มารู้จักประเภทของ Photoelectric Sensor กันเถอะ

เมื่อถึงเวลาการใช้งานจะวางให้อยู่ตรงข้ามกัน ซึ่งเป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดใหญ่ และช่วงระยะในการตรวจจับมากที่สุด ซึ่งในสภาวะการทำงานปกติตัวรับ Receiver จะสามารถรับสัญญาณแสงจากตัวส่ง Emitter ได้ตลอดเวลา โดยเซ็นเซอร์แบบนี้จะทำหน้าตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าเซ็นเซอร์ ซึ่งวัตถุหรือชิ้นงานที่ผ่านหน้าเซ็นเซอร์จะขวางลำแสงที่ส่งจากตัวส่ง Emitter ไปยังตัวรับ Receiver

เมื่อลำแสงไม่สามารถถึงตัวรับ จะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาท์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป โดยเราเรียกลักษณะการทำงานแบบนี้ว่า Dark On หรือ Dark Operate

Photoelectric sensor แบบ Opposed Mode

ภายตัวเซ็นเซอร์แบบนี้จะมีตัวส่ง Emitter และตัวรับ Receiver ติดตั้งภายในตัวเดียวกัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องเดินสายไฟทั้งสองฝั่งเหมือนแบบ Opposed Mode ทำให้การติดตั้งใช้งานได้ง่ายกว่า แต่อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องติดตั้งตัวแผ่นสะท้อนหรือ Reflector ไว้ตรงข้ามกับตัวเซ็นเซอร์เอง โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบที่ใช้แผ่นสะท้อนแบบนี้จะเหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีลักษณะทึบแสงไม่เป็นมันวาว เนื่องจากอาจทำให้ตัวเซ็นเซอร์เข้าใจผิดว่าเป็นตัวแผ่นสะท้อน และทำให้ทำงานผิดพลาดได้

เซ็นเซอร์แบบนี้จะมีช่วงในการทำงานหรือระยะในการตรวจจับจะได้ใกล้กว่าแบบ Opposed mode ซึ่งในสภาวะการทำงานปกติตัวรับ Receiver จะสามารถรับสัญญาณแสงจากตัวส่ง Emitter ได้ตลอดเวลา เนื่องจากลำแสงจะสะท้อนกับแผ่นสะท้อน Reflector อยู่ตลอดเวลา

หน้าที่หลักของเซ็นเซอร์ชนิดนี้จะคอยตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าเซ็นเซอร์ เมื่อวัตถุหรือชิ้นงานผ่านเข้ามาที่หน้าเซ็นเซอร์ แล้วจะการขวางลำแสงที่ส่งจากตัวส่ง Emitter ที่ส่งไปยังแผ่นสะท้อน จึงทำให้ตัวรับ Receiver ไม่สามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้

ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาท์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป โดยเราเรียกลักษณะการทำงานแบบนี้ว่า Dark On หรือ Dark Operate นอกจากนี้ตัว Photoelectric sensor ที่ใช้แผ่นสะท้อน สามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มใหญ่ ได้ดังนี้ Non Polarization Photoelectric sensor / Polarization Photoelectric sensor

Photoelectric sensor แบบ Retro-reflective

ภายในตัวเซ็นเซอร์แบบนี้จะมีตัวส่ง Emitter และตัวรับ Receiver ติดตั้งภายในตัวเดียวกัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องเดินสายไฟทั้งสองฝั่งเหมือนแบบ Opposed Mode ทำให้การติดตั้งใช้งานได้ง่ายกว่า โฟโต้เซ็นเซอร์แบบสะท้อนกับวัตถุ

เซ็นเซอร์ชนิดนี้จะใช้ในการ ตรวจจับชิ้นงานที่มีลักษณะทึบแสงและโปร่งแสงได้ ซึ่งในสภาะการทำงานปกติตัวรับ Receiver จะไม่สามารถรับสัญญาณจากตัวส่ง Emitter ได้ เนื่องจากไม่มีวัตถุที่จะทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนลำแสงกลับมายังตัวรับ Receiver

โดยเซ็นเซอร์แบบนี้จะทำหน้าที่ตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านที่หน้าของเซ็นเซอร์ โดยวัตถุหรือชิ้นงานที่ผ่านหน้าเซ็นเซอร์จะทำหน้าที่สะท้อนลำแสงที่ส่งมาจากตัวส่ง Emitter กลับไปยังตัวรับ จึงทำให้ตัวรับ Receiver สามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้ ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาท์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป โดยเราเรียกลักษณะการทำงานแบบนี้ว่า Light On หรือ Light Operate นอกจากนี้ตัว Photoelectric sensor ที่ใช้แผ่นสะท้อน สามารถแบ่งประเภทย่อยได้ดังนี้

เป็นโหมดการทำงานพื้นฐานสุดของ Photoelectric sensor แบบ Diffuse mode ซึ่งแสงที่ส่งออกจากตัว Emitter นั้น จะทำมุมกับตัวเซ็นเซอร์เอง แต่ตัวรับหรือ Receiver นั้นจะรับเฉพาะแส่งที่สะท้อนกับวัตถุแล้วส่งกลับมาตั้งฉากกับตัวรับเท่านั้น ซึ่งการทำงานแบบนี้ ในเรื่องของสี ขนาด และความสว่างของวัดถุ มีผลต่อระยะทางในการตรวจจับทั้งสิ้น

 Photoelectric sensor แบบ Diffuse

เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มของ Diffuse Mode โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบ Background Suppression นั้น ถูกออกแบบมาให้แก้ปัญหาในการตรวจจับวัตถุที่มีตำแหน่งในการตรวจจับวางอยู่ใกล้กับตัวพื้นหลัง ซึ่งอาจมีลักษณะของพื้นผิวที่ใกล้เคียงกับชิ้นงานจนทำให้บางครั้งตัวเซ็นเซอร์แบบธรรมดาไม่สามารถแยกแยะระหว่างชิ้นงานกับพื้นหลังได้ ทำให้การทำงานเกิดความผิดพลาด

แต่สำหหรับ Photoelectric sensor background suppression นั้นจะอาศัยหลักการทำงานแบบสามเหลี่ยมมุมฉาก โดยตัว Emitter จะส่งสัญญาณแสงเป็นเส้นตรงโดยตั้งฉากกับเลนส์ ส่วนภาครับจะติดตั้งให้ทำมุมกับภาคส่ง เพื่อแสงสะท้อนกับชิ้นงานแล้วกล้บมายังภาครับ ซึ่งภาครับของตัว Photosensor แบบ Background Suppression จะประกอบไปด้วย Photo Transistor 2 ชุด ซึ่งทำหน้าที่รับสัญญาณแสงที่จะท้อนกลับมา และทำการเปรียบเทียบกับเป็นวงจร Window Comparator เพื่อให้สามารถรับรู้ได้ว่าตำแหน่งที่ต้องการตรวจจับอยู่ที่ตรงไหน โดย Photo Transistor ทั้งสองชุดจะจดจำค่าระดับของแสงที่รับได้เอาไว้ ก็จะสามารถจำกัดระยะทางในการตรวจจับได้ ตามขนาดของมุมที่สะท้อนกลับมา

Photoelectric sensor แบบ Background Suppression

เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มของ Diffuse Mode โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบ Convergent นั้นถูกออกแบบมาให้ตรวจจับวัตถุในลักษณะของการจำกัดพื้นที่ หรือ ย่านในการตรวจจับ โดยจะตรวจจับชิ้นงาน หรือวัตถุเฉพาะที่อยู่ในย่านการตรวจจับเท่านั้น โดยอาศัยการสร้างพื้นที่ในการตรวจจับจากการทำมุมของตัวส่งและตัวรับภายในเซ็นเซอร์เอง

Photoelectric sensor แบบ Convergent

เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่อยู่ในกลุ่มของ Diffuse Mode โดยโฟโต้เซ็นเซอร์แบบ Divergent ถูกออกแบบมาให้แก้ปัญหาในการตรวจจับวัตถุที่มีความมันวาว หรือมีขนาดเล็กๆ ซึ่งในบางครั้งการใช้ตัวเซ็นเซอร์แบบธรรมดานั้น ไม่สามารถตรวจจับและทำให้การทำงานผิดพลาดได้

แต่สำหรับ Divergent นั้น จะอาศัยหลักการทำงานโดยการลดย่านในการตรวจจับให้สั้นลง เพื่อให้สามารถตรวจจับวัตถุที่มีความมันวาวได้ โดยจะทำให้เกิดการกระจายแสง หรือสะท้อนกลับของแสงแบบกระจาย แต่จะมีแสงบางส่วนเท่านั้นที่สะท้อนมาตรงกับตัวเซ็นเซอร์ ซึ่งเป็นผลทำให้ให้ระยะในการตรวจจับสั้นลง

Photoelectric sensor แบบ Divergent

สำหรับชิ้นงานหรือวัตถุที่มีสีหรืออัตราการสะท้อนไม่เท่ากันทั้งชิ้นงาน แต่ด้านหลังมี Background ที่มีสีเดียวกันที่สม่ำเสมอ เราอาจจะใช้ตัวเซ็นเซอร์แบบ Foreground Suppression ในการตรวจจับเฉพาะ Background แล้วให้ตัวชิ้นงานที่วิ่งผ่านเป็นตัวตัดลำแสงหรือบังลำแสงแทนก็ได้ โดยสามารถดูได้จากวีดีโอเปรียบเทียบการทำงานระหว่าง Foreground suppression และ Background suppression ได้

Photoelectric sensor แบบ Foreground Suppression

วีดีโอเปรียบเทียบการทำงานระหว่าง Foreground suppression และ Background suppression

เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาให้ตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆ หรือต้องการติดตั้งภายในพื้นที่จำกัด แต่ยังคงรูปแบบหรือวิธีการในการทำงานเหมือนโฟโต้เซ็นเซอร์ทั่วๆ ไป เพียงแต่มีการแยกในส่วนของตัวกำเนิดแสง ตัวรับแสง ออกจากเลนส์หรือท่อนำแสง ซึ่งในส่วนของ Fiber Optics Sensor นั้นจะใช้การนำแสงไปยังจุดที่ต้องการตรวจจับผ่านสายไฟเบอร์ และรับแสงกลับมายังตัวรับสัญญาณผ่านทางสายไฟเบอร์เช่นกัน องค์ประกอบของเซ็นเซอร์ประเภทนี้มีดังนี้

Photoelectric sensor แบบ Fiber Optics

เป็นส่วนที่ใช้ในการกำเนิดแสงและรับแสง รวมถึงการสั่งงานเอาท์พุตด้วย ซึ่งแสงที่ Amplifier สร้างขึ้นจะเป็นแบบ Visible Light เท่านั้น

เป็นส่วนที่ใช้ในการนำแสงไปยังวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ซึ่งจะมีรูปแบบ หรือ โหมดการทำงานเหมือน Photoelectric Sensor นั่นก็คือแบบ Opposed Mode, Through Beam และ Diffuse mode, Proximity mode ซึ่งรูปร่างของสายไฟเบอร์ออฟติกก็มีให้เลือกหลากหลายขึ้นอยู่กับความต้องการของการใช้งาน

ตัวอย่างและโครงสร้างของสายไฟเบอร์ออฟติคแบบต่างๆ

สำหรับงานตรวจจับของเหลวในขวดพลาสติกใสที่มีสีที่แตกต่างกันบนสายพานคอนเวย์เยอร์เดียวกันนั้น เป็นงานยากมากถ้าใช้ Photoelectric sensor แบบธรรมดา เนื่องจากความต้องการแยกว่าขวดใดเติมน้ำหรือไม่ได้เติม รวมถึงการติดสลากหรือไม่ได้ติด

แต่สำหรับการใช้งานตัว True Color Sensor ในงานประเภทนี้นั้น เป็นเรื่องง่าย เนื่องจากใช้หลักการของแสงสีขาว ที่เกิดจากการผสมกันของสีนั่นก็คือ แดง เขียว และน้ำเงิน แสงที่ได้จากการสะท้อนกลับมานั้น จะผ่านวงจรกรองแบบอิเล็กทรอนิกส์ ช่วยให้สามารถแยกแยะระหว่างขวดใสหรือขวดที่มีการย้อมสีได้ โดยเราสามารถโปรแกรมภาคเอาท์พุตทั้ง  3 ได้ว่า จะให้เอาท์พุตไหนทำงานเมื่อตรวจจับสีใดได้

ตัวอย่างการใช้งาน True Color Sensor

สำหรับงานตรวจจับตำแหน่งวัตถุ หรือ งานที่ต้องการทราบว่าชิ้นงานมีหรือไม่มีนั้น ถ้าเป็นชิ้นงานที่มีขนาดเล็กและมีพื้นผิวไม่เรียบ หรือค่อนข้างทึบแสงนั้น การใช้งานตัว Photo sensor แบบทั่วๆ ไปอาจจะพอใช้งานได้ แต่จะขาดความเที่ยงตรงหรือต้องมรการติดตั้งในระยะที่ใกล้กับชิ้นงานมาก

แต่ถ้าเราใช้แหล่งกำเนิดแสงที่เป็นลักษณะของ Laser ทั้ง Class 1 และ Class 2 เช่น Photoelectric sensor Q4X จะสามารถลดข้อจำกัดในการใช้งานเหล่านี้ได้เนื่องจากมีความละเอียด แม่นยำและกำลังสูง สามารถแยกแยะวัตถุที่มีสีเข้มบนพื้นหลังที่เข้มเหมือนกันได้

ตัวอย่างการใช้งาน Laser Sensor

การใช้งานเซ็นเซอร์แสงในงานตรวจจับวัตถุที่มีลักษณะเป็นแผ่นใสและมีความบาง ให้มีประสิทธิภาพแม่นยำนั้น เป็นเรื่องที่ค่อนข้างยาก ในปัจจุบันมีเซ็นเซอร์ที่เป็น Clear Object Detection Sensor ซึ่งจะใช้หลักการทำงานของแสงเลเซอร์ หรือคลื่นอัลตราโซนิค ซึ่งมีความเร็วสูงและเหมาะกับงานประเภทนี้

ตัวอย่างการใช้งาน Clear Object Detection Photoelectric Sensor ในงานตรวจจับวัตถุใส

เป็นเซ็นเซอร์ที่ออกมาเพื่อใช้ในงานกั้นพื้นที่ หรือจำกัดพื้นที่การทำงานให้กับคน เครื่องจักร หรือหุ่นยนต์ โดยตัวของเซ็นเซอร์เองจะประกอบไปด้วยตัว Photoelectric sensor แบบ opposed mode หลายๆ คู่ วางอยู่ห่างๆ กันตามความต้องการเช่น 1,2 หรือ 4 เซนติเมตร โดยเซ็นเซอร์เหล่านี้จะมีระยะทางในการทำงานที่สามารถตรวจจับได้ตั้งแต่ 3-7 เมตรขึ้นไป

ตัวอย่างการใช้งาน Area Sensor และ Light Curtain Sensor

สำหรับงานบางประเภทที่ต้องการใช้ตัวเซ็นเซอร์ในการวัดระยะทางโดยไม่จำเป็นต้องสัมผัสกับชิ้นงาน การใช้งานตัวอุลตราโซนิกเซ็นเซอร์อาจจะให้ความละเอียดไม่เพียงพอ ปัจจุบันความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีเลเซอร์ มีมากขึ้นทำให้ต้นทุนในการผลิตลดลง จึงได้มีการนำเอาแสงเลเซอร์มาเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องมือวัด L-Gauge เป็นเลเซอร์เซ็นเซอร์ที่สามารถวัดค่าระยะทางได้สูงถึง 250m. และมีสัญญาณอนาล็อกเอาท์พุต 4..20 mA เพื่อใช้สำหรับงานที่ต้องการควบคุมได้

ตัวอย่างการใช้งาน Laser Distance Sensor ในงานวัดและควบคุมระยะทาง

ซึ่งเป็นชื่อเรียกตามลักษณะ และ โครงสร้างของตัวเซ็นเซอร์เอง เป็นเซ็นเซอร์ชนิดพิเศษที่มีระยะในการตรวจจับที่คงที่ แต่จะอาศัยการปรับความไวในการตรวจจับขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของวัตถุที่ต้องการตรวจจับโดย จากตัวอย่างเป็นการใช้ Slot Sensor ในการนับจำนวนตัวหลอดฉีดยาพลาสติกที่กำลังถูกลำเรียงออกจากแม่พิมพ์ โดยการลำเรียงชิ้นงานเหล่านี้จะมีการแกว่งไปมา แต่สำหรับ Slot sensor แล้ว จะสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำ

ตัวอย่างการใช้งาน Slot Sensor ในงานนับจำนวนชิ้นงาน