使用先進光電裝置簡化接近感測的部署

光電 (PE) 感測器因具備有效性、堅固耐用特性及運作原理清晰的緣故，因此廣泛用於生產、工業和商業系統的非接觸式接近感測。典型應用包括偵測高速生產線上的瓶瓶罐罐、尋找運輸箱中是否具有包裹、檢查門是否打開或關閉，或偵測是否有人在場。

光電接近感測器可針對不同的光學感測模式進行設計，基本的復歸反射作法則是典型的安排之一。儘管運作原理簡單，但設置光電感測器可能要歷經耗時的試錯，以根據應用的具體情況，對配置與感測演算法進行初始化、微調和最佳化，或針對不同的生產批次重新調整。系統設計人員需要更流暢的解決方案，以避免相關的設置作業和部署延遲情況。

本文將概述光電基礎知識。接著會介紹 SICK, Inc. 的光電接近感測器，並展示如何以獨特的簡化設置流程加以應用。

光電感測基礎知識

光電接近感測依賴光源運作，會以緊密聚焦的光束，指向要偵測的物件。接著會依據接收器偵測光束的方式，以下列三種方法之一使用光束 (圖 1)。

圖 1：光電接近感測技術能以三種實體配置利用透射光束和對應的光敏接收器。(圖片來源： Proximity Switch)

• 在漫反射感測中，發射器和接收器會放在一起，當發射器的光束從目標物體上反射時，就會偵測到。
• 在復歸反射中，發射器和接收器也位於同一個外殼中，但反射器位於目標物體的遠側。
• 在對射式感測中，光電感測器位於物體的另一側，物體會阻擋從發射器傳到接收器的光，以指出其存在。

光電接近感測技術也可用於安全用途，例如光柵或光幕，這些裝置可策略性安裝當作安全門使用 (圖 2)。偵測到障礙物時，光柵會向控制器或固線式安全電路發送訊號，如果障礙物的出現屬於意外或具有危險性，該電路就會關閉機器。

圖 2：接近感測可用於安全相關用途的光柵或光幕。(圖片來源： SICK, Inc.)

PE 感測的吸引力在於採用直覺的運作原理和實體配置。反射方式也合理，因為只需要在一側使用有線裝置即可，因此可簡化安裝作業。

新的設計和使用者介面可解決許多難題

儘管光電接近感測在概念上很簡單，但需要仔細的現場固定、安裝和校準。視覺上繁雜的環境對技術人員來說可能具有挑戰性且容易挫敗，此外射程和瞄準的考量也會影響效能和一致性。

光電感測經常搭配可程式邏輯控制器 (PLC) 一起使用。通常，安裝人員必須在 PLC 上進行設置、測試、調整和再次測試，但 PLC 可能離 PE 裝置有一段距離。此外，照明上的變化、不想要且不斷變化的反射，以及其他現實世界的失真，都有可能會影響效能和準確性。

在生產批次過程中出現的問題特別令人煩惱，並且急於快速解決往往會讓問題更為加遽。

為了克服這些問題，SICK 開發出 W10 系列接近感測器 (圖 3)。

圖 3：W10 系列在緊湊、堅固的外殼中提供完整、複雜的光電接近感測器。(圖片來源：SICK, Inc.)

特別值得一提的是，此系列是這類裝置中率先採用觸控式顯示器的產品 (圖 4)。

圖 4：W10 裝置上具有獨特的整合式觸控螢幕可大幅增進使用者體驗。(圖片來源：SICK, Inc.)

此顯示器介面容易使用、支援快速安裝，並可加快各種應用的適應速度。簡易的導覽可縮短裝置架設與運作所需的時間，並有助於針對不同的目標、速度或意外問題，在使用期間進行調整。更可省去裝置上的實體開關、旋鈕和調整項目，進而增進可靠性、外殼完整性和安全性。

W10 系列的 Class 1 雷射光源可提供準確的偵測結果和高重複精度。聚焦的紅色雷射光束會在物體上產生一個小光點，再搭配快速精確的接收器雷射三角測量系統和評估線掃描一起運作。

此結構基礎就可達到具有高重複準確度且有利快速決策的偵測結果。在速度模式下，反應時間僅需 1.8 毫秒 (ms)，因此即使在機器高速運作下也能保證達到可靠的切換。雙色 LED 指示燈可提供與偵測狀態相關的即時視覺回饋。此外，這些裝置還可對不同表面特性 (如光澤度、顏色或結構) 的物體進行完整可靠的偵測。

光電接近感測器可針對特定的適應情況，提供個別的「教導輸入」(學習) 選項。除了經常性的單點教導外 (在指定距離處偵測物體)，也有兩點教導模式，就可偵測不同高度的物體。手動模式可擴充教導選項，並提供了更大的靈活性。如果需要，可以使用顯示器來啟動三種應用最佳化的操作模式，以啟用幕前或背景抑制。

透過一體式觸控螢幕，操作人員可以直覺地選擇、調整和儲存眾多設定，包括速度、標準或精密操作模式、環境抑制、個別教導輸入設置、預先配置參數和限值。W10 獨特的的安全螢幕鎖定功能可保護設定值，以免第三方取用。

使用者介面的靈活性不僅限於觸控螢幕；相同的功能，也可透過 W10 IO-Link 功能進行取用。因此就可提供遠端配置的選項，並可有效地將記錄的感測器資料整合到既有的自動化網路中。

W10 的電氣選項和封裝

W10 感測器裝置的數位輸出是一個重要的設計考量因素。這些裝置提供可調整的推／拉 PNP/NPN 輸出結構。如果輸出設定為 PNP，則有正輸出訊號，感測器的輸出就可針對電流流入輸入卡提供電流；如果感測器設定為 NPN，輸出訊號為負，輸出端就可流入電流以連接電流流出輸入卡 (圖 5)。因為具備兩種選項，因此可確保與 PLC 或其他系統控制器達到基本的訊號位準相容性。

圖 5：W10 裝置的輸出級可以提供電流流入模式 (頂端) 或電流流出模式 (底部)，以確保與相關 PLC 的相容性。(圖片來源：www.realpars.com)

輸出可以配置為明亮或灰暗輸出模式 (遮光開啟或入光開啟)。在明亮模式下，若光線可以到達接收器，感測器的輸出會啟動，當光線遭到遮擋，感測器的輸出會關閉。相比之下，在灰暗模式下，若光線遭到遮擋，感測器的輸出會啟動，若光線到達接收器，感測器的輸出將關閉。

實體封裝很重要，因為這些裝置通常用於工業環境。W10 裝置採用堅固的設計搭配 316L 不鏽鋼外殼，並具有 IP67 和 IP69k 防護等級。採用 18 × 57 × 42.2 mm 封裝，可在 -10°C 至 +55°C 環境溫度下發揮指定工作效能。

工業感測器的難題之一在於需要支援現場或工廠中的眾多裝置。這個現實情況會讓內部庫存和支援複雜化。然而，因為 W10 系列具有靈活性，因此只需要兩款主體樣式即可因應 (圖 6)。每一款都有兩個感測範圍，因此僅有四個獨特型號，可簡化挑選流程。

圖 6：W10 系列中功能相似的款式提供兩種外殼樣式，且各樣式具有兩種感測範圍。(圖片來源： (SICK, Inc.)

W10 系列型號 1133545 採用矩形外殼及標準 1 in 安裝孔，支援的物體距離為 25 mm 至 400 mm，而類似的 1133547 型號則支援 25 mm 至 700 mm 的物體距離。若採用混合式安裝，1133544 型號採用 1 in 螺紋式正面或側面 M18 安裝孔，支援的物體距離為 25 mm 至 400 mm，而對應的 W10 型號 1133546 則採用相同的外殼，但物體距離為 25 mm 至 700 mm。

結論

W10 光電感測器裝置能針對工業應用提供多功能、耐用的漫反射器解決方案。其進階功能包括業界首創的一體式觸控螢幕使用者介面、簡化的安裝、設置與調整，更採用複雜的演算法，可提供增強的功能和準確性。