Los espejos de los sensores desempeñan este papel
Los espejos se utilizan en los sensores para que los sensores retro-réflex ofrezcan un funcionamiento fiable y seguro. En la mayoría de los casos se trata de retrorreflectores formados por un gran número de espejos triples como superficie de reflexión. La superficie reflectante suele estar integrada en una carcasa y está protegida de las influencias del entorno mediante un cristal. Una particularidad de los llamados retrorreflectores es que las estructuras tridimensionales de espejo triple reflejan la luz casi completamente en dirección a la fuente de luz. Además de los retrorreflectores, existe la lámina reflectora, que representa un espejo en forma de lámina y, por lo tanto, es flexible y, a menudo, autoadhesiva. La superficie reflectante está dispuesta debajo de una capa superior transparente que la protege frente a las influencias ambientales.
Existen los siguientes tipos de reflexión
Se distingue entre tres tipos de reflexión de la luz. Dependerán de las características de la superficie sobre la que incida el haz de luz.
Reflexión difusa
La reflexión difusa, también conocida como dispersión, se produce en superficies rugosas e irregulares. Los haces de luz se emiten de forma irregular en todas las direcciones. Solo una mínima parte de la luz se refleja en la dirección de la fuente.
Reflexión en un espejo
La reflexión regular se produce en superficies lisas y brillantes como las de un espejo. El haz de luz incidente se refleja según la ley de la reflexión (el ángulo de incidencia corresponde al ángulo de reflexión).
Retro-reflexión
Durante la retro-reflexión, el haz de luz se refleja en la dirección de la que procede. Este tipo de reflexión se utiliza normalmente para sensores retro-réflex y en combinación con sensores de distancia láser.
Cómo funciona un retrorreflector
Un retrorreflector es un espejo que refleja la luz incidente en la dirección de incidencia, es decir, de vuelta a la fuente de luz, independientemente del ángulo de incidencia. La superficie iluminada (estructura del espejo) deberá tener una estructura angular especialmente fina compuesta por muchos espejos triples pequeños.
El principio del espejo triple
En el caso de un espejo triple, tres superficies de espejo se encuentran en posición perpendicular entre sí y forman la esquina interior de un cubo, también conocido como “Corner Cube”. El haz de luz incide en la primera superficie plana del espejo y, según la ley de la reflexión, se refleja sobre una superficie de reflexión adyacente de la estructura triple (reflexión del espejo). A continuación, el haz de luz se refleja según el mismo principio en las otras dos superficies de reflexión adyacentes. Con un ligero desplazamiento del haz (con relación al haz de incidencia), el haz de luz se dirige de vuelta en paralelo a la fuente de luz. Este tipo de reflexión se llama retro-reflexión.
Funcionamiento de un sensor retro-réflex con espejo o lámina reflectora
El principio de funcionamiento del sensor retro-réflex con retrorreflector se basa en la polarización y el polarizador.
¿Qué es la polarización?
Un haz de luz puede considerarse una onda electrométrica. Las ondas de luz oscilan en diferentes direcciones verticales y horizontales. La polarización de la luz describe la dirección de oscilación. Si la luz no tiene una dirección preferente, se denomina luz no polarizada.
Un haz de luz puede considerarse una onda electrométrica. Las ondas de luz oscilan en diferentes direcciones verticales y horizontales. La polarización de la luz describe la dirección de oscilación. Si la luz no tiene una dirección preferente, se denomina luz no polarizada.
¿Qué es un polarizador lineal?
Un polarizador lineal es un filtro que transmite la luz en una dirección de oscilación definida (por ejemplo, polarizada verticalmente), mientras que la luz en la dirección de oscilación no se transmite ortogonalmente respecto a ella. Por lo tanto, la luz transmitida está polarizada linealmente respecto de la orientación del polarizador.
Un polarizador lineal es un filtro que transmite la luz en una dirección de oscilación definida (por ejemplo, polarizada verticalmente), mientras que la luz en la dirección de oscilación no se transmite ortogonalmente respecto a ella. Por lo tanto, la luz transmitida está polarizada linealmente respecto de la orientación del polarizador.
Funcionamiento de un sensor retro-réflex con espejo
El principio de funcionamiento de un sensor retro-réflex aprovecha las propiedades del polarizador en combinación con las propiedades ópticas del retrorreflector.
- Un sensor con polarizador integrado emite luz en la dirección de la vibración vertical.
- La luz incide en un retrorreflector con estructura de espejo triple. El haz de luz se refleja en los tres lados del espejo y la polarización de la luz gira en cierta medida desde la dirección vertical a la horizontal.
- En el lado del receptor del sensor hay montado un filtro de polarización horizontal. A través del filtro de polarización se transmite luz con polarización horizontal (procedente del espejo) al elemento receptor del sensor.
- Si se coloca un objeto en la trayectoria del haz entre el sensor y el espejo, la señal se atenúa en el lado del receptor y, por lo tanto, se detecta el objeto. Mediante el uso de la polarización de la luz, un sensor retro-réflex funciona incluso con objetos brillantes. A diferencia del retrorreflector, en este sensor la dirección de la polarización no gira.
Esto debe tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el espejo
Existen varios factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar el espejo. Es una combinación de la estructura del espejo, el tipo de luz y el alcance y la óptica del sensor (óptica monolente y de dos lentes). El tamaño del espejo también debe tenerse en cuenta a la hora de tomar una decisión. Además, las condiciones ambientales a las que está expuesto un espejo desempeñan un papel importante a la hora de elegir el espejo y la lámina reflectora adecuados.
En el caso de los espejos y las láminas reflectoras, la estructura describe la forma de los elementos (triples, aristas cúbicas) en la superficie de reflexión. Estos pueden tener diferentes tamaños de estructura triple. Desde estructuras continuas muy pequeñas, estructuras triples en el rango de las micras (microestructura) hasta estructuras macroscópicas triples (macroestructura) o estructuras combinadas.
Para muchas aplicaciones es importante que la luz del emisor incida en el mayor número posible de estructuras triples del espejo para que se pueda reflejar la mayor cantidad de luz y la señal recibida sea estable. Por ejemplo, si un haz de luz de pequeño diámetro (por ejemplo, la luz láser) alcanza un número reducido de espejos triples, es posible que la señal recibida no sea estable debido a la influencia de las vibraciones en la aplicación. Esto, a su vez, puede provocar averías.
Para muchas aplicaciones es importante que la luz del emisor incida en el mayor número posible de estructuras triples del espejo para que se pueda reflejar la mayor cantidad de luz y la señal recibida sea estable. Por ejemplo, si un haz de luz de pequeño diámetro (por ejemplo, la luz láser) alcanza un número reducido de espejos triples, es posible que la señal recibida no sea estable debido a la influencia de las vibraciones en la aplicación. Esto, a su vez, puede provocar averías.
Este tipo de luz es adecuado para microestructuras
Un haz de láser suele tener una divergencia del haz muy reducida y un diámetro de haz reducido (incluso inferior a un milímetro). Por este motivo, las estructuras triples pequeñas con microestructuras o estructuras continuas suelen ser la variante de espejo recomendada. Por el contrario, si la luz láser alcanza un número reducido de espejos triples, puede ocurrir que la señal recibida no sea estable y que se produzcan interferencias debido a la influencia de las vibraciones en la aplicación.
En el caso de los sensores retro-réflex para materiales transparentes, también se recomienda un espejo con microestructura, ya que se deben detectar pequeños cambios en la intensidad de la luz.
En el caso de los sensores retro-réflex para materiales transparentes, también se recomienda un espejo con microestructura, ya que se deben detectar pequeños cambios en la intensidad de la luz.
Este tipo de luz es adecuada para macroestructuras
Para muchas aplicaciones es importante que la luz del emisor incida en el mayor número posible de estructuras triples del espejo para que se pueda reflejar la mayor cantidad de luz posible y la señal recibida sea estable. Un sensor retro-réflex con luz roja suele tener un diámetro del haz mayor (varios cm) y, por lo tanto, se puede combinar con un espejo con estructuras triples más grandes, como una macroestructura o una estructura combinada. La ventaja de una estructura triple grande es el grado de reflexión ya que, cuanto mayor sea el espejo triple, más luz incidente se reflejará en la superficie y mayor será el alcance logrado.
La elección del espejo depende en gran medida de la forma del haz de luz. La trayectoria del haz y la distancia entre el sensor y el espejo son factores muy determinantes. El espejo se selecciona en función del diámetro del haz. A grandes distancias, el sensor láser y los espejos con macroestructura se combinan siempre que el espejo se coloque muy por detrás del punto focal (y el diámetro del haz sea, por tanto, mayor).
Haz de luz divergente
El diámetro del haz de luz divergente aumenta en la dirección de propagación (por ejemplo, la luz emitida por un diodo emisor de luz)
Una característica importante de un retrorreflector es que se refleja la mayor cantidad de luz posible en dirección a la fuente de luz, independientemente del tamaño del espejo triple. Dependiendo del tipo de sensor, existen efectos que deben tenerse en cuenta durante el posicionamiento.
¿Cómo funciona una óptica monolente?
Los sensores con una óptica monolente disponen de una sola lente, que se utiliza tanto para el emisor como para el receptor. Se caracterizan por una distancia mínima muy pequeña entre el sensor y el espejo. Esto es posible porque la luz se refleja directamente en la fuente de luz, donde la lente del receptor absorbe la luz reflejada.
¿Cómo funciona un sistema óptico de dos lentes?
En un sistema óptico de dos lentes, la lente emisora y la lente receptora están alojadas por separado en una carcasa. Para evitar que la luz reflejada incida en el emisor y no en el receptor, el sensor y el espejo deben tener una distancia lo suficientemente grande entre sí. Esto afecta especialmente a las aplicaciones de corto alcance. Los haces de luz, en estructuras triples con un ángulo de apertura distinto de 90° se reflejan con un ángulo espacial mayor, de modo que la luz incide en el receptor. Hay que tener en cuenta que, al montar un espejo, se deben considerar las especificaciones de la hoja de datos, ya que el alcance del sensor (espejo de referencia) con otros espejos puede ser menor o mayor. La distancia mínima del espejo (límite inferior del alcance) no debe confundirse con la denominada zona ciega, que hace referencia al objeto que se va a detectar.
Posición del espejo en ópticas de dos lentes
La distancia correcta entre el sensor y el espejo es decisiva para la cantidad de luz que se refleja hacia la fuente de luz. Si el espejo está demasiado cerca del sensor (área amarilla), la luz reflejada no alcanza el receptor y no se genera ninguna señal. Si el espejo está demasiado lejos del sensor (zona roja), la luz reflejada es demasiado débil para activar una señal. Si el espejo se coloca a una distancia suficientemente grande del sensor (zona verde), se puede detectar un objeto que se encuentra en la zona gris, ya que la señal se debilita en el lado del receptor.
El tamaño del espejo debe adaptarse al punto luminoso del haz de luz incidente.
• Cuanto más grande sea el espejo o la lámina reflectora, más fácil será alinear el sensor a grandes distancias.
• Los espejos pequeños se pueden utilizar en zonas cercanas y en espacios reducidos.
• Cuanto más grande sea el espejo o la lámina reflectora, más fácil será alinear el sensor a grandes distancias.
• Los espejos pequeños se pueden utilizar en zonas cercanas y en espacios reducidos.
Si el haz de luz tiene exactamente el mismo tamaño que el espejo y existe una gran distancia entre el sensor y el espejo, bastan pequeñas sacudidas para alejar una parte del haz del espejo. Esto provoca un cambio en la intensidad de la señal, que también se produce en caso de fluctuaciones de temperatura (por ejemplo, en la zona de montaje del sensor o del espejo). Por lo tanto, resulta útil elegir un espejo ligeramente más grande en comparación con el diámetro del haz.
Posibilidades de montaje de espejos y láminas reflectoras
En función de la aplicación y finalidad de uso de los espejos, se puede elegir entre diferentes posibilidades de montaje.
Orificios de montaje
En la carcasa del espejo hay integrados agujeros oblongos o redondos en diagonal, uno frente al otro o uno al lado del otro.
Tornillo de fijación
Los espejos redondos se pueden atornillar directamente a la carcasa a través de los taladros con el tornillo métrico inyectado.
Agujeros de fijación
Los espejos redondos con fijación por clip con ayuda de un tapón integrado permiten un montaje sencillo en taladros.
Autoadhesivo
Los espejos y, sobre todo, las láminas reflectoras, tienen un reverso autoadhesivo que se puede pegar en paredes, zonas de unión de chapa u otras superficies.
Factores que influyen en los espejos y láminas reflectoras
Limpiezas agresivas a alta presión y a alta temperatura, procesos de limpieza intensivos y vibraciones e impactos mecánicos desde el exterior: en entornos industriales, los sensores y los espejos a menudo están expuestos a exigencias fuera de lo normal. Para estos casos, wenglor ofrece espejos robustos y resistentes a los agentes limpiadores.
- Los espejos resistentes a los agentes limpiadores son adecuados para su uso en la zona de lavado y pueden utilizarse en un rango de temperatura de hasta 150 °C.
- Los espejos con certificación ECOLAB también son adecuados para su uso en el área de lavado. Los espejos se caracterizan por su color azul, por lo que las esquirlas procedentes de la carcasa son más fáciles de detectar en caso de daños.
- Un revestimiento antivaho evita que los espejos se empañen.
- Los espejos, con un diseño de carcasa robusto, son de acero inoxidable V4A y tienen una cubierta de vidrio sobre la superficie de reflexión.
