I sensori a ultrasuoni sono i tuttofare tra i sensori e sono idonei per pressoché qualsiasi operazione di rilevamento nel campo industriale. Gli oggetti da rilevare possono essere solidi, liquidi, granulari o polverosi. Rilevano in modo affidabile oggetti che cambiano colore, trasparenti o altamente lucidi. L’efficienza dei sensori a ultrasuoni diventa particolarmente significativa in ambienti gravosi poiché sono estremamente resistenti agli imbrattamenti e la sicurezza di processo non viene compromessa da polvere, fumo, nebbia o simili.
Principi di funzionamento dei sensori
I sensori a ultrasuoni si basano sulla durata misurata del segnale a ultrasuoni. Emettono onde acustiche altamente frequenti che vengono riflesse su un oggetto.
Sensori di prossimità a ultrasuoni
Funzionamento
Nel sensore di prossimità a ultrasuoni viene utilizzato un apposito trasduttore acustico che consente una ricetrasmissione facoltativa delle onde acustiche. Il trasduttore emette un determinato numero di onde acustiche che vengono riflesse dall’oggetto da rilevare. Dopo l’emissione dell’impulso, il sensore a ultrasuoni viene commutato alla modalità di ricezione. Il tempo che trascorre fino al verificarsi di un possibile eco è proporzionale alla distanza dell’oggetto dal sensore di prossimità.
Uscita digitale
Il riconoscimento dell’oggetto è possibile solo all’interno dell’area di misura. La distanza di commutazione corrispondente può essere regolata dall’utente con un potenziometro o appresa con funzione teach-in. Se un oggetto viene riconosciuto all’interno della distanza impostata, lo stato di commutazione del sensore cambia. Un LED integrato informa sul riconoscimento di un oggetto.
Riconoscimento di oggetti
Le onde acustiche vengono ben riflesse sulle diverse superfici. Gli oggetti da rilevare possono essere solidi, liquidi, granulari o polverosi. Gli oggetti trasparenti e quelli difficilmente rilevabili a livello visivo vengono riconosciuti in modo univoco dai sensori a ultrasuoni.
Oggetto standard
Tutti i dati si riferiscono a un oggetto quadrato, piano con le seguenti lunghezze dei bordi:
- 15 x 15 mm con un Sde fino a 250 mm
- 30 x 30 mm con un Sde fino a 1000 mm
- 100 x 100 mm con un Sde > 1000 mm
L’oggetto standard è verticale all’asse di riferimento del sensore.
Dimensione
Per garantire un riconoscimento sicuro dell’oggetto, il segnale riflesso deve essere sufficientemente grande. L’intensità del segnale riflesso dipende anche dalla grandezza dell’oggetto. In caso di oggetto standard definito è possibile sfruttare completamente l’area di rilevamento Sd.
Superficie
Gli oggetti e le sostanze fonoassorbenti con superfici ruvide o porose riflettono il suono in modo diffuso riducendo quindi il range di misura dei sensori a ultrasuoni. L’area di rilevamento Sd può essere completamente sfruttata se la ruvidità massima della superficie dell’oggetto non supera i 0,2 mm.
- Gomma spugnosa
- Cotone/Lana/Tessuti/Feltro
- Materiali estremamente porosi
Coni sonici tipici
I coni sonici elencati sulle pagine dei dati indicano l’area di rilevamento effettiva dei sensori a ultrasuoni. I coni sonici illustrano, inoltre, l’influsso dei coni secondari che aumentano l’angolo di apertura dei sensori nell’area circostante. In base all’assorbimento e alla diffusione acustica nell’aria, i coni sonici diventano più piccoli con distanze maggiori.
I coni sonici sono tipici per un’intera famiglia di sensori. Ad esempio, il profilo 100 – 1000 mm vale per tutti i modelli con questa area di rilevamento, sia analogico sia digitale.
Metodo di misurazione
Per rilevare i coni sonici tipici vengono utilizzati oggetti standard quadrati in acciaio con le seguenti lunghezze dei bordi:
- 15 x 15 mm con un Sde ≤ 250 mm
- 30 x 30 mm con un Sde ≤ 1000 mm
- 100 x 100 mm con un Sde > 1000 mm
Gli oggetti vengono retratti ad angolo retto rispetto all’asse di riferimento del sensore e lateralmente a diverse distanze nell’area di rilevamento. Il successivo collegamento dei punti di commutazione misurati genera i coni sonici tipici. La forma dei coni sonici cambia con l’utilizzo di oggetti rotondi o di geometria diversa.
Fotocellule a riflessione a ultrasuoni
Funzionamento
Fondamentalmente la fotocellula a riflessione funziona secondo lo stesso principio del sensore di prossimità a ultrasuoni. Rispetto ai sensori di prossimità, necessitano di un riflettore che riflette il segnale a ultrasuoni. Ogni oggetto stazionario, fonoriflettente può essere utilizzato come riflettore (es. anche il nastro trasportatore, una parete ecc.). Non appena un oggetto interrompe il tratto tra sensore e riflettore, il sensore riconosce più il riflettore e modifica il segnale all’uscita di commutazione.
Riconoscimento di oggetti
Oggetto standard/Riflettore
Tutti i dati si riferiscono a un oggetto quadrato, piano con una lunghezza dei bordi di 30 mm (Sde > 1000 mm: 100 mm di lunghezza dei bordi, Sde ≥ 2500 mm: 300 mm di lunghezza dei bordi) che è verticale all’asse di riferimento del sensore. Il riflettore deve essere realizzato in materiale ben fonoriflettente con almeno le stesse misure geometriche.
Vantaggi
- Rilevamento corretto dei materiali al 100% fonoassorbenti
- Riconoscimento sicuro anche di oggetti fonoimpedenti
- Nessuna area cieca davanti al sensore con oggetti ≥ all’oggetto standard
Fotocellule a sbarramento a ultrasuoni
Funzionamento
Nelle fotocellule a sbarramento a ultrasuoni, il trasmettitore e il ricevitore sono installati in due alloggiamenti separati. Il ricevitore emette in modo permanente onde acustiche che tramite l’aria arrivano al ricevitore. Se un oggetto interrompe le onde acustiche, il ricevitore collega il livello di uscita.
Il potenziometro integrato nel ricevitore consente all’operatore di determinare esattamente l’amplificazione necessaria del segnale di ingresso sugli oggetti da riconoscere. Lo stato di uscita e l’intensità di segnale ricevuta vengono indicati da un LED.
Angolo di apertura α
L’angolo di apertura α definisce la dilatazione spaziale del cono sonico emesso dal trasmettitore della fotocellula a ultrasuoni.
Ripetibilità
A causa dell’angolo di apertura stretto del cono sonico del trasmettitore a ultrasuoni, la ripetibilità del punto di commutazione S1 è migliore di 3 mm per due oggetti in sequenza alle stesse condizioni.
Isteresi
L’isteresi definisce la differenza tra punto di commutazione S1 e punto di disinserimento S2. Se un oggetto di misurazione interrompe il cono sonico, è necessario un livello di segnale di circa il 75% superiore per il chiaro ripristino del segnale di uscita. Gli oggetti in sequenza ravvicinata vengono così riconosciuti in modo univoco.
Sensori a ultrasuoni di distanza
Funzionamento
Nei sensori di misurazione della distanza, la corrente o la tensione emessa è proporzionale alla distanza dell’oggetto da rilevare. Sulla base della procedura “pulse-echo”, il valore di allontanamento misurato viene emesso come valore di tensione. La transconduttanza della curva di uscita può essere modificata, in base al sensore, tramite potenziometro, funzione teach-in o qTeach ed essere adattata, in modo ottimale, alla risoluzione necessaria all’applicazione corrispondente. Nelle applicazioni con cavi di alimentazione lunghi o interferenze ampie suggeriamo l’utilizzo del sensore a ultrasuoni di distanza con uscita in corrente.
