Ultrasonik sensörlerin fonksiyonel prensipleri nelerdir?
İki ultrasonik tek yollu bariyerden oluşan karşılıklı çalışma prensibi
İki ultrasonik sensör sayesinde
Bariyer modunda iki ultrasonik sensör birbirlerine doğru yerleştirilir. Bu şekilde verici ve alıcı doğrudan karşılıklı durur ve verici tarafından gönderilen sinyalin alıcı tarafından algılanıp algılanmadığı kontrol edilir. wenglor ultrasonik sensörleri parametrelendirme ile ayarlanarak verici veya alıcı olarak çalışmaları sağlanır. Prensip olarak hiçbir mesafe ölçülemez, sadece objeler algılanabilir veya ayırt edilebilir.Etiket algılama için çatal sensörler
Ultrasonik çatal sensörler, karşılıklı çalışma prensibine göre çalışan özel sensörlerdir. Bu sensörler; renk, şeffaflık veya yüzey özelliğinden bağımsız olarak herhangi bir taşıyıcı malzeme üzerindeki etiketleri algılar. Verici ve alıcı birbirinin karşısına monte edilmiştir, ancak aynı gövde şekli içinde bulunurlar.Bir ultrasonik sensör nasıl çalışır?
Bir ultrasonik mesafe sensörünün çalışma tarzı ve yapısı
Bir sensörle algılama ve ölçme
Bir ultrasonik mesafe sensörü objeleri temassız algılar ve sensör ve ölçülen obje arasındaki mesafeyi ölçer. Bunun için sensör kafasından döngüsel olarak kısa, yüksek frekanslı bir ses dalgası verir. Bu, havada ses hızında yayılır. Ses dalgası bir objeye çarptığında, obje tarafından yansıtılır ve bu şekilde ultrasonik sensöre geri döner. Ultrasonik sensör, ses dalgasının gönderilmesi ve alınması arasındaki süreyi ölçerek hedef objeye olan mesafeyi dahili olarak hesaplar.
Çeşitli anahtarlama çıkışları
İki bağımsız dijital anahtarlama çıkışı sayesinde iki konum (konum sensörü) veya doluluk seviyesi (doluluk seviyesi sensörü) algılanabilir. Analog çıkış üzerinden gerçek mesafe/ölçülen değer – akım (4…20 mA) veya gerilim (0…10 V)olarak gösterilebilir. Bu değer ayrıca IO-Link aracılığıyla da verilebilir. Anahtarlama çıkışları, NPN (negatif taraf), PNP (pozitif taraf) veya itme-çekme (Push-pull) olarak yapılandırılabilir.Bir ultrasonik sensör objeye olan mesafeyi nasıl ölçer?
Sensör ve obje arasındaki mesafeyi belirlemek için zamandan faydalanılır. Mesafe, aşağıdaki fizik formülü kullanılarak hesaplanır:
Bunun için L mesafesi, gönderilen ve alınan ultrasonik dalga T arasında geçen süre ve ses hızı C kullanılır.Mesafe L = ½ × T × C
Bir ultrasonik sensör hangi çalışma modlarına sahiptir?
Bariyer modu nedir?
Bariyer modunda (eş zamanlı veya karşılıklı kurulum), iki ultrasonik sensör verici ve alıcı olarak birbirinin tam karşısında yer alır veya açılı olarak yerleştirilir. Bu çalışma modunda sensörler daha büyük bir çalışma aralığına ve daha yüksek anahtarlama frekansına ulaşır.
Uygulama örneği: Film algılama
Uygulama örneği: Film algılama
Senkronize çalışma modu nedir?
Senkronize çalışma modunda ultrasonik sensörler ultrasonik dalgalarını aynı anda (senkron) gönderir. Böylece daha büyük bir alanda bir veya daha fazla objeyi algılamak mümkündür. Tek uygulamada, senkronize çalışma modunda aynı anda 40'a kadar sensör çalışabilir.
Uygulama örneği: Zamanda kayma olmaksızın uzun bir tahtanın algılanması (senkron)
Uygulama örneği: Zamanda kayma olmaksızın uzun bir tahtanın algılanması (senkron)
Multipleks çalışma modu nedir?
Multipleks çalışma modunda ultrasonik sensörler darbelerini dönüşümlü olarak göndermektedir. Bu çalışma modu, birbirine yakın duran sensörlerin birbirlerini etkilemesini önler. Multipleks çalışma modunda tek uygulamada azami 16 sensör çalışabilir.
Uygulama örneği: Bir kaptaki sıvının büyük bir alanı, dolum seviyesine göre izlenir
Uygulama örneği: Bir kaptaki sıvının büyük bir alanı, dolum seviyesine göre izlenir
Ultrasonik sensörler, mesafe sensörleri, cisimden yansımalı sensörler ve çatal sensörler arasındaki fark nedir?
wenglor ultrason uzmanı Dominik Jeßberger farkı bilmektedir:
“Tarayıcı mesafe sensörleri ultrasonik cisimden yansımalı sensörler, ultrasonik yakınlık anahtarları veya ultrasonik mesafe sensörleri olarak da adlandırılır. Sektöre göre farklı terimler kullanılmaktadır. Sonuç olarak, bu ürünler mesafeyi ölçmek veya kontrol etmek, dolum seviyelerini kontrol etmek veya objeleri saymak veya tespit etmek için uygundur.
Sadece ultrasonik çatal sensörler tasarım konseptleri nedeniyle, etiketleri algılamak için uygundur: Bunlar son derece küçük çatal genişliğine, verici ve alıcıya ve daha yüksek ses frekansına sahiptir.”
Ses dalgası konisi nedir?
Ses dalgası konisi, ultrasonik sensörlerde objelerin sensör tarafından güvenli bir şekilde algılanabileceği alanı belirlemektedir. wenglor sensörlerinde ses dalgası konileri uygulama durumuna göre ayarlanabilir. Resim, UMS123U035 mesafe sensörünün ayarlanabilir bir ses dalgası konisini göstermektedir.
Ölçülecek objenin yüzey yapısının, ölçüm sonucu üzerinde hiçbir etkisi bulunmamaktadır. Bu nedenle düz olmayan dökme malzemeler, delikli delme levhaları veya hareket eden ve zıplayan objeler algılanabilir. Böylece, düz olmayan yüzeylerde açılma açısı özellikle geniş olarak ayarlanırken, dar ve küçük yüzeylerde ise açılma açısı özellikle dar olarak ayarlanır.
Açılma açısı nedir?
α parametresi, ultrasonik sensör tarafından yayılan koni şeklindeki ses dalgası konisinin açılma açısını tanımlamaktadır.
Ölçülecek objenin yüzey yapısının, ölçüm sonucu üzerinde hiçbir etkisi bulunmamaktadır. Bu nedenle düz olmayan dökme malzemeler, delikli delme levhaları veya hareket eden ve zıplayan objeler algılanabilir. Böylece, düz olmayan yüzeylerde açılma açısı özellikle geniş olarak ayarlanırken, dar ve küçük yüzeylerde ise açılma açısı özellikle dar olarak ayarlanır.
Ses dalgası konisi objeden daha büyük ise ne olur?
Ultrasonik sensörün, gönderilen ve alınan sinyal arasındaki süreyi ölçebilmesi için algılanacak objenin sesi yeterince yansıtması gereklidir. Ölçülen objenin yüzeyi ne kadar küçük ise, ses o kadar az yansıtılır. Obje çok küçük ise, yeterli ses yansıtılmaz ve sensör artık ölçülen objeyi algılayamaz. Bu nedenle küçük olan ölçülen objelerde dar bir ses dalgası konisine sahip sensörler kullanılmalıdır. Odaklı ses dalgası yayılımı nedeniyle, ses enerjisinin büyük bir kısmı doğrudan objeye ulaşır. Böylece ses enerjisinin neredeyse tamamı ölçülen obje tarafından yansıtılabilir ve sensör tarafından algılanabilir. Genel olarak, ölçülen objenin ses dalgası konisinden daha küçük olması sorun değildir. Anahtarlama noktası için sensör, en erken algılanabilen objeyi temel alır.Çok küçük objeleri algılamak için lazer ışıklı optoelektronik sensörler daha uygundur.
Ses dalgası konisi aksesuarlardan nasıl etkilenebilir?
Bir ultrasonik sensörün ses dalgası konisi, aksesuarların sensörün aktif alanının önüne yerleştirilmesinden etkilenebilir. Bir ses borusu (veya ses kılavuzu) sesi yönlendirmeye ve ses dalgası konisini daraltmaya yarar, böylece küçük açıklıklardan hassas bir ölçüm yapılabilir. Özellikle gıda ve ilaç endüstrisindeki dolum işleminde şişe, kanül veya flakon gibi dar ağızlı kaplarda kesin seviye ölçümleri yapılmak zorundadır. Ses kılavuzu, montaj büyüklüğü (32 × 16 × 12 mm) değiştirilmeden 1K minyatür tasarımdaki ultrasonik sensörün kolayca genişletilmesine olanak tanır.Ultrasonik dalga konisi yönlendirilebilir mi?
Ultrasonik dalgalar başka bir obje tarafından yönlendirilebilir. Bu obje, sinyali iyi iletecek sert, düz bir yüzeye sahip olmak zorundadır. Sadece bir yönlendirmenin kullanılmasına dikkat edilmelidir. Birden fazla yönlendirme, akustik dalga erişim mesafesinde önemli bir azalmaya neden olur. Aktif yüzeye kaba kirlerin düşmemesini sağlamak için bir yönlendirme sacı (ör. Z0024) kullanılabilir.
Ultrasonik sensörde rezonatör nedir?
Ultrasonik sensörde rezonatör, ses sinyalinin üretildiği sensör yüzeyidir, aktif yüzey, seramik dönüştürücü veya transdüser olarak da adlandırılır. Bu yüzey titreştiği için sensör belirli bir dereceye kadar kirlilikten etkilenmez: Toz ve kir rezonatörde yapışmaz, bu hafif hareketler sayesinde çözülürler.Ultrasonik sensörlerin avantajları
Mükemmel arka fon bastırmalı
Uzaklık ultrasonik dalgalarla belirlendiğinden objenin önünde durduğu arka plan neredeyse önemsizdir.
Neredeyse tüm malzemeleri algılama
Sesi yansıtan her malzeme tespit edilir. Sert malzeme darbe enerjisini son derece iyi yansıtır. Renkler, şekiller veya şeffaflık önemli değildir. Böylece ahşap, plastik PA ve metalin yanı sıra ince filmler veya cam da algılanabilir.
Geniş mesafe aralığı
wenglor ultrasonik sensörler, yakındaki (3 cm) ve altı metreye kadar mesafedeki objeleri algılar
Bozucu etkenlere karşı duyarsızlık
Kir, nem ve toz sensörün çalışmasını neredeyse hiç etkilemez.
Ultrasonik sensörler hangi objeleri algılar?
Ultrasonik mesafe sensörleri, malzeme, yüzey, renk veya şeffaflıktan bağımsız olarak mesafeleri hassas şekilde ölçer.
Neredeyse tüm objelerin tespiti
Ultrasonik dalgalar, cam veya sıvılar gibi yarı veya tamamen şeffaf objelerden yansıtılır. Granül, toz, parlak objeler de güvenilir bir şekilde algılanır.
Toza, sise ve kire karşı dayanıklı
Ultrason aracılığıyla objeleri tespit etme sırasında kir, toz, duman veya sis olması hiç önemli değildir.
Karmaşık şekilleri tanıma
Kafesler veya yaylar gibi karmaşık obje şekillerinin varlık kontrolünde, ultrasonik algılama güvenilirdir.
Agresif ortamlarda ve köpüklerde obje algılama
V4A paslanmaz çelik gövdede ultrasonik obje algılama için agresif ortamlar, köpük, su veya aşırı sıcaklık dalgalanmaları önemli değildir.
Ultrasonik sensörler hangi objeleri en uygun şekilde algılayamaz?
- Pamuk, kumaş, sünger veya keçe gibi yumuşak malzemeler sesi emer veya sesi dağınık şekilde yansıtır. Ultrasonik sensör yumuşak malzemenin içinden geçerek ölçer ve sert yüzey (ör. arkasındaki masa) algılanır.
- Aşırı yüksek sıcaklığa sahip objeler yankının sensör kafasına sadece dağınık şekilde geri dönmesini veya hiç dönmemesini sağlar.
- Hava türbülansı gibi çevresel faktörlerin eko kalitesi ve dolayısıyla ölçümler üzerinde etkisi olabilir. Çevre sıcaklığının etkisi, sıcaklık telafisi ile ortadan kaldırılır.
Ultrasonik sensörlerin kullanıldığı sektörler ve endüstriler
Ultrasonik sensörler, ahşap endüstrisinin yenilikçi destekleyicileridir. Bu sektördeki sensörlerin, kirlenmeye karşı son derece duyarsız oldukları ve yoğun toz veya talaş içeren ürünleri bile güvenilir şekilde algıladıkları özellikle vurgulanmalıdır. Bu, bakım maliyetlerini düşürmeyi mümkün kılar.
Bir yandan, örneğin bir testere hattının tüm üretim süreci boyunca ahşabın varlık kontrolü gibi, anahtarlama çıkışları üzerinden tarayarak sorgulama imkanı mevcuttur. Öte yandan, bir analog çıkış aracılığıyla veya IO-Link üzerinden değerlendirme ile mesafeleri belirlemek mümkündür.
Bir yandan, örneğin bir testere hattının tüm üretim süreci boyunca ahşabın varlık kontrolü gibi, anahtarlama çıkışları üzerinden tarayarak sorgulama imkanı mevcuttur. Öte yandan, bir analog çıkış aracılığıyla veya IO-Link üzerinden değerlendirme ile mesafeleri belirlemek mümkündür.
İlaç endüstrisinde farklı malzemeler karıştırılır, taşınır ve doldurulur. Tam otomatik süreçlerde dolum seviyeleri sürekli olarak izlenmelidir. Renk, fiziksel durum ve yüzey dokusundan bağımsız olarak objenin varlığını ve mesafesini belirledikleri için burada ultrasonik mesafe sensörleri kullanılmaktadır. Ayrıca, ilaç endüstrisinin yüksek hijyen gereksinimlerini karşılamak için paslanmaz çelik malzemeden ultrasonik sensörler mevcuttur.
Gıda endüstrisinde ultrasonik sensörlerin kullanımı geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bunlar, objeleri renklerinden ve yüzeylerinden bağımsız olarak algılar. Çeşitli tasarımlar, her montaj durumunda kullanımı mümkün kılar. Hijyen yönetmeliklerine uygun oldukları ve örneğin su sıçramalarına karşı korundukları için özellikle gıda sektöründe paslanmaz çelikten üretilen ve IP67/68 koruma sınıfındaki ultrasonik sensörler tercih edilmektedir.
Analog çıkış veya IO-Link üzerinden değerlendirme yoluyla varlık kontrolleri ve mesafe belirleme gibi anahtarlama çıkışları aracılığıyla tarayarak, seviye ölçümü gibi, sorgulamalar yapılabilir.
Analog çıkış veya IO-Link üzerinden değerlendirme yoluyla varlık kontrolleri ve mesafe belirleme gibi anahtarlama çıkışları aracılığıyla tarayarak, seviye ölçümü gibi, sorgulamalar yapılabilir.
Paketleme endüstrisinde renkli, parlak veya şeffaf malzemeler kullanılmaktadır. Ürünler uygulama, şekil ve ebatlarına göre güvenli bir şekilde paketlenmektedir. Paketleme malzemelerinin sürekli naklini sağlamak için ultrasonik mesafe sensörleri varlığı, dolum seviyesini ve ayrıca farklı malzemelere olan mesafeleri izlemektedir. Ultrasonik sensörler, örneğin renklerine veya parlaklık derecelerine bakılmaksızın çeşitli ürünleri algılamaktadır ve bu nedenle paketleme endüstrisinde çok tercih edilen sensörlerin arasında yer almaktadır.
Parlak, mat, cilalı veya kaplanmış metallerin güvenilir bir şekilde algılanması gerektiğinden, ultrasonik sensörler özellikle metal endüstrisinde tercih edilmektedir. Malzemelerin parlaklık derecesi ultrasonik sensörler için önemli değildir. Malzeme tamponlarının dolum seviyesinin kontrol edilmesi, sac ruloların çapının kontrol edilmesi veya çapının ölçülmesi kadar güvenle çözülür. Kirlenmeden etkilenmemeleri nedeniyle sensörlerin yağ buharı veya kirli ortam koşullarında da güvenilir bir şekilde çalışabilmesi sensörlerin bu sektörde tercih edilme nedenidir.
İnşaat malzemeleri endüstrisinde ahşap, taş, plastik PA, kum, beton veya cam gibi farklı malzemeler güvenilir şekilde algılanmak zorundadır. Renk, fiziki durum veya yüzey kalitesi ultrasonik sensörler için önemli olmadığından, ultrasonik sensörler bu farklı yapı malzemelerini güvenli ve güvenilir şekilde algılar. Geniş ses dalgası konisi sayesinde, aralıklı tahtalar veya paletler güvenilir bir şekilde algılanabilir. Ultrasonik sensörler, olumsuz çevre koşullarında bile, kirlenmeye karşı duyarsızlıklarından dolayı inşaat malzemeleri endüstrisinde kullanılmaktadır.
İçecek endüstrisinde şişeler, kutular ve kaplar gibi objeler güvenilir şekilde algılanmak zorundadır. Ultrasonik sensörler, cam, alüminyum veya PET'ten yapılmış objeleri şekilleri, renkleri, konumları, yüzeyleri ve boyutları ne olursa olsun algılamak için idealdir. Depozito iade otomatlarına, hareket eden ve sıçrayan objeleri de güvenilir şekilde algılayan, geniş bir ses dalgası konisine sahip, kirlenmeye karşı duyarsız bir ultrasonik mesafe sensörü yerleştirilmektedir. Bu sırada arka fon tamamen gizlenmektedir.
Ultrasonik sensörler, şişe dolum tesislerinde seviye tespiti ve kontrolü için kullanıldığında da güvenilir şekilde çalışmaktadır.
Ultrasonik sensörler, şişe dolum tesislerinde seviye tespiti ve kontrolü için kullanıldığında da güvenilir şekilde çalışmaktadır.
Günümüzde makine üretimi talepleri çeşitlidir. Bu nedenle münferit makinelerin veya otomatik üretim sistemlerinin, yüksek üretim gereksinimlerini ve farklı uygulama gereksinimlerini güvenli ve hızlı bir şekilde yerine getirmeleri zorunludur. Ultrasonik sensörler, fonksiyonel prensibine göre tüm yüzeylerin, malzemelerin, şekillerin ve renklerin algılanmasını sağlar. Ultrasonik sensörler gerçekten her işin üstesinden gelir: Bunlar, katı veya sıvı, pürüzlü veya pürüzsüz, gözenekli veya yarı saydam olmalarına bakılmaksızın şeffaf, parlak ve koyu objeleri, yansıtıcı yüzeyleri ve her türlü materyali algılamaya uygundur. Yüzey yapısının ölçüm sonucu üzerinde hiçbir etkisi bulunmamaktadır. Toz, buhar, kirlilik veya ortam ışığın etkisi gibi ortam koşulları ultrasonik sensörleri etkilememektedir.
Elektronik endüstrisindeki zorluklar, esnek üretim hatları ve kesinti sürelerinin kısa tutulması zorunluluğudur. Modern ultrasonik sensörler hızlı ve güvenilir şekilde çalışmak zorundadır.
Geniş bir ses dalgası konisine sahip bir ultrasonik sensör, renk, şeffaflık ve yüzeylerden bağımsız olarak lamine, delikli ve perfore levhaları algılamaktadır.
Geniş bir ses dalgası konisine sahip bir ultrasonik sensör, renk, şeffaflık ve yüzeylerden bağımsız olarak lamine, delikli ve perfore levhaları algılamaktadır.
Otomotiv endüstrisinde ultrasonik sensörler, koyu renkli, şeffaf veya yansıtıcı objelerin güvenilir şekilde algılanmasına yardımcı olmaktadır. Fonksiyonel prensibi ve ses dalgası konisi sayesinde çok çeşitli şekil ve yansıma özelliklerine sahip objeler algılanabilmektedir. Bunlar, toz ve kirliliğe karşı duyarsızlıklarından dolayı çok verimli ve güvenilir şekilde çalışmaktadır. Böylece otomobil üretiminde şeffaf cam diskler güvenilir şekilde taşınmaktadır. Düzensiz, küçük veya siyah plastik parçaların obje algılaması da ultrasonik sensörlerin kolayca üstesinden geldiği bir zorluktur.
Ultrasonik sensörler, baskı endüstrisi gibi zorlu endüstri ortamlarında kullanıma çok uygundur. Bunlar, toz ve kirliliğe karşı duyarsızlıklarından dolayı çok verimli ve güvenilir şekilde çalışmaktadır.
Ultrasonik çatal sensörler; renk, şeffaflık ve yüzey özelliğinden bağımsız olarak herhangi bir taşıyıcı malzeme üzerindeki etiketleri algılar.
Fonksiyonel prensipleri nedeniyle, güvenli ve temassız etiket tespiti için çok uygunlar.
Ultrasonik çatal sensörler; renk, şeffaflık ve yüzey özelliğinden bağımsız olarak herhangi bir taşıyıcı malzeme üzerindeki etiketleri algılar.
Fonksiyonel prensipleri nedeniyle, güvenli ve temassız etiket tespiti için çok uygunlar.
Cam şişeler farklı şekil, renk ve şeffaflığa sahiptir. Ultrasonik sensörler, objeden yansıyan sesi değerlendirir. Bu sayede, malzeme ve özelliklerinden bağımsız olarak neredeyse her objeyi algılayabilirler. Bu nedenle ultrasonik sensörler, çok çeşitli uygulamalarda ve yansıtıcı, parlak, koyu renkli veya şeffaf cam ve şişelerde esnek kullanım için özellikle uygundur.
Ultrasonik sensörlerin kullanım alanları
Varlık kontrolü
Film yırtılma kontrolü
Dolum seviyesi kontrolü
Sarkma kontrolü
Robot konumlandırma
İstif yüksekliği denetimi
Etiket algılama
Son konum kontrolü
Tek yollu bariyer
Konumlandırma
Ultrasonik sensörlerin kurulumunda nelere dikkat edilmelidir?
Genel kullanım
- Ultrasonik cisimden yansımalı sensörlerin kurulumunda aktif yüzeyde (rezonatör) ağır kir birikintileri önlenmelidir.
- Sensörün aktif yüzeyi (rezonatör) serbest kalmalıdır.
- Ürün, mekanik etkilere karşı korunmalıdır.
- Sensörün mekanik olarak kurulumu sağlanmalıdır.
Resim, bir ultrasonik sensörün optimum montajını göstermektedir. Çok sert ve pürüzsüz objelerde, ses ekseni ile obje yüzeyi arasındaki açı 90° ± 3° olmalıdır. Çoğu obje yüzeyinde açı daha büyük olabilir.
Dış etkenlerin etkisi
Rüzgar, cereyan, basınçlı hava gibi hava akımları, belirli koşullar altında ultrasonik sensörlerin ölçümünü etkileyebilir. Bu özel etkiler, geleneksel endüstri ortamlarında modern ultrasonik sensörler ile ortadan kaldırılabilir. Ultrasonik sensörler duyulabilir mi?
Ultrasonun kendisi insan kulağı tarafından duyulamaz, ancak ultrasonik sensörler çalışma sırasında ses paketleri yayarak düşük frekanslı sesler üretmektedir. Modern ultrasonik sensörlerde rezonatörün titreşimi neredeyse duyulmaz.Ultrasonik sensörler ve optik sensörler arasındaki farklar nelerdir?
Obje algılama
Ultrasonik sensörler algılama için ses dalgalarını kullanırken optik sensörler genellikle kızılötesi ışık, kırmızı ışık, mavi ışık veya lazer ışığı ile çalışır. Önemli bir fark, sorgu alanının büyüklüğüdür. Kesin uygulama mahiyeti, hangi sensörün ideal olarak kullanılacağını belirler.Algılama hızı
Işık hızı ses hızından daha yüksek olduğundan, optik sensör ultrasonik sensörden daha hızlı ölçer.Açıklayıcı örnek: Optoelektronik ve ultrasonik sensörlerle perfore sac algılama
Optoelektronik sensörler, perfore plakalar, kafesler veya PCB gibi plakaları algılamada ultrasonik sensörlerden farklı davranır. Optoelektronik sensör hassas bir ışık noktası ile ölçüm yaptığından bu uygulamada her delikte devreye girer. Ultrasonik sensörün ses dalgası konisi geniş bir alanı kaplar, bu da bu uygulamada açılan delikler yerine ürünün bütününün algılanmasına yol açar.
