POWER POWER 16-30V dc 1A MAX ALIGNMENT SWITCH NC +12V COM DRN T/R T/R 10-30Vdc 10-30Vdc TX TX F1 RS-485 BR BU BK WH GATE ALIGN 5 Wires #1 ALARM 30V 30V(MAX) 150mA MAX 150mA MAX EMTR RCVR DIAGNOSTICS MAHCIP-1 2 - TX 3 - RX 5 - COM Sensores de medición e inspección ALARM GATE ALIGN 40 U-GAGE ANALOG DISCRETE POWER SIGNAL DIAGNOSTICS Error No. Error Type Error No. Error Type System OK Emitter Error Align / blank Serial Comm Output Short EEPROM E / R Mismatch CPU Error Receiver Error Null / Span HIGH RESOLUTION MINI-ARRAY CONTROLLER NC NC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 INDICATOR RS-232 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2,5 m 100
Tabla de materias Teoría de la medición e inspección...102 Aplicaciones de medición e inspección...106 Sensores de medición de distancia por 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 ultrasonidos de largo alcance QT50U...138 Pantallas luminosas de detección LX...144 Pantallas luminosas de medición Mini-Array y Mini-Array Alta Resolución...148 Sensores de PVA y PVD para recogida de piezas de bandejas...158 Serie VTB...166 Guía de selección: resumen...170! ADVERTENCIA DE SEGURIDAD IMPORTANTE! Los sensores descritos en esta sección del catálogo no incluyen los circuitos redundantes de autocomprobación necesarios para usarlos en situaciones que comprometan la seguridad de las personas. El fallo o mal funcionamiento de un sensor puede hacer que sus bornes de salida queden en condición tanto activa como inactiva. No utilice nunca estos productos como dispositivos de detección para seguridad del personal. Banner Engineering 101
Teoría sobre la medición e inspección Glosario de términos Precisión La precisión se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor real de la temperatura ambiente. En la mayoría de los casos, la precisión incluye las dos fuentes principales de error: la resolución y la linealidad. Salida analógica La salida analógica de un sensor es la salida continua de una variable medida. El formato de esta salida puede ser de 4 a 20 ma, 0 a 10 V u otro valor. Ángulo del haz Los sensores de ultrasonidos emiten una energía en frecuecia en forma de cono que varía con la distancia. El ángulo de este haz se define generalmente como el ángulo total (incluido). Los haces del ultrasonido no son conos perfectos; la mayoría de la energía del ultrasonido está en el centro del haz. El nivel de energía disminuye con la distancia desde el eje. El ángulo del haz se define como la zona donde la energía es el 50% de la energía medida en el eje. Vea la figura 1. % de reflexión 100 80 60 40 20 0 Blanco Rojo Naranja La resolución se ve ligeramente afectada en función del cuadrado de luz recibida. Por ejemplo, al reducir la cantidad de luz en un factor de nueve disminuye la resolución en un factor de tres. Recuerde que los sensores de ultrasonidos no se ven afectados por el color o la transparencia del objetivo. Sensibilidad del color Amarillo Morado Figura 2: luz relativa reflejada de una fuente de luz por LED roja En sensores ópticos, la sensibilidad del color se refiere al cambio de salida cuando cambie al color de un objeto. Por ejemplo, el LG5 cambia generalmente menos de 75 µm al cambiar el objeto de un blanco brillante a un objeto de color cercano al negro (aprox. 90% de reflexión a 10% de reflexión. Nota: para mediciones muy precisas, Banner utiliza objetivos de cerámica de precisión, a diferencia de los objetivos de cartón Kodak estándar). Verde Azul Negro Sensor Figura 1: ángulo del haz Efectos del color ángulo del haz El color del objeto que se va a medir puede afectar a la resolución y a la precisión de las lecturas. Los objeto blancos, rojos, amarillos y naranja reflejan más luz que los objetos verdes, azules o negros. Las especificaciones sobre resolución enumeradas en este catálogo son para objetos blancos. La resolución para objetos negros puede ser hasta cuatro veces menor que para objetos blancos. En la figura 2 se observa la cantidad relativa de luz recibida que se refleja de diferentes colores de objetos. Zona ciega Por zona ciega se entiende la zona donde el sensor no puede medir. Por ejemplo, la zona ciega del sensor de ultrasonidos Q45U es de 100 mm, es decir, la salida es inutilizable cuando un objetivo se encuentra en esta área de zona ciega. El objetivo de montaje debe colocarse de tal manera que el objeto que se va medir quede siempre dentro del margen de medición. Salida digital Las salidas digitales son salidas activas-inactivas que detectan el momento en que una medición continua ha alcanzado un valor específico. Las salidas digitales se detectan generalmente con transistores PNP o NPN o con un relé electromecánico. 102
Teoría sobre la medición e inspección Resistencia de carga Una resistencia de carga, denominada también resistencia conductora, es una resistencia de precisión utilizada para convertir una señal de 4 a 20 ma a una señal de tensión. La resistencia conductora más común es 250 Ω ± 0,025 Ω, que convierte la corriente a una señal de 1 V a 4 V. Para una buena estabilidad sobre la temperatura, la resistencia conductora debe tener un coeficiente de temperatura de 0,01% por C o mejor. Respuesta de frecuencia La respuesta de frecuencia se refiere a las frecuencias máximas que puede rastrear un sensor analógico. Todos los sensores analógicos tienen un tiempo de respuesta inherente que limita su capacidad para medir movimientos periódicos a altas frecuencias. Por ejemplo, piense en un sensor de desplazamiento por láser con un tiempo de respuesta de 1,6 ms que esté midiendo el descentrado de un cilindro rotativo. Dado que el sensor de láser registra la media de los datos sobre un periodo de 1,6 ms, registrará un valor de amplitud por debajo del valor del descentrado pico. Este error aumenta al incrementarse la velocidad de giro. Normalmente este error se especifica como la velocidad de giro que produce un error de -3 db (-3 db es igual a un error del 30%). Para un tiempo medio de 1,0 ms, la respuesta de frecuencia de -3 db es de 450 Hz. A 450 Hz, un desplazamiento de 1,0 mm es leído como 0,7 mm por el sensor láser. Como referencia, recuerde que el cigüeñal de un motor de vehículo funcionando a 3.000 rpm es sólo 50 Hz. Escala máxima El rango de escala máxima de un sensor representa el margen de medición máximo posible. Por ejemplo, un sensor de desplazamiento por láser que mide de 75 a 125 mm tiene un rango de escala máxima de 50 mm. Aunque el usuario haya configurado el sensor para leer de 100 a 120 mm, la escala máxima sigue siendo 50 mm. Este es un dato importante a tener en cuenta si un fabricante ofrece una especificación de rendimiento en términos de % de la escala máxima. Los errores no disminuyen con el lapso de medición calibrado, como ocurriría si el fabricante ofreciera la especificación en términos de % del lapso. Histéresis La histéresis se utiliza comúnmente para representar la diferencia en puntos de conmutación para salidas digitales. Por ejemplo, una salida puede activare cuando un objetivo llega a 25 mm, pero no se desactiva hasta que el objetivo esté 24 mm más lejos. Así, habrá una histéresis de 1 mm. La histéresis se emplea también en relación con los sensores analógicos para representar la diferencia de movimiento de una salida de forma ascendente o descendente. Por ejemplo, una sonda de contacto está calibrada 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 mm corresponde a una salida de 11,98 ma. Durante el recorrido de 10 a 0 mm, el punto de 5 mm corresponde a 12,02 ma. Así, la histéresis será de 0,04 ma o 0,25% de lapso. La histéresis analógica en sistemas de medición mecánicos es a menudo medible; y en sensores no mecánicos, como los fotoeléctricos, es casi siempre insignificante. Linealidad La linealidad se refiere a la cantidad máxima de no linealidad en la salida del sensor. Generalmente se define como la desviación máxima por encima o por debajo de la salida ideal del sensor. Se debe tener en cuenta que los errores de linealidad son errores repetibles y no afectan a la capacidad del sensor para activar de manera repetible salidas digitales. Además, dado que los errores de linealidad son repetibles, son potencialmente corregibles en el sistema principal. Un esquema de linealización en un sistema principal consta de una tabla de valores reales y valores ideales que sirve como tabla para interpolación. Vea la figura 3. Salida salida real Linealidad salida ideal Distancia Figura 3: Linealidad Banner Engineering 103
Teoría sobre la medición e inspección Margen de medición El rango de medición representa el rango máximo que un sensor puede medir Lapso de medición El lapso de medición se refiere generalmente a los valores reales configurados para los que se ha ajustado el sensor. Por ejemplo, un sensor con un margen de medición de 0,2 a 1 m, está configurado con un lapso de medición de 0,5 a 0,8 m. Condiciones de referencia Las especificaciones sobre rendimiento para sensores de medición se dan generalmente para condiciones de referencia. Las condiciones de referencia son normalmente 20 C y 1 atmósfera de presión (aproximadamente 1 Bar). Además, también debe describirse un objetivo de referencia en las especificaciones. Para dispositivos de medición por láser se utiliza a menudo un objetivo de cerámica blanco; y para ultrasónidos, un objetivo metálico cuadrado. Repetibilidad La repetibilidad de un sensor es la diferencia de salida del sensor cuando se da la misma entrada varias veces. Banner emplea normalmente la repetibilidad para cuantificar el rendimiento de un sensor digital. Para un sensor digital, la repetibilidad representa la variación en distancias de conmutación para un objetivo estándar bajo condiciones de referencia. Por ejemplo, un sensor de desplazamiento láser se ha programado para cambiar su salida a una distancia de 100 mm. La distancia de conmutación real se mide veinte veces con un micrómetro. Los datos muestran una desviación estándar de 0,01 mm; la repetibilidad sigma dos es de 0,02 mm. Resolución La resolución es una de las especificaciones más importantes en dispositivos de medición, siendo una medida del cambio más pequeño en la posición de un objetivo que puede ser detectado por el dispositivo de medición. También es una medida de las fluctuaciones esperadas en la salida de un dispositivo cuando el objetivo se encuentra a una distancia fija del sensor. Por ejemplo, un dispositivo con una resolución de 0,2% de distancia de medición que se encuentre alejado del objetivo 100 mm. La resolución es 0,2% veces 100 mm o 0,2 mm. Esto significa que cualquier cambio mayor de 0,2 mm en la posición del objetivo provoca un cambio medible en la salida del sensor. También implica que si el objetivo no cambia de posición, podría esperarse que el ruido de la señal de salida sea inferior a 0,2 mm. En algunos casos un fabricante especifica una resolución de salida y enumera una especificación en bits como 12 bits. Esto significa que la sección de salida del circuito tiene una resolución de uno en 2 12 (4096). Si el sensor tiene una ventana de medición de, pongamos 100 mm, esto sería igual a 100/4096 = 0,024 mm. Cuando se proporcionen las especificaciones de esta manera, asegúrese de que el resto del circuito tenga una resolución menor que la sección de salida del circuito (el convertidor analógicodigital). En otras palabras, si un sensor tiene una resolución de salida de 0,02 mm, y el resto de un sistema de medición de un sensor produce una resolución de 0,5 mm, la resolución final se limita a 0,5 mm. Influyen en la resolución factores como la velocidad de respuesta, el estado del objetivo, la distancia al objetivo, y factores externos como el ruido de salidas sin terminar y pantallas o iluminación, motores, etc. Tiempo de respuesta El tiempo de respuesta es una medida de la rapidez a la que puede reaccionar un sensor a un cambio en la variable de entrada. Este valor se da normalmente como el tiempo que tarda el sensor en emitir una señal que representa el 63% del cambio de la entrada. Por ejemplo, un sensor de temperatura a 0 C se introduce rápidamente en agua a 100 C. El sensor ofrece una lectura de 63 C tras 4 segundos, por lo que el tiempo de respuesta del sensor es de 4 segundos. Lapso El lapso de un sensor es el rango sobre el que se configura la salida lineal. Por ejemplo, un sensor de ultrasonidos está calibrado para que 4 ma sea igual a 500 mm; 20 ma sea 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 lineal del sensor. Por ejemplo, un sensor de desplazamiento por láser puede tener un ajuste del lapso de 5 a 15 mm, lo que significa que la señal de 4 a 20 ma puede correlacionarse a lapsos de hasta un mínimo de 5 mm o hasta 104
Teoría sobre la medición e inspección un máximo de 15 mm. Este rango se denomina en algunos casos margen de regulación. En el ejemplo de arriba, el margen de regulación es de 15:5 o 3:1. Distancia de separación Distancia desde el frente del sensor hasta el punto central del margen de medición. Ángulo del objetivo Para sensores de ultrasonidos, un objetivo liso perpendicular al eje del haz devuelve al sensor mayor intensidad de energía. Al aumentar el ángulo del objetivo, la cantidad de energía recibida por el sensor disminuye, y a un punto determinado, el sensor no podrá ver el objetivo. Para la mayoría de los sensores de ultrasonidos, el ángulo del objetivo debe ser de un máximo de 10. Vea la figura 4. Superficie del objetivo A veces la elección de un sensor puede verse determinada por la superficie del objetivo a detectar. Los sensores ópticos generalmente no funcionan bien en superficies muy lisas tipos espejo (como el plástico transparente) o en materiales porosos (como la espuma). Los sensores de ultrasonidos no funcionan bien en materiales que absorben el sonido, pero son la mejor elección para superficies transparentes, de colores diferentes o altamente reflectivas. Desviación del aumento de temperatura Error que se produce al calentarse el sensor tras una conexión en frío. Permite un calentamiento correcto antes de programar u operar el sistema. Efecto de la temperatura El efecto de la temperatura se define como el cambio máximo en salida por cambio en temperatura ambiente. Un ejemplo de una especificación de efecto de la temperatura es 1% de la distancia por 10 C, lo que significa que la salida del sensor cambia menos de un 1% por cada 10 C de variación de la temperatura. Para sensores de ultrasonidos, la velocidad del sonido depende de la composición química del gas en el que viaja, de la presión y de la temperatura del gas. Para la mayoría de las aplicaciones, la composición y presión del gas son relativamente fijas, mientras que la temperatura no lo es. En aire, la velocidad del sonido varía con la temperatura según la siguiente aproximación: C m/s = 20 273 + T donde C m/s = velocidad del sonido en m/s T = temperatura en C La velocidad del sonido cambia aproximadamente un 1% por cada 6 C. Algunos sensores de ultrasonidos de Banner incorporan compensación de la temperatura. La compensación de la temperatura reduce el error provocado por la temperatura alrededor de 2/3. Tenga en cuenta también que si el sensor está midiendo por una pendiente de temperaturas, la técnica de compensación será menos efectiva. Error total La suma de todos los errores asociados con la precisión (Linealidad, Resolución/Repetibilidad), efecto de la temperatura y Desviación del aumento de temperatura. Para calcular el error esperado de un dispositivo de medición, utilice el método de la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (RSS) para combinar las fuentes de error individuales. Por ejemplo, un sensor con una resolución de 3 mm y una linealidad de 4 mm tendría un error esperado de 3 2 + 4 2 = 5 mm. Sensor Figura 4: ángulo del objetivo ángulo del objetivo 10 Velocidad de actualización La velocidad de actualización de un sensor es aquélla a la que se expone un nuevo valor desde el sensor. Este término no debe confundirse con el tiempo de respuesta, que en muchos casos es bastante más lento que la velocidad de actualización. Por ejemplo, un sensor puede calcular una media de movimiento de 10 ms de datos expuestos cada 1 ms. En este caso, la velocidad de actualización es de 1/1 ms o 1 khz, mientras que el tiempo de respuesta sería de 6 ms. Banner Engineering 105
RANGE IN OUT POWER SIGNAL ANALOG DISCRETE U-GAGE POWER SIGNAL ANALOG DISCRETE U-GAGE Aplicaciones de los sensores de medición e inspección Receiver To Set NEAR and FAR Limits. 1. Press and hold Teach button until the Teach light turns on (RED) 2. Adjust target to 1st limit position. Press Teach button. (Teach flashes) Emitter TEACH OATMEA L OATMEA L OATMEA L DETECCIÓN DE ERRORES EN UNA OPERACIÓN DE CORTE CON LÁSER Objetivo: verificar la posición correcta de orificios cortados en un chasis. Sensor: sensor de modo directo LT3. Funcionamiento: se utiliza un proceso de corte por láser con rotor para cortar aberturas en secciones del chasis de automóviles. Cuando se corta una sección, el sensor LT3 inspecciona la zona para verificar si se ha ubicado correctamente el agujero. Como el sensor no puede montarse dentro del rango de movimiento del robot, el rango operativo tan largo del sensor LT3 es vital para este proceso. Página: 108 CONTROL DEL NIVEL DE LLENADO Objetivo: supervisar y controlar el nivel de llenado de cereal seco en una operación de embalaje. Sensor: sensor Q50BU. Funcionamiento: Muchas líneas de procesado de alimentos se llenan ahora por nivel, en lugar de por peso. Los sensores analógicos por infrarrojos Q50 son la mejor elección para monitorizar el nivel de llenado de superficies irregulares, como los cereales secos. Página: 114 PERFILADO DE MADERA Objetivo: moldes de madera perfilada; inspección de dimensiones fresadas. Sensor: sensor LG10A65NU. Funcionamiento: el LG10, con una distancia de 100 mm y una ventana de medición de 50 mm, puede perfilar con gran precisión diferentes moldes de madera en aplicaciones de fresado. El LG10 no es sólo rápido y preciso, también es muy tolerante a los cambios de color de la madera. Por ejemplo, si se cambia de una madera marrón oscuro a una de un color más claro, no es necesario cambiar la configuración del sensor. Página: 120 GRÚA ANTI-COLISIÓN Objetivo: asegurarse de que la grúa no haga contacto con la parte superior del contenedor. Sensor: sensor T30UDNBQ. Funcionamiento: el T30U detecta la distancia a la parte superior del contenedor y emite una señal si esta distancia es menor que valor crítico previamente ajustado. Página: 132 106
Aplicaciones de los sensores de medición e inspección SUPERVISIÓN DEL TAMAÑO DE ROLLOS Objetivo: supervisar el tamaño de un rollo grande de mercancías desde una distancia de hasta 8 m. Sensor: sensor QT50U. Funcionamiento: durante el proceso de impresión, debe supervisarse el rollo de papel, que puede montarse cómodamente cerca del techo, para evitar que se termine el papel durante una tirada de impresión. Se monta un sensor QT50U perpendicular al rollo a una distancia de hasta 8 m desde un rollo vacío. Dado que el sensor puede programarse a distancia, también puede montarse cerca del techo. Página: 138 RECUENTO DE PIEZAS Objetivo: contar piezas según van saliendo de un alimentador vibratorio. Sensor: emisor LX6ESR y receptor LX6RSR. Funcionamiento: la salida del receptor LX6RSR incluye un ensanchador de impulsos de 5 ms (retardo a la desconexión) para mejorar la precisión del recuento. Las piezas sucesivas deben ser separadas al menos 7 ms. El tamaño de detección mínimo del objeto es de 5,6 mm. Página: 144 MODE PERFILADO DE PAQUETES Objetivo: medir con precisión las cajas para su envío. Sensores: 3 emisores de alta resolución MINI-ARRAY MAHE64A y receptores MAHR64A. Controlador: 3 módulos de control MAHCN-1. Funcionamiento: los 3 conjuntos se colocan a ángulos rectos uno de otro. Los controladores transmiten datos sobre la longitud, la anchura y la altura de los paquetes al controlador principal del proceso. El sistema principal compila información sobre el tamaño de todos los paquetes y determina un programa de embalaje que optimiza el uso del espacio del contenedor de carga. Página: 148 RECOGIDA DE PEDIDOS DEL ALMACÉN Objetivo: indicar de qué contenedor debe recogerse y verificar que se ha retirado un artículo determinado. Sensores: pares emisor/receptor serie PVA. Funcionamiento: el controlador del sistema (normalmente un ordenador) emite una instrucción para recoger un artículo de una ubicación determinada. El controlador enciende las luces de trabajo del PVA en una ubicación determinada. Las luces de trabajo se apagan cuando se retira un artículo de un lugar determinado. Si se deben recoger varios artículos de un mismo punto, las luces de trabajo seguirán encendidas hasta retirar el número correcto de artículos. Página: 158 Banner Engineering 107