用于不同的用途，故有很大的优势。用在机器人手臂的可动部上的可以设置的耐屈曲光纤，在高温和低温
2、环境下也可使用的耐热耐寒光纤，能安置在象书页一样的缝隙中的极细光纤，以前的光电传感器不能做到的检测，现在光纤传感器一一做到了。现在SUNX已经采用了300种以上的光纤，今后随着感应领域的扩大和检测精度的提高，种类还要增加。由于光纤应用的种类繁多,很多光纤传感器的用户认为感应的性能和范围变得越来越好了，这是一个优点；同时他们也认为种类多就给选择带来了困难，害怕使用方法会出错等，这也是事实。本章介绍了传感器的基础知识，光纤选择的技术，使用上的注意事项等。写这样一个资料的目的，就是为了能在现场更熟练灵活的使用光纤传感器。,种类丰富、分别用在各种用途上的的光纤部（选粹）,限定反射型 玻璃基板检测用,耐
3、屈曲,微细检测,耐热，限定反射型,狭光芒,限定反射型.镜面体检测用,角型头 侧面ON,金属套管,1-2 光纤传感器的原理和构成,光纤传感器是光电传感器中用光纤作测量部分的传感器，测量部分也就是光纤部分，因为可以选择不同的光纤用于不同的用途，故有很大的优势。光纤传感器是光电传感器的一种，所以它的基本原理是和光电传感器相同的。与其它光电传感器相比光纤传感器最大的不同就是采用光纤作为测量部分。除此之外，它基本具备了光电传感器的特征。,光纤传感器,光电传感器放大器内藏型,放大器的构成,光纤部的构成 光纤结构如图所示，中间部分是由折射率不同的金属层构成。光射入光纤中心并在金属层上发生全反射，同时向前传递
4、。从光纤内出来后，光分散成60角，照到被检测的物体上，这个角度称为开口角。,1-3 传感器的种类和特性,种类和特征,形状透过型和反射型光纤的检出方式有很大不同:透过型由投光部和受光部两部分构成；反射型按芯线的排列方式分为平行型、同轴型和分割型。,分光特性塑料光纤中红外光衰减很大，特殊用途的检测（如检测感光胶卷等）几乎不用。,光纤长度检出距离特性由于存在光的传递损失，吸收损失，散乱损失，光纤长度越长，通过率越低，那样检测距离就变短,1-4光纤传感器的特征,光纤传感器是检测部分从放大器部分离出来的结构，同放大器分离型相似。但是，它克服了放大器分离型的弱点，同时吸收了放大器内藏型的优点，并克服了它的
5、缺点。换句话说，它同时吸取了分离型和内藏型的优点。还有，分离型和内藏型都不具备的优点，光纤传感器也具备（如在检出部没有电流）。基于这些原因，光纤传感器在近年得到广泛使用。,光纤部（检测部）体积小,能够对应各种各样的检出形态变换光纤部，就能够对应各种各样的检测形态,光纤选择从通用到特殊用途的，应有尽有,用镜片集光和折光,可以在检测场所以外调节感度,折光,光纤部因为不使用电，能够应用在各种环境中（这是同放大器分离型光电传感器的最大差别）对电的抗干扰能力强温度特性好（耐热、耐寒）防爆规格空间传送,都是不包括透过型,放大器部准备了各种光源类型,系 列,防干涉型传感器一览表,因为放大器部是以反射型光电传
6、感器的形态存在，即使是在使用透过型光纤部的场合，也能防止干涉。（一般的透过型光纤传感器不能防止干涉）,1-5 放大器的选定,绿色,青色,主要光纤放大器对工作物颜色的反射光量,图面见解,工件颜色,反射光量（受光数值）注：该数值是样品放大器和样品光纤参考值,例如：检测白色背景下的红色物体在FX-301中，由于白光和红光发射量差别不大，故很难检测；在FX-301B中，由于白光和红光的反射量有明显差别，故很容易就能检测出来。,1-6 光纤部的选择,光纤传感器的特点在其它地方有说明，光纤部的种类丰富，不同的应用场合都有不同的光纤对应，这也成了光纤传感器的一个特点。从种类丰富的光纤部中选择最合适的光纤部，
7、已成为稳定和高信赖检测的一个要点。传感器综合目录中有光纤传感器的选定，请参考。,1-7 光纤传感器使用上的注意事项,光电开关的一般注意事项，以及在此基础上增加的注意事项要注意。在使用特殊用途的光纤传感器的场合，一些个别的注意事项要加以确认。切断 使用自由切断的场合，光纤在插入放大器的插口前一定要切断。使用自由切断的场合，设置的检测距离要留有余量（切断的状态不好，检测距离会下降20%）。连接 确认放大器插口处已连上光纤。插入量不足，光连接的不充分，检出距离变短。在连接同轴反射型光纤（FD-FM2等）的时候，在投光部装入中心光纤，受光部装入外周光纤。设置 不能给光纤太大的压力。（也有耐屈曲光纤和防
8、护金属管的使用和安装方法）,光线的开口角约60度，因为较宽，应注意光的相互干涉和反射,例2反射有工作物时，从墙壁来的光作为反射光是光线进入入光状态,解决办法*分开到不会干涉的距离*将距离L1设定为l1的2倍以上*投光部和受光部交换位置*使用狭视界类型的光纤部*远离墙壁*使用干涉防止机能,（光纤传感器的特征：放大器是以反射型的形态存在即使是透过型的光纤部也能防止干涉）,l1,l1,左 中心 右,例1相互干涉相邻的其他光纤传感器的光进入，即使在遮光（无入射光）的状态下也有光进入，状况变得不稳定,1-8 设定用数字表示的光纤传感器的阀值,自动感度（阀值）设定 以前的光纤传感器是用旋钮人为设定，那样设
9、定的值因人而异，而且还浪费时间，还需要熟练，在使用较多光纤传感器的场合下，这已成了一个潜在的课题需要解决。,调整到最合适的值,对谁来说都是简单的!,自动感度（阀值）在可能的机种中可用电钮操作来设定，对谁来说都是简单的。,入光量表示和阀值设定光纤传感器由于头较小，检测精度高，在检测微小工件时常采用。这种检测，有、无工件时光亮差较小，很难检测。这个时候，工件有无时的光量和感度（阀值）可以用数值确认，阀值的微调整，检出容余度的数值管理，光线头部选定是否错误的判断（判断结果用于再选定）等就变得简单了。光纤传感器都使用了数字表示部。以前是“感度”设定，当光量可以用数字表示时，就叫阀值。这时，阀值和感度的
10、关系如下：,对透过型来说，光不能从投光部传到受光部对反射型来说，光不能传到工件那里,阀值的微调性机能 通常情况下，根据有工件时的入射光量和无工件时的入射光量来确定一个中间值，当入射光量处于中间值这一位置时来设定阀值。基本上用这个方法就已经把阀值确定下来了，但可以根据不同情况来上下微调。1)周围环境有较大变化2）工件的变化和差别大3）其他 可进行自动感度设定的光纤传感器，几乎所有的机种都可以进行阀值微调顺便说一下，以前的传感器设定感度之后是不可以调整的可进行自动感度设定的光纤传感器，用基本的两点设定阀值后，还可以对其微调整阀值的微调是为了让入射光变得更稳定。,中间,阀值（通常的设定）,LON情况
11、下,D-ON的情况,阀值（通常的设定）,微调后的阀值,阀值（通常的设定）,D-ON的情况,有灰尘存在没有工件时入射光量值降低,没有工件，但由于灰尘使入光量在阀值下面，显示为ON,有工件,无工件,例如：用透过型光纤传感器检测工件,有灰尘或污染的情况,阀值（通常的设定）,即使有工件，由于半透明胶片的透过率变化，入射光量在阀值的上方，不显示ON状态。,工件的变化大,D-ON的情况,无工件,有工件,例如：用透过型光纤传感器检测半透明胶片,D-ON的情况,无工件,有工件,阀值（通常的设定）,微调整后的阀值,L-ON的情况,阀值（通常的设定）,微调后的阀值,阀值（通常的设定）,L-ON的情况,接头零件的差
12、别，由于光逃逸掉，入光量在阀值下边，即使有接头也显示OFF,背景反射在距离一定时是不变的,从接头来的反射光,例如：用反射型光纤传感器检测正在传送的接头,工件的差别大,接头零件的差别,2.区域传感器,2-1 区域传感器的产生历史 20多年前，在一家汽车厂的生产现场提出了这样的期望：有没有在不降低生产率的前提下提高生产安全性的好方法？区域传感器就是在这样的呼声中产生了（后来是安全光幕）。确保安全性的方法有两种，一个是停止原则，一个是隔离原则。用门关起来就是沿用传统的安全对策。的确，门是由安全作用的，但门的开闭增加了工程时间，大约是35秒左右。由于有了这个时间，想让生产率提高是不可能的。但是，如果没
13、有门的话，开闭工程的时间省下来了，却不能确保安全性，人们就会处在危险的环境下工作。所以，人们考虑了很多很多方式。,这是确保水平距离的方法，即使现在也广泛使用，但它留下了下面的问题 感压式地毯开关的问题点1、接触式的开关寿命短2、承受外力比较小，重的工件掉下来可能把它损坏3、铺在地面容易绊脚4、即便每站在地毯开关上，当伸手能碰到危险部件时也不能使用5、安装不好可能会断线,地毯开关,最初，人们用感压式地毯开关作为确保安全性能的手段,为了克服感压式地毯开关的缺点，又考虑出了配置多个透过型光电传感器的方法。这种方法能够直接检测到作业者的手（或身体）而使机器停止下来，因为具有寿命长的特点而被采用，然而，
14、下面的问题又出现了。多个透过型光电传感器并列配置使用的问题：1、传感器间相互干扰 2、配线工数增加（比如：10台传感器需要50次配线作业）,区域传感器的主要特征：1、非接触式（没有可动部分和接触部分，寿命长）；2、能检测到手等身体部位；3、施工性、维护性好；4、采用了扫描方式，无相互干扰，信赖性高；5、在一个区域内检测，比单光轴对危险的确认率 要高；6、通用性好，设计工时能降低。注：用于安全用途的侵入检测，并符合国际安全规格的区域传感器，称为安全光幕。,区域传感器的诞生,那么，把透过型光电传感器放到一个外壳里面，用扫描的方式来克服相互干扰的缺点，这就是区域传感器。,为了上面的原因而产生的区域传
15、感器,安全性和作业性兼有,在汽车界得到广泛使用。,检测距离（有效距离）光轴间距光轴数检测高度（防护高度）检测区域=投光器设置间隔检测高度最小检测物体=光轴间距+（透镜直径等）安全距离（只适用于安全光幕）失效保护功能 在设计时，要有这样的设计思想：当系统的一部分发生故障时，整个系统会向更安全的方向靠。,检测距离,光轴间距,2-2 名词解释 区域传感器是透过型光电传感器的一种，基本上具备了与光电传感器相同的特点。需要了解的内容很多，这里把它整理如下：,注：检测高度（防护高度）的定义 安全光幕和区域传感器对检测高度的定义是不一样的。区域传感器的场合检测高度=光轴间距（光轴数-1）（即最上端的光轴中心
16、到最下端的光轴中心的距离）,安全光幕的场合（SF4-EH系列除外）最小检测物体能把最上端光轴完全遮住的最上方位置，到能把最下端光轴完全遮住的最下端位置，称为安全光幕的防护高度。防护高度=光轴间距(光轴数-1)2(最小检测物体透镜）,2-3 产品线和今后的发展面貌 用于侵入检测（安全用途）的区域传感器，除了用在安全防护方面以外，还用在其他地方。为了选择最合适的传感器，对这个产品线的了解非常重要。下一页的产品线一览和综合目录里能确认。这个产品线里，对选定来说最重要的是安全光幕。日本开始将ISO12100开始转化为符合国际安全规格的JIS标准，这样运到海外的必须是安全光幕，国内使用的安全光幕，要先进
17、行“危险的大小”和“危险的可能性”的评价，然后才能选择。,包括所有安全光幕和区域传感器的产品线（可参见2003年综合目录）,安全防护用途,非安全防护用途,以前通用（用于安全防护用途）自动防故障功能全球安全类型侵入安全,今后通用（非安全防护用途）全球安全类型侵入安全,JIS全球化,OSSD:输出信号开关电器在欧洲，安全光幕（区域传感器）等安全装置必须获得机关等第三方单位的认证，还有，在美国，光电安全装置不一定要取得第三方的认证，注：为了符合安全规格，不但要从传感器的电路设计上考虑，也要对系统中其他部件的安全性进行考虑。,控制电路,监视部(CPU),警报输出电路,投光电路,受光电路,控制电路,监视
18、部(CPU),输出电路,同期,警报输出,检验,检验,测试输入,OSSD（检测输出）,定期检验,受光电路,控制电路A,监视部A(CPU),输出电路B,监视部(CPU),控制电路,投光电路,检验,检验,指向角5,指向角2.5,投光停止输入,输出电路A,监视部B(CPU),控制电路B,检验,检验,检验,检验,A,B,OSSD1,OSSD2,自动随时检测,投光器,受光器,投光器,受光器,2-4输出动作和自动防故障特性,作为侵入检测（安全用途）的安全光幕设计了自动防故障功能。,这个例子说明，无自动防故障功能的通用区域传感器有不利的一面,当输出信号为OFF时机器不能停止,2-5 系统的构成,那么，即使使用
19、了设计有自动防故障功能的安全光幕，问题就没有了吗？,一般情况下，用于光幕的安全传感器可以停止机器，但重新启动要用别的程序（ISO12100里有规定），如果用光幕信号直接驱动机器，当遮光状态解除时，机器会立刻重新启动，这是十分危险的。,2-6 按照ISO13849-1(B规格)对危险分类,停止原则可以将危险降低到容许的范围内，这是对控制部品一直是有要求事项的。,S:按伤害程度来分S1:轻伤（通常可以恢复）S2:包括死亡的重伤（通常是不可能恢复的）F:按危险发生的频度周期来分F1:频度少，持续时间短F2:频繁发生，持续时间长P:按危险是否可以回避来分P1:有条件下可以回避P2:几乎不可以回避,判断
20、危险程度，对控制部品的要求，必须按照ISO13849-1的规定来查定。危险程度越高，选择的安全对策不当，部品的危险就越高。,2-7 应用,小型、专用设备中的侵入物体检测,无人生产线的侵入检测,装配机器中的侵入检测,专用设备中的侵入检测,作业机器人的侵入检测,2-8 使用上的主要注意事项（选粹）,适用机器,本装置是用电源遮断的方法使危险部件的驱动装置急停，对安装有急停装置的各种机器都是适用的。对于动作中不可能停下的设备是不适用的。,安全距离,正确的计算安全距离，机器的危险部分和零件检测区域之间必须留有安全距离以上的间隔。,检测区域,正确拿取零件的方法,错误拿取零件的方法,危险部,检测领域,危险部,检测领域,危险部,检测领域,危险部,检测领域,保护构造,
