食品飲料與藥品加工產線有哪些新的 IP69K 感測器新選擇嗎？

食品飲料與藥品的加工務必講究衛生。與所有工業 4.0 作業一樣，這些加工產線需要眾多感測器支援的高度自動化。

這表示，使用環境強化的侵入防護 (IP) 69K 等級感測器，以便耐受高壓沖洗和例行性的就地清洗 (CIP) 程序，以保持衛生的操作環境，同時確保高效運作。

除了 IP69K 防護等級外，這些應用中的感測器通常還要使用符合美國食品和藥物管理局 (FDA) 要求的材料製造，例如 SAE 360 L 不鏽鋼合金，其具備強大的耐腐蝕性，可以承受例行性 CIP 程序。在其他應用中，由 FDA 等級塑膠製成的外殼就已合適。

本文將先概述 DIN 40050-9 所規定的 IP69K 要求，並審視多種 FDA 不鏽鋼的效能，包括 SAE 200、300 和 400 系列，也會考量可用的 FDA 等級塑膠以及可以使用的時機。

接著會介紹 Banner Engineering 推出的一些新款感測器，適合用於食品飲料與藥品加工產線，並瞭解一些應用與安裝建議。最後，會探討一種瓶蓋應用，其需要 IP69K 感測器效能，但外殼無需使用 FDA 核准的材料製成。

IP69K 感測器是否也符合 IP68 標準？

感測器的設計可以符合兩種標準。這些 IP 等級中的「6」，表示這些裝置具有塵密效果，灰塵無法侵入。

但是，符合 IP69K 標準並不表示此感測器就自動符合 IP68 標準。國際電工委員會 (IEC) 40050-9 是以德國標準為基礎，將 IEC 60529 IP 等級制度加以延伸，新增了 IP69K 等級，以因應高壓、高溫沖洗應用，因此與其他 IP 等級略有差異。

IP68 的水分侵入防護是以 IP67 為基礎。IP67 要求可暫時浸入深達 1 公尺的水中至少 30 分鐘。IP68 的浸水要求更涉及以裝置製造商和使用者之間協議的測試條件進行，而且必須比 IP67 更嚴格。例如，Banner Engineering 的 IP68 等級感測器就可持續浸入 2 公尺深的水中至少 24 小時。

IP69K 則未要求浸入水中。IP69K 的測試包括三個要素：

• 以每分鐘 14 至 16 公升 (L/min) 的流速和 10 MPa (1500 磅／平方英寸，psi) 的壓力向裝置噴灑 +80°C 的水
• 噴嘴必須與設備保持 10 至 15 公分的距離，噴灑角度為 0°、+30°、+60° 和 +90°，各角度 30 秒，總共 120 秒
• 裝置每 12 秒在轉盤上轉動一次

Banner Engineering 的 IP69K 等級感測器更額外接受至少 1 公尺的浸水測試，此要求超越標準的 IP69K 測試 (圖 1)。測試後，會檢查感測器內部是否有水分。內部不應有水，且感測器必須繼續正常運作才算通過測試。

圖 1：IP69K 等級的感測器，如這款感測器，就可承受高壓、高溫沖洗。(圖片來源：Banner Engineering)

腐蝕也是重要考量

IP 等級制度可指出外殼對固體顆粒和液體侵入的防護程度。但並未將在腐蝕性環境中運行納入考量。FDA 的要求則有涵蓋這一點。

FDA 對外殼的材料有所規定，以確保可安全地用於食品和藥品。例如，食品級不鏽鋼必須符合以下要求：

• 鉻含量必須至少達 16%。氧化鉻膜在有氧氣的情況下會自行修復，讓不鏽鋼達到耐腐蝕效果。
• 必須採用 SAE 200、300 或 400 系列不鏽鋼，其個別含有鉻鎳錳合金、鉻鎳合金和鉻合金。
• 表面必須光滑且容易清潔。
• 必須能抵抗點蝕、鑿平、龜裂、5抓傷和刮傷，並且厚度足以承受反覆的高壓、高溫沖洗。
• 不得讓食物沾染臭味、味道或顏色。

如需重量較輕的解決方案，陽極氧化鋁是 FDA 認可的「普遍安全」選擇。若使用鋁材質，必須進行適當的處理和加工。

FDA 核准的塑膠有相當多種。共通特性包括對磨損、彎曲和尺寸變化有高度抵抗能力。以下是一些範例：

• 聚碳酸酯是一種輕質、透明且非常堅固的材料。
• 聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT 聚酯) 具有高強度、剛性和尺寸穩定性。耐化學腐蝕、抗氧化和防水，耐熱溫度高達 150°C。
• 丙烯酸是一種無毒的透明塑膠，經核准可用於材料處理。還具有耐熱性，適合在嚴峻環境中使用。
• 尼龍具有優異的氧氣和濕氣阻隔特性。可用來保護零件，以免受到外部環境的影響。

FDA 等級不鏽鋼的光電感測器

Banner Engineering 的 Q4X 系列光電感測器提供 25 至 610 mm 的感測距離，視型號而定。例如，Q4XFKLAF310-Q8 型的偵測範圍介於 35 至 310 mm。

外殼由 316 L FDA 等級不鏽鋼製成，防護等級為 IP68 (符合 IEC60529) 和 IP69K (符合 DIN 40050-9)。相容於設備清潔和衛生作業常用的酸性或腐蝕性清潔和消毒化學品，並通過 ECOLAB 認證。

當感測器處於運作模式時，4 位數 7 段碼的顯示器會顯示目前的量測讀數或對應的類比輸出值 (圖 2)。其他特點包括：

• 離散、類比 (0 V 至 10 V 或 4 mA 至 20 mA)、透明物體、IO-Link 型號
• 高解析度型號具有類比輸出和更高的額外增益，適用於更嚴峻的應用
• 可偵測多種目標顏色、材料和表面，視距離而定
• 雙指導模式 (強度 + 距離) 可用於防錯應用，無需復歸反射器，即可達到透明物體的偵測

圖 2：這款 IP69K 和 IP68 等級光感測器採用 FDA 等級不鏽鋼封裝。(圖片來源：Banner Engineering)

加快配置和轉換

選配的 RSD1QP 遠端感測器顯示器 (RSD) 可搭配 Banner 的 Q4X 系列和其他感測器系列一起使用，以進行配置和監測 (圖 3)。如此就可加快工業 4.0 工廠的產品轉換，並在配置完成後保持連接或拆除。還可針對難以接近的場所，簡化其中的感測器監測作業。RSD 的其他用途包括：

• 在感測器之間複製設定值
• 支援快速更換感測器
• RSD 可以儲存多達六種配置，以因應不同的操作

圖 3：RSD1 可用於對 Banner 的 Q4X 系列等感測器進行遠端配置和監測。(圖片來源：Banner Engineering)

採用塑膠外殼的光電感測器

T18-2VPRL-2M (T18-2) 沖洗感測器是一款自足式光電感測器，專為嚴峻環境設計，例如食品生產線、家禽加工、箱子偵測，以及觸發檢重機的操作。

機殼採用黑色和黃色 PBT 聚酯製成，指示燈的燈管和窗口則以半透明白色壓克力製成。塑膠機殼經過超音波焊接，以確保完全密封，電子元件封裝在 IP69K 等級環氧樹脂中，以提供備援密封 (圖 4)。這些感測器也具有 IP68 防護等級。

圖 4：這款 IP69K 和 IP68 等級光電感測器採用 FDA 核准的塑膠封裝。(圖片來源：Banner Engineering)

IP69K 鋁質雷達感測器

Q90R 系列等雷達感測器可用於保護人員以免受到機器傷害、與協作機器人 (cobot) 合作，或是用於食品、飲料和藥品加工產線中的料罐液位測量等應用。IP69K 等級鋁質外殼堅固輕盈。這些感測器的工作溫度範圍介於 -40°C 至 +65°C，因此適用於嚴峻環境，如潮濕及有霧氣的區域。

舉例而言，Q90R-4040-6KDQ 型號的工作範圍介於 150 mm 至 20 m，有兩個輸出、一個具有 IO-Link 通訊能力的 PNP/NPN，以及一個 PNP/NPN。所有 Q90R 感測器皆可自訂感測參數，如窗口形狀和目標設定點。IO-Link 可支援即時資料傳輸。

物體偵測的運作可基於距離、速度以及相對於感測器的角度位置，進而提供可配置的多維度效能。兩個獨立的區域可以同時偵測和測量多個目標 (圖 5)。

圖 5：這種鋁質外殼雷達感測器可用於食品飲料和藥品加工產線的料罐液位監測。(圖片來源：DigiKey)

視覺系統的照明

用於品質管控和檢驗應用的視覺系統，需要良好的照明才能達到最佳運作。Banner 的 BL60 密封式 LED 燈條可提供明亮、集中的照明。有提供可產生四種高強度可見光波長、紅外線 (IR) 和兩種紫外線 (UV) 波長的型號。挑選最合適的照明選項，就可讓視覺系統的效能進一步增強。

防油、耐化學品和防水的鋁質外殼具有 IP69K 防護等級，提供 340 和 640 mm 兩種長度。有三種窗口選項：透明或柔光聚碳酸酯和硼矽酸玻璃。具有 1 至 10 V 調光控制和可調式脈寬調變 (PWM) 選通功能。340 mm LED 燈條的可用光色範例包括：

• 日光白 (5000K)，BL60W340L14ASQ
• 紅，BL60R340L14ASQ
• 綠，BL60G340L14ASQ
• 藍，BL60B340L14ASQ
• 紅外線，BL60I340L14ASQ。
• 365 nm 紫外線，BL60UV365-340GL30ASQ
• 395 nm 紫外線，BL60UV395-340L30ASQ

瓶蓋用的 IP69K 鍍鎳鋅雷射感測器

並非食品飲料和藥品加工產線中的所有感測器應用都需要用 FDA 核准的外殼材料。瓶蓋就是一個很好的例子。

瓶蓋通常以散裝方式交貨，因此用於填充產線之前要先進行分類。未對準的瓶蓋 (如上下顛倒的瓶蓋)，會導致瓶子無蓋或堵塞封蓋機，進而降低生產力。像 Q3XTBLD-Q8 (Q3X) 這樣的雷射感測器，就可在瓶蓋到達瓶蓋輸送系統之前，快速判別是否有瓶蓋面向錯誤方向。

Q3X 具有 100 mm 的背景抑制功能，非常適合方向偵測應用。透過固定背景抑制，Q3X 感測器可以設定成識別特定距離，並忽略設定點之外的任何物體。

在瓶蓋分類應用中，Q3X 可以設定成偵測瓶蓋頂端是否朝向感測器。如果瓶蓋背對，就會遭到忽略。如果面向感測器，就會發出未通過輸出，並且拒收瓶蓋。可以回收到瓶蓋分類機中再次嘗試。

Q3X 的快速偵測率在高速填充產線中非常重要。此感測器可在 250 μs 內偵測一個零件，每秒可擷取多達 2,000 次事件。傾斜的 3 位數顯示器可提供使用者回饋並加快設定和試運轉速度。鍍鎳鋅外殼的防護等級為 IP67 和 IP69K，適用於潮濕環境 (圖6)。

圖 6：這款 IP69K 等級雷射感測器採用鍍鎳鋅封裝，適用於瓶蓋製程。(圖片來源：Banner Engineering)

結論

食品飲料和藥品加工產線需要符合 IP69K 標準並能承受高壓和高溫 CIP 作業的堅固感測器。這些感測器中，有許多都符合 IP68 的浸水要求。在大多數情況下，必須使用 FDA 核准的材料封裝，但也有例外，例如瓶蓋作業。