Quali sono gli usi principali dei sensori fotoelettrici nell'automazione?

Automazione del sistema di trasporto con rilevamento in tempo reale degli oggetti

Rilevamento in tempo reale della presenza di oggetti per l'avvio/arresto sincronizzato del motore

I sensori fotoelettrici rilevano gli oggetti sui nastri trasportatori senza contatto, utilizzando invece fasci di luce infrarossa per individuare gli oggetti mentre passano attraverso di essi. Questi sensori si attivano quando un oggetto entra o esce dalla loro area designata, inviando segnali per avviare o arrestare i motori in modo che tutto proceda regolarmente con i prodotti che scorrono nel sistema. Il risultato? Si verificano meno intasamenti perché nulla si inceppa, le parti durano più a lungo poiché subiscono minore usura, e le fabbriche risparmiano effettivamente circa il 40 percento sui costi energetici rispetto al funzionamento continuo delle macchine per tutta la giornata. Ciò che rende questi sensori particolarmente validi è la loro capacità di operare efficacemente anche quando installati in ambienti dove le vibrazioni provocate da macchinari pesanti comprometterebbero il funzionamento della maggior parte delle altre apparecchiature.

Integrazione con PLC per una temporizzazione precisa e l'ottimizzazione della produttività

Quando i sensori fotoelettrici vengono collegati ai PLC (i cosiddetti Controller Logici Programmabili), si forma essenzialmente un ciclo di controllo reattivo che opera in tempo reale. Il funzionamento è piuttosto semplice: i dati del sensore vengono inviati direttamente al 'cervello' logico del PLC, che a sua volta apporta rapidissime regolazioni alla velocità con cui i nastri trasportatori si muovono tra diverse aree di lavorazione. Questo accorgimento elimina quegli spiacevoli intervalli temporali che in passato si verificavano durante le produzioni e, secondo test sul campo, in alcune strutture si è registrato un aumento della produttività pari a circa il 25%. Un altro vantaggio è che la programmazione del PLC consente di impostare risposte personalizzate in base al tipo di prodotti che transitano sulla linea. C'è poi un ulteriore aspetto positivo: questi controller intelligenti sono dotati di funzionalità diagnostiche che avvisano il personale manutentivo quando i sensori cominciano a fuoriuscire dall'allineamento, molto prima che si noti qualsiasi calo nella qualità delle prestazioni.

Caso studio: Modulazione della velocità del nastro di assemblaggio automobilistico mediante sensori a fascio passante

Un grande impianto di produzione automobilistica ha installato questi sensori a interruzione di fascio lungo la linea di assemblaggio del telaio per tenere traccia dei componenti in movimento su nastri trasportatori larghi tre metri. Il sistema funzionava in modo piuttosto intelligente: regolava la velocità dei nastri in base a ciò che accadeva in ogni stazione. Quando i robot saldatori terminavano in anticipo, i nastri aumentavano il passo. Ma ogni volta che si verificava un cambio utensile a valle, tutto rallentava per evitare accumuli. L'analisi dei dati dopo sei mesi ha mostrato miglioramenti significativi: i cicli produttivi sono diventati più rapidi del 18%, si è risparmiato circa 22.000 dollari al mese sui costi dell'elettricità e le guasti alle attrezzature sono diminuiti di quasi un terzo rispetto al periodo precedente l'implementazione di questa rete di sensori.

Ottimizzazione della movimentazione materiali e delle linee di confezionamento

I sensori fotoelettrici svolgono oggi numerose attività importanti nel settore della movimentazione materiali: contano gli articoli, rilevano le interruzioni tra i prodotti e monitorano il livello di riempimento dei contenitori, riducendo nel contempo gli errori del circa 30% lungo le linee di imballaggio. L'accuratezza che offrono riduce gli sprechi di materiale, accelera il flusso lungo la linea e aiuta concretamente le aziende ad aderire ai principi della produzione snella, un aspetto particolarmente rilevante in settori soggetti a normative rigorose come la lavorazione degli alimenti, la produzione farmaceutica e l'assemblaggio di prodotti per il consumo. Per quanto riguarda il rilevamento delle interruzioni, questi sensori arrestano quasi istantaneamente i nastri trasportatori in caso di ostruzioni, consentendo di risparmiare evitando costosi incidenti e fermi imprevisti. Il monitoraggio dei livelli di riempimento garantisce che ogni contenitore venga riempito nella misura esatta, impedendo alle aziende di sprecare fino al 25% delle materie prime ogni anno. E non va dimenticata la funzione di conteggio in tempo reale, che invia direttamente i dati ai sistemi di gestione dell'inventario, offrendo ai produttori un controllo migliore su ciò che producono e sui tempi di produzione.

Conteggio, rilevamento di lacune e monitoraggio del livello di riempimento nelle linee di confezionamento

Queste applicazioni si basano su sensori fotoelettrici per un controllo ad alta velocità e alta precisione:

• Conteggio verifica la quantità di articoli su nastri in rapido movimento, essenziale per la conformità nel confezionamento farmaceutico e alimentare, dove errori di conteggio possono comportare sanzioni regolatorie.
• Rilevamento dei Buchi identifica articoli mancanti o spaziature irregolari tra i prodotti, attivando arresti automatici per evitare accumuli e alimentazioni errate.
• Monitoraggio del livello di riempimento controlla i livelli di liquidi o solidi nei contenitori per ottimizzare il volume di riempimento e ridurre al minimo fuoriuscite o riempimenti insufficienti.

I principali benefici includono:

• riduzione del 15–20% delle lavorazioni ripetute grazie alla correzione immediata degli errori
• Costi operativi inferiori grazie a ispezioni manuali meno frequenti
• Maggiore sostenibilità grazie alla riduzione degli sprechi di materiale

Sensori diffusi vs. retro-riflettenti: prestazioni in ambienti di confezionamento polverosi

La scelta dei sensori è molto importante quando si lavora in ambienti pieni di polvere, come mulini, cementifici o qualsiasi luogo in cui vengono manipolati cereali. I sensori diffusi standard emettono luce verso l'oggetto da rilevare, ma hanno problemi quando c'è molta polvere sospesa, poiché i segnali vengono dispersi ovunque. Ciò li rende imprecisi nella maggior parte dei casi, spesso con un'accuratezza inferiore all'85% quando la polvere è particolarmente densa. Al contrario, i sensori retro-riflettenti funzionano in modo diverso, utilizzando luce polarizzata insieme a riflettori speciali che aiutano ad eliminare letture errate. Questi tendono a rimanere affidabili anche in condizioni difficili, mantenendo tassi di rilevamento superiori al 95% nonostante lo sporco. La differenza principale tra queste opzioni dipende dalla loro capacità di gestire efficacemente condizioni polverose e complesse.

La selezione di sensori retro-riflettenti in linee di confezionamento impegnative ha dimostrato di ridurre del 40% i tempi di fermo legati ai sensori.

Rilevamento ad alta velocità per il controllo e l'accuratezza della linea di produzione

Raggiungere la verifica di oltre 10.000 pezzi al minuto con tecnologia LED modulata

I sensori fotoelettrici attuali si basano su tecnologia LED ad alta frequenza in grado di rilevare oggetti in movimento a velocità superiori a 10.000 pezzi al minuto (ppm), caratteristica fondamentale per operazioni su larga scala come linee di selezione, impianti di riempimento bottiglie e assemblaggio di componenti elettronici. Questi sensori non sono influenzati dalle normali condizioni di illuminazione o dalle vibrazioni che affliggono i sistemi più datati, riducendo gli attivazioni accidentali di circa quattro quinti anche in condizioni difficili sul pavimento di fabbrica. Poiché funzionano senza contatto diretto, mantengono prestazioni costanti quando i metodi tradizionali cominciano a cedere. Ciò si traduce in minori interruzioni produttive e una migliore affidabilità complessiva del sistema durante i periodi di massima produzione.

Posizionamento sub-millimetrico mediante sensori fotoelettrici retro-riflettenti polarizzati

Quando si tratta di lavori estremamente precisi, come posizionare wafer semiconduttori o assemblare componenti minuscoli, i sensori fotoelettrici polarizzati retro-riflettenti possono posizionare gli oggetti con un margine di errore di circa mezzo millimetro. Questi sensori sono dotati di filtri speciali che bloccano le fastidiose riflessioni provenienti da superfici metalliche lucide, consentendo di rilevare gli oggetti in modo affidabile senza alcun contatto fisico. Bracci robotici equipaggiati con questi sensori possono posizionare parti fragili ripetutamente con una precisione straordinaria, qualcosa che gli interruttori meccanici tradizionali semplicemente non riescono a fare. Le fabbriche che utilizzano questa tecnologia segnalano una riduzione dei prodotti danneggiati e costi di manutenzione inferiori del 35-40 percento circa. Fa una grande differenza in ambienti produttivi dove ogni frazione di millimetro è importante.

Integrazione intelligente: tendenze di IO-Link e manutenzione predittiva

La crescente diffusione dei sensori fotoelettrici IO-Link per la manutenzione predittiva

La tecnologia IO-Link trasforma i comuni sensori fotoelettrici in dispositivi intelligenti periferici, poiché consente loro di inviare e ricevere informazioni diagnostiche in tempo reale. Si pensi, ad esempio, alla sporcizia che si accumula sulla lente, alle variazioni di temperatura nel tempo e alla qualità del segnale rispetto al rumore di fondo. I team di manutenzione possono effettivamente risolvere i problemi prima che diventino guasti seri. Invece di aspettare il malfunzionamento di un componente, gli operatori possono pulire le lenti fastidiose o regolare le impostazioni mentre tutto continua a funzionare correttamente. Lo scorso anno, secondo Automation World, gli impianti di imbottigliamento hanno ottenuto risultati notevoli con questo approccio, riducendo gli arresti imprevisti di circa il 45 percento. Prendiamo come caso di studio l'accumulo di polvere sulle componenti ottiche: i sensori rilevano queste micro-particelle molto prima che si noti qualsiasi calo di precisione. Con sistemi di selezione sempre più veloci che dipendono fortemente da una rilevazione accurata, i produttori stanno rendendo l'integrazione IO-Link un requisito indispensabile nei loro elenchi di controllo ingegneristici. Ciò contribuisce a prolungare la vita utile delle macchine, a ridurre i costi a lungo termine e a rendere le operazioni meno vulnerabili a interruzioni.