sensores de medición e...
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Sensores de medición e inspección
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M e
I
DIAGNOSTICS
Error No.
Error TypeError No.
Error Type
System OK
Emitter Error
Align / blank
Serial Comm
Output Short
EEPROM
E / R Mismatch
CPU Error
Receiver Error
Null / Span
POWER
2 - TX
3 - RX
5 - COM
ALIGNMENT
SWITCH
DIAGNOSTICS
INDICATOR
RS-232
MAHCIP-1
HIGH RESOLUTION MINI-ARRAY CONTROLLER
1011
1213
1415
1617
1819
20
NC
NC10-30Vdc
GATE
NC
TXTX
+12V
BR
EMTR
RCVR
BU
BK
5 Wires
WH
30V
150mA MAX
OUTPUT#1
COMDRN
T/RT/R
16-30V dc
1A MAX
POWER
1011
1213
1415
1617
1819
20
OUTP
UTAL
ARM
GATE AL
IGNF1
30V(MAX)
150mA MAX
ALARM
10-30Vdc
ALIGN
RS-485
2,5 m
40°
U-GAGE™ ANALOGPOWER
SIGNAL
OUTPUTDISCRETE
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Tabla de materiasM
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Teoría de la medición e inspección ..............102Aplicaciones de medición e inspección ..........106
Sensores de medición de distanciapor láser LT3 ..........................................108
Sensores de triangulación Q50 ....................114
Sensores de medición por láser LG ..............120
Sensores de ultrasonidos S18U ..................126
Sensores de ultrasonidos T30U ....................132
Sensores de ultrasonidosde largo alcance QT50U ............................138
Pantallas luminosas de detección LX ............144
Pantallas luminosas de mediciónMini-Array y Mini-Array Alta Resolución ........148
Sensores de PVA y PVD para recogidade piezas de bandejas ..............................158
Serie VTB ..............................................166
Guía de selección: resumen ......................................170
¡ADVERTENCIA DE SEGURIDAD IMPORTANTE!
Los sensores descritos en esta sección del catálogono incluyen los circuitos redundantes de autocomprobaciónnecesarios para usarlos en situaciones que comprometan laseguridad de las personas. El fallo o mal funcionamiento de unsensor puede hacer que sus bornes de salida queden en condi-ción tanto activa como inactiva. No utilice nunca estos produc-tos como dispositivos de detección para seguridad del personal.
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Teoría sobre la medición e inspección
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Precisión
La precisión se define como la diferencia entre el valorindicado y el valor real de la temperatura ambiente. En lamayoría de los casos, la precisión incluye las dos fuentesprincipales de error: la resolución y la linealidad.
Salida analógica
La salida analógica de un sensor es la salida continua deuna variable medida. El formato de esta salida puede serde 4 a 20 mA, 0 a 10 V u otro valor.
Ángulo del haz
Los sensores de ultrasonidos emiten una energía en fre-cuecia en forma de cono que varía con la distancia. Elángulo de este haz se define generalmente como el ángu-lo total (incluido). Los haces del ultrasonido no sonconos perfectos; la mayoría de la energía del ultrasonidoestá en el centro del haz. El nivel de energía disminuyecon la distancia desde el eje. El ángulo del haz se definecomo la zona donde la energía es el 50% de la energíamedida en el eje. Vea la figura 1.
Efectos del color
El color del objeto que se va a medir puede afectar a laresolución y a la precisión de las lecturas. Los objetoblancos, rojos, amarillos y naranja reflejan más luz quelos objetos verdes, azules o negros. Las especificacionessobre resolución enumeradas en este catálogo son paraobjetos blancos. La resolución para objetos negros puedeser hasta cuatro veces menor que para objetos blancos.En la figura 2 se observa la cantidad relativa de luz recibi-da que se refleja de diferentes colores de objetos.
La resolución se ve ligeramente afectada en función delcuadrado de luz recibida. Por ejemplo, al reducir la canti-dad de luz en un factor de nueve disminuye la resoluciónen un factor de tres. Recuerde que los sensores de ultra-sonidos no se ven afectados por el color o la transparen-cia del objetivo.
Sensibilidad del color
En sensores ópticos, la sensibilidad del color se refiere alcambio de salida cuando cambie al color de un objeto.Por ejemplo, el LG5 cambia generalmente menos de75 µm al cambiar el objeto de un blanco brillante a unobjeto de color cercano al negro (aprox. 90% de reflexióna 10% de reflexión. Nota: para mediciones muy precisas,Banner utiliza objetivos de cerámica de precisión, a dife-rencia de los objetivos de cartón Kodak estándar).
Zona ciega
Por zona ciega se entiende la zona donde el sensor nopuede medir. Por ejemplo, la zona ciega del sensor deultrasonidos Q45U es de 100 mm, es decir, la salida esinutilizable cuando un objetivo se encuentra en esta áreade zona ciega. El objetivo de montaje debe colocarse detal manera que el objeto que se va medir quede siempredentro del margen de medición.
Salida digital
Las salidas digitales son salidas activas-inactivas quedetectan el momento en que una medición continua haalcanzado un valor específico. Las salidas digitales sedetectan generalmente con transistores PNP o NPN o conun relé electromecánico.
Glosario de términos
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80
60
40
20
0
Figura 2: luz relativa reflejada de una fuente de luz por LED roja
Blan
co
Rojo
Nara
nja
Amar
illo
Mor
ado
Verd
e
Azul
Negr
o
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flexi
ón
Figura 1: ángulo del haz
ángulodel haz
Sensor
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Teoría sobre la medición e inspecciónM
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Resistencia de carga
Una resistencia de carga, denominada también resisten-cia conductora, es una resistencia de precisión utilizadapara convertir una señal de 4 a 20 mA a una señal detensión. La resistencia conductora más común es 250 Ω± 0,025 Ω, que convierte la corriente a una señal de 1 Va 4 V. Para una buena estabilidad sobre la temperatura, laresistencia conductora debe tener un coeficiente de tem-peratura de 0,01% por °C o mejor.
Respuesta de frecuencia
La respuesta de frecuencia se refiere a las frecuenciasmáximas que puede rastrear un sensor analógico. Todoslos sensores analógicos tienen un tiempo de respuestainherente que limita su capacidad para medir movimien-tos periódicos a altas frecuencias. Por ejemplo, piense enun sensor de desplazamiento por láser con un tiempo derespuesta de 1,6 ms que esté midiendo el descentrado deun cilindro rotativo. Dado que el sensor de láser registrala media de los datos sobre un periodo de 1,6 ms, regis-trará un valor de amplitud por debajo del valor del des-centrado pico. Este error aumenta al incrementarse lavelocidad de giro. Normalmente este error se especificacomo la velocidad de giro que produce un error de -3 dB(-3 dB es igual a un error del 30%). Para un tiempomedio de 1,0 ms, la respuesta de frecuencia de -3 dB esde 450 Hz. A 450 Hz, un desplazamiento de 1,0 mm esleído como 0,7 mm por el sensor láser. Como referencia,recuerde que el cigüeñal de un motor de vehículo funcio-nando a 3.000 rpm es sólo 50 Hz.
Escala máxima
El rango de escala máxima de un sensor representa elmargen de medición máximo posible. Por ejemplo, unsensor de desplazamiento por láser que mide de 75 a125 mm tiene un rango de escala máxima de 50 mm.Aunque el usuario haya configurado el sensor para leerde 100 a 120 mm, la escala máxima sigue siendo50 mm. Este es un dato importante a tener en cuenta siun fabricante ofrece una especificación de rendimiento entérminos de “% de la escala máxima”. Los errores nodisminuyen con el lapso de medición calibrado, comoocurriría si el fabricante ofreciera la especificación en tér-minos de “% del lapso”.
Histéresis
La histéresis se utiliza comúnmente para representar ladiferencia en puntos de conmutación para salidas digita-les. Por ejemplo, una salida puede activare cuando unobjetivo llega a 25 mm, pero no se desactiva hasta que elobjetivo esté 24 mm más lejos. Así, habrá una histéresisde 1 mm. La histéresis se emplea también en relacióncon los sensores analógicos para representar la diferen-cia de movimiento de una salida de forma ascendente odescendente. Por ejemplo, una sonda de contacto estácalibrada para una salida de 4 a 20 mA de 0 a 10 mm.Durante el recorrido de 0 a 10 mm, el punto de 5 mmcorresponde a una salida de 11,98 mA. Durante el reco-rrido de 10 a 0 mm, el punto de 5 mm corresponde a12,02 mA. Así, la histéresis será de 0,04 mA o 0,25% delapso. La histéresis analógica en sistemas de mediciónmecánicos es a menudo medible; y en sensores nomecánicos, como los fotoeléctricos, es casi siempreinsignificante.
Linealidad
La linealidad se refiere a la cantidad máxima de no lineali-dad en la salida del sensor. Generalmente se define comola desviación máxima por encima o por debajo de la sali-da ideal del sensor. Se debe tener en cuenta que los erro-res de linealidad son errores repetibles y no afectan a lacapacidad del sensor para activar de manera repetiblesalidas digitales. Además, dado que los errores de lineali-dad son repetibles, son potencialmente corregibles en elsistema principal. Un esquema de linealización en un sis-tema principal consta de una tabla de valores reales yvalores ideales que sirve como tabla para interpolación.Vea la figura 3.
Figura 3: Linealidad
Salid
a
salidareal
salida ideal
Distancia
Linealidad
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Margen de medición
El rango de medición representa el rango máximo que unsensor puede medir
Lapso de medición
El lapso de medición se refiere generalmente a los valo-res reales configurados para los que se ha ajustado elsensor. Por ejemplo, un sensor con un margen de medi-ción de 0,2 a 1 m, está configurado con un lapso demedición de 0,5 a 0,8 m.
Condiciones de referencia
Las especificaciones sobre rendimiento para sensores demedición se dan generalmente para condiciones de refe-rencia. Las condiciones de referencia son normalmente20°C y 1 atmósfera de presión (aproximadamente 1 Bar).Además, también debe describirse un objetivo de referen-cia en las especificaciones. Para dispositivos de mediciónpor láser se utiliza a menudo un objetivo de cerámicablanco; y para ultrasónidos, un objetivo metálicocuadrado.
Repetibilidad
La repetibilidad de un sensor es la diferencia de salida delsensor cuando se da la misma entrada varias veces.Banner emplea normalmente la repetibilidad para cuantifi-car el rendimiento de un sensor digital. Para un sensordigital, la repetibilidad representa la variación en distan-cias de conmutación para un objetivo estándar bajo con-diciones de referencia. Por ejemplo, un sensor de despla-zamiento láser se ha programado para cambiar su salidaa una distancia de 100 mm. La distancia de conmutaciónreal se mide veinte veces con un micrómetro. Los datosmuestran una desviación estándar de 0,01 mm; la repeti-bilidad sigma dos es de 0,02 mm.
Resolución
La resolución es una de las especificaciones más impor-tantes en dispositivos de medición, siendo una medidadel cambio más pequeño en la posición de un objetivoque puede ser detectado por el dispositivo de medición.También es una medida de las fluctuaciones esperadasen la salida de un dispositivo cuando el objetivo seencuentra a una distancia fija del sensor. Por ejemplo, undispositivo con una resolución de “0,2% de distancia demedición” que se encuentre alejado del objetivo 100 mm.
La resolución es 0,2% veces 100 mm o 0,2 mm. Estosignifica que cualquier cambio mayor de 0,2 mm en laposición del objetivo provoca un cambio medible en lasalida del sensor. También implica que si el objetivo nocambia de posición, podría esperarse que el ruido de laseñal de salida sea inferior a 0,2 mm. En algunos casosun fabricante especifica una resolución de salida y enu-mera una especificación en bits como “12 bits”. Esto sig-nifica que la sección de salida del circuito tiene una reso-lución de uno en 212 (4096). Si el sensor tiene unaventana de medición de, pongamos 100 mm, esto seríaigual a 100/4096 = 0,024 mm. Cuando se proporcionenlas especificaciones de esta manera, asegúrese de que elresto del circuito tenga una resolución menor que la sec-ción de salida del circuito (el convertidor analógico-digital). En otras palabras, si un sensor tiene una resolu-ción de salida de 0,02 mm, y el resto de un sistema demedición de un sensor produce una resolución de0,5 mm, la resolución final se limita a 0,5 mm. Influyenen la resolución factores como la velocidad de respuesta,el estado del objetivo, la distancia al objetivo, y factoresexternos como el ruido de salidas sin terminar y pantallaso iluminación, motores, etc.
Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta es una medida de la rapidez a laque puede reaccionar un sensor a un cambio en la varia-ble de entrada. Este valor se da normalmente como eltiempo que tarda el sensor en emitir una señal que repre-senta el 63% del cambio de la entrada. Por ejemplo, unsensor de temperatura a 0 °C se introduce rápidamenteen agua a 100 °C. El sensor ofrece una lectura de 63°Ctras 4 segundos, por lo que el tiempo de respuesta delsensor es de 4 segundos.
Lapso
El lapso de un sensor es el rango sobre el que se configu-ra la salida lineal. Por ejemplo, un sensor de ultrasonidosestá calibrado para que 4 mA sea igual a 500 mm; 20 mAsea igual a 1200 mm. El lapso del sensor es de 700 mm.
Rango de ajuste del lapso
Representa la cantidad de ajustabilidad en la salida linealdel sensor. Por ejemplo, un sensor de desplazamientopor láser puede tener un ajuste del lapso de 5 a 15 mm,lo que significa que la señal de 4 a 20 mA puede correla-cionarse a lapsos de hasta un mínimo de 5 mm o hasta
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un máximo de 15 mm. Este rango se denomina enalgunos casos margen de regulación. En el ejemplo dearriba, el margen de regulación es de 15:5 o 3:1.
Distancia de separación
Distancia desde el frente del sensor hasta el punto centraldel margen de medición.
Ángulo del objetivo
Para sensores de ultrasonidos, un objetivo liso perpendi-cular al eje del haz devuelve al sensor mayor intensidadde energía. Al aumentar el ángulo del objetivo, la cantidadde energía recibida por el sensor disminuye, y a un puntodeterminado, el sensor no podrá “ver” el objetivo. Para lamayoría de los sensores de ultrasonidos, el ángulo delobjetivo debe ser de un máximo de 10°. Vea la figura 4.
Superficie del objetivo
A veces la elección de un sensor puede verse determina-da por la superficie del objetivo a detectar. Los sensoresópticos generalmente no funcionan bien en superficiesmuy lisas tipos espejo (como el plástico transparente) oen materiales porosos (como la espuma). Los sensoresde ultrasonidos no funcionan bien en materiales queabsorben el sonido, pero son la mejor elección parasuperficies transparentes, de colores diferentes o alta-mente reflectivas.
Desviación del aumento de temperatura
Error que se produce al calentarse el sensor tras unaconexión en frío. Permite un calentamiento correctoantes de programar u operar el sistema.
Efecto de la temperatura
El efecto de la temperatura se define como el cambiomáximo en salida por cambio en temperatura ambiente.Un ejemplo de una especificación de efecto de la tempe-ratura es “1% de la distancia por 10°C”, lo que significaque la salida del sensor cambia menos de un 1% porcada 10°C de variación de la temperatura. Para sensoresde ultrasonidos, la velocidad del sonido depende de lacomposición química del gas en el que viaja, de la pre-sión y de la temperatura del gas. Para la mayoría de lasaplicaciones, la composición y presión del gas son relati-vamente fijas, mientras que la temperatura no lo es. Enaire, la velocidad del sonido varía con la temperaturasegún la siguiente aproximación:
Cm/s = 20 √ 273 + Tdonde Cm/s = velocidad del sonido en m/s
T = temperatura en °CLa velocidad del sonido cambia aproximadamente un 1%por cada 6°C. Algunos sensores de ultrasonidos deBanner incorporan compensación de la temperatura. Lacompensación de la temperatura reduce el error provoca-do por la temperatura alrededor de 2/3. Tenga en cuentatambién que si el sensor está midiendo por una pendien-te de temperaturas, la técnica de compensación serámenos efectiva.
Error total
La suma de todos los errores asociados con la precisión(Linealidad, Resolución/Repetibilidad), efecto de la tem-peratura y Desviación del aumento de temperatura. Paracalcular el error esperado de un dispositivo de medición,utilice el método de la raíz cuadrada de la suma de loscuadrados (RSS) para combinar las fuentes de error indi-viduales. Por ejemplo, un sensor con una resolución de3 mm y una linealidad de 4 mm tendría un error espera-do de √ 32 + 42 = 5 mm.
Velocidad de actualización
La velocidad de actualización de un sensor es aquélla a laque se expone un nuevo valor desde el sensor. Este tér-mino no debe confundirse con el tiempo de respuesta,que en muchos casos es bastante más lento que la velo-cidad de actualización. Por ejemplo, un sensor puede cal-cular una media de movimiento de 10 ms de datosexpuestos cada 1 ms. En este caso, la velocidad deactualización es de 1/1 ms o 1 kHz, mientras que eltiempo de respuesta sería de 6 ms.Figura 4: ángulo del objetivo
ángulo del objetivo ≤ 10°
Sensor
Aplicaciones de los sensores de medición e inspección
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DETECCIÓN DE ERRORES EN UNA OPERACIÓN DE
CORTE CON LÁSER
Objetivo: verificar la posición correcta de orificios cortadosen un chasis.Sensor: sensor de modo directo LT3.Funcionamiento: se utiliza un proceso de corte por láser conrotor para cortar aberturas en secciones del chasis de auto-móviles. Cuando se corta una sección, el sensor LT3 inspec-ciona la zona para verificar si se ha ubicado correctamente elagujero. Como el sensor no puede montarse dentro del rangode movimiento del robot, el rango operativo tan largo del sen-sor LT3 es vital para este proceso.Página: 108
PERFILADO DE MADERA
Objetivo: moldes de madera perfilada; inspección de dimen-siones fresadas.Sensor: sensor LG10A65NU.Funcionamiento: el LG10, con una distancia de 100 mm yuna ventana de medición de 50 mm, puede perfilar con granprecisión diferentes moldes de madera en aplicaciones de fre-sado. El LG10 no es sólo rápido y preciso, también es muytolerante a los cambios de color de la madera. Por ejemplo, sise cambia de una madera marrón oscuro a una de un colormás claro, no es necesario cambiar la configuración del sen-sor.Página: 120
OATMEAL
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CONTROL DEL NIVEL DE LLENADO
Objetivo: supervisar y controlar el nivel de llenado de cerealseco en una operación de embalaje.Sensor: sensor Q50BU.Funcionamiento: Muchas líneas de procesado de alimentosse llenan ahora por nivel, en lugar de por peso. Los sensoresanalógicos por infrarrojos Q50 son la mejor elección paramonitorizar el nivel de llenado de superficies irregulares,como los cereales secos.Página: 114
U-GAGE™ ANALOGPOWER
SIGNAL
OUTPUTDISCRETE
U-GAGE™ ANALOGPOWER
SIGNAL
OUTPUTDISCRETE
GRÚA ANTI-COLISIÓN
Objetivo: asegurarse de que la grúa no haga contacto con laparte superior del contenedor.Sensor: sensor T30UDNBQ.Funcionamiento: el T30U detecta la distancia a la parte supe-rior del contenedor y emite una señal si esta distancia esmenor que valor crítico previamente ajustado.Página: 132
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Aplicaciones de los sensores de medición e inspecciónM
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PERFILADO DE PAQUETES
Objetivo: medir con precisión las cajas para su envío.Sensores: 3 emisores de alta resolución MINI-ARRAYMAHE64A y receptores MAHR64A.Controlador: 3 módulos de control MAHCN-1.Funcionamiento: los 3 conjuntos se colocan a ángulos rectosuno de otro. Los controladores transmiten datos sobre la lon-gitud, la anchura y la altura de los paquetes al controladorprincipal del proceso. El sistema principal compila informa-ción sobre el tamaño de todos los paquetes y determina unprograma de embalaje que optimiza el uso del espacio delcontenedor de carga.Página: 148
MO
DE
SUPERVISIÓN DEL TAMAÑO DE ROLLOS
Objetivo: supervisar el tamaño de un rollo grande de mercan-cías desde una distancia de hasta 8 m.Sensor: sensor QT50U.Funcionamiento: durante el proceso de impresión, debesupervisarse el rollo de papel, que puede montarse cómoda-mente cerca del techo, para evitar que se termine el papeldurante una tirada de impresión. Se monta un sensor QT50Uperpendicular al rollo a una distancia de hasta 8 m desde unrollo vacío. Dado que el sensor puede programarse a distan-cia, también puede montarse cerca del techo.Página: 138
RECUENTO DE PIEZAS
Objetivo: contar piezas según van saliendo de un alimentadorvibratorio.Sensor: emisor LX6ESR y receptor LX6RSR.Funcionamiento: la salida del receptor LX6RSR incluye unensanchador de impulsos de 5 ms (retardo a la desconexión)para mejorar la precisión del recuento. Las piezas sucesivasdeben ser separadas al menos 7 ms. El tamaño de detecciónmínimo del objeto es de 5,6 mm.Página: 144
RECOGIDA DE PEDIDOS DEL ALMACÉN
Objetivo: indicar de qué contenedor debe recogerse y verifi-car que se ha retirado un artículo determinado.Sensores: pares emisor/receptor serie PVA.Funcionamiento: el controlador del sistema (normalmente unordenador) emite una instrucción para recoger un artículo deuna ubicación determinada. El controlador enciende las “lucesde trabajo” del PVA en una ubicación determinada. Las lucesde trabajo se apagan cuando se retira un artículo de un lugardeterminado. Si se deben recoger varios artículos de unmismo punto, las luces de trabajo seguirán encendidas hastaretirar el número correcto de artículos.Página: 158