Cảm biến Banner - Tối ưu cho từng ứng dụng

Banner là hãng sản xuất của Mỹ chuyên về chế tạo cảm biến công nghiệp, hơn 15000 loại cảm biến Banner tập trung vào việc phát hiện, đếm, phân loại, đo kích thước, kiểm tra độ chính xác về mặt vật lý của đối tượng. Vì thế với mỗi ứng dụng, Banner đều có thể cung cấp 1 loại cảm biến phù hợp nhất với tính chất của môi trường, đặc điểm của đối tượng, cự ly và thời gian yêu cầu của công nghệ. Tính ổn định, độ tin cậy cao và khả năng hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp là đặc trưng tiêu biểu của sản phẩm Banner.             

            Thế mạnh của cảm biến Banner là ở sự linh hoạt của những cảm biến quang điện, từ những cảm biến proximity thông thường cho đến những cảm biến có cự ly lên đến 200m; sự đa dạng của cảm biến để có thể thích ứng với những ứng dụng khác nhau của công nghiệp như:

Phát hiện các vật nhỏ như đinh ốc(cỡ 5mm) xử lý với tốc độ   cao (3ms/1 đối tượng); Các vật mỏng, phẳng như thư báo đến các hàng hóa có hình dạng ngẫu nhiên; Các vật thể trong suốt như chai thủy tinh, các vật thể có phát quang; Phân loại sản phẩm theo màu sắc khác nhau...

 Đối với các ứng dụng trong các môi trường đặc biệt như nhiệt độ, độ ẩm cao, ăn mòn vật lý, hóa học, môi trường nguy hiểm hoặc đặc biệt chật hẹp các cảm biến quang sợi của Banner sẽ cho đáp ứng lý tưởng. Khi điều kiện không cho phép đặt sensor ở vị trí cần quan sát, các sợi quang sẽ truyền tín hiệu từ vị trí quan tâm đến vị trí đặt sensor, đặc điểm của các sợi quang này là nhỏ gọn, bền vật lý, hóa học nên chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

            Các cảm biến hình ảnh(Vision Sensors) được sử dụng trong các trường hợp không những cần xác định sự xuất hiện của vật thể mà còn cần kiểm tra về sự chính xác của hình ảnh vật lý của đối tượng (ví dụ như số lỗ trên 1 chi tiết máy, dán nhãn, bao bì, nắp hộp  đúng vị trí...), kiểm tra việc in các bar code trên sản phẩm, nhận dạng các  điểm đánh dấu kết thúc 1 mẻ đóng gói, hết nguyên liệu đầu vào...

             

 Ngoài ra còn các loại cảm biến khác như cảm biến siêu âmcó thể đo khoảng cách chính xác đến 0.1mm dùng được cho cả những trường hợp cảm biến quang điện không thể thích ứng như khi đối tượng là các dải nilon,giấy... cảm biến Radar phát hiện các vật dịch chuyển như xe, hàng hóa và chịu được điều kiện thời tiết, các cảm biến laser đo độ dày, kích thước, vị trí với độ chính xác cao và cự ly có loại đến 250m thích hợp cho các nhà kho lớn, ngoài ra còn những cảm biến đặc biệt có thể phát hiện các vật nhỏ đến 0.3mm ...

BIẾN TẦN DANFOSS

Biến tần Danfoss  HVAC Drive FC 100

 Phù hợp nhất cho các ứng dụng tháp giải nhiệt, kho lạnh, quạt, máy thổi khí,... với dải công suất rộng cùng các tính năng có thể tùy chọn để phù hợp với đặc thù của từng ứng dụng, biến tần HVAC Drive FC 100 của Danfoss đảm bảo được yêu cầu của công nghệ với chi phí đầu tư tối thiểu.

Dải công suất:

Range
200-240 V.....1.1 kW - 45 kW
380-480 V.....1.1 kW - 1000kW
525-600 V.....1.1 kW - 90 kW
525-690 V.....11 kW - 1,4 MW

Biến tần VLT Aqua Drive FC 200 của Danfoss

Là dòng biến tần chuyên dụng cho lĩnh vực cấp nước / xử lý nước thải. Với dải công suất rộng cùng nhiều tính năng có thể lựa chọn, VLT Aqua Drive FC 200 có thể cung cấp cho người sử dụng loại biến tần phù hợp nhất để hạ giá thành đến mức thấp nhất.

Dải làm việc:

Power and voltage range

200-240 V.....0.25 kW - 45 kW

380-480 V.....0.37 kW - 1000kW

525-600 V.....0.75 kW - 90 kW

525-690 V.....45 kW - 1.4 MW

Three phase

3*200-240V… 0.25-45kW

3*380-480V… 0.37-1000kW

3*525-600V… 0.75-90kW

3*525-690V… 11-1200kW

Single phase

1*200-240V 1.1-22kW

1*380-480V 7.5-37Kw

Biến tần Danfoss VLT AutomationDrive FC 300

Chỉ cần sử dụng 1 biến tần cho nhiều ứng dụng khác nhau, lợi ích cho việc lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống. Dòng biến tần này phù hợp nhất với các ứng dụng trong công nghiệp: các hệ thống chế biến thực phẩm, nước giải khát, băng chuyền, máy khuấy, trộn, quạt... nhiều options để lựa chọn tùy vào điều kiện khác nhau.

Dải làm việc:

3 x 200 – 240 V......................0.25 – 37 kW

3 x 380 – 480/500 V.......... 0.37 – 800 kW

3 x 525 – 600 V......................0.75 – 75 kW

3 x 535 – 690 V.................... 37 – 1200 kW

Normal overload................ 45 – 1400 kW

Ứng dụng cảm biến hình ảnh trong công nghiệp

Cảm biến hình ảnh - vision sensors đáp ứng tốt với rất nhiều ứng dụng ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Ở đây chúng ta sẽ đi sâu vào 1 vài loại ứng dụng đặc thù, và tìm hiểu 1 số ví dụ cụ thể. Đầu tiên ta có thể liệt kê các ứng dụng có thể sử dụng đến cảm biến hình ảnh: kiểm tra (inspection, verification) - phát hiện 1 đặc điểm của đối tượng thông qua hình ảnh, nhận dạng (indentification, recognition) - nhận biết được đặc điểm về màu sắc của đối tượng, hoặc kích thước, hình dạng, bar code, lot code, ... phân tích vị trí của đối tượng (location analysis), ...

Ví dụ các ứng dụng cảm biến hình ảnh trong công nghiệp:

Ứng dụng cảm biến hình ảnh trong máy tự động. Ví dụ về ứng dụng trong các máy tự động công nghiệp (automotive applications) như các máy nén khí, máy lắp ráp, ... Nhiệm vụ là kiểm tra vị trí vòng ring được đặt 1 cách chính xác vì nó có thể bị trượt khỏi vị trí yêu cầu. Ứng dụng này sẽ phải sử dụng thêm 1 cảm biến (thường là cảm biến quang điện) để có tác dụng là báo hiệu cho cảm biến hình ảnh khi nào "chụp ảnh" để lấy dữ liệu phân tích  về đối tượng. Sau đó nếu phát hiện sự sai khác với yêu cầu đặt trước, cảm biến hình ảnh sẽ đưa ra cảnh báo.

Ứng dụng cảm biến hình ảnh trong công nghiệp dược phẩm.Ví dụ trong công nghiệp dược phẩm, cảm biến hình ảnh có thể dùng để giám sát quá trình đóng gói các vỉ thuốc. Kiểm tra xem các vỉ thuốc có bị sai lệch về hình dạng vật lý, có dị vật, hoặc thiếu các viên thuốc ở bên trong hay không. Cảm biến hình ảnh sẽ đảm bảo rằng mỗi vỉ sẽ có đầy đủ các viên thuốc nguyên vẹn (không bị thiếu hoặc vỡ nát,...) như hình minh họa, cảm biến sẽ không cảnh báo khi phát hiện đủ 16 viên thuốc đúng hình dạng và kích cỡ. Khi nào không đảm bảo điều này, nó sẽ đưa ra tín hiệu dừng và cảnh báo để người vận hành xử lý.

Ứng dụng cảm biến hình ảnh trong công nghiệp đóng góiTrong công nghiệp đóng gói, cảm biến hình ảnh có thể sử dụng trong ứng dụng kiểm tra xem việc dán nhãn có đúng vị trí yêu cầu trên sản phẩm hay không. Trong ứng dụng này các hộp được chuyển trên băng tải, cảm biến hình ảnh được đặt bên cạnh sẽ kiểm tra sự xuất hiện và vị trí của các nhãn trên hộp. Cảm biến thực hiện việc này bằng cách kiểm tra khoảng cách và sự thẳng hàng từ nhãn đến các mép của hộp (2 side bên cạnh, "cổ" hộp phía trên).

Ứng dụng cảm biến hình ảnh trong công nghiệp điện tử Trong lĩnh vực về các linh kiện điện tử, cảm biến hình ảnh được sử dụng để kiểm tra việc in các chân pin của linh kiện (sự chính xác về khoảng cách, sự thẳng hàng, hình dạng vật lý) để sử dụng cho quá trình sản xuất tiếp theo. Trong ứng dụng này sử dụng cảm biến cáp quang (fiber optic) để kích hoạt cảm biến hình ảnh. Khi đó cảm biến hình ảnh sẽ "chụp" và qua khoảng cách giữa các chân pin sẽ đưa ra quyết định có xuất hiện lỗi hay không.

Ø  Kết luận:

Cảm biến hình ảnh có thể được sử dụng ở rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, khi lựa chọn để sử dụng trong 1 ứng dụng cụ thể có 1 số khía cạnh cần được lưu ý đến: ứng dụng cần kiểm tra 1 đặc tính của đối tượng hay nhiều hơn, đối tượng cần kiểm tra sẽ chỉ ở 1 vị trí cố định hay sẽ có sai khác, phần cần kiểm tra có chuyển động hay đứng yên, và tốc độ là bao nhiêu nếu có chuyển động, kích thước của phần cần kiểm tra và kích thước của vùng làm việc, các điều kiện về ánh sáng, khoảng cách, và các điều kiện khác của môi trường xung quanh.

So sánh cảm biến quang điện và cảm biến hình ảnh

Bài viết sẽ đưa ra những tính năng của cảm biến hình ảnh mà hệ thống bao gồm cảm biến quang điện kết nối PLC không thực hiện được. Đồng thời cũng có những so sánh các điểm giống và khác nhau giữa 2 giải pháp cảm biến nói trên trong công nghiệp.

v  Ở điểm khác biệt đầu tiên:

§  Cảm biến quang điện: tạo ra 1 chùm sáng vì thế chỉ có thể kiểm tra trên 1 điểm, và để kiểm tra nhiều điểm thì cần sử dụng nhiều cảm biến quang điện.

§   Trong khi đó cảm biến hình ảnh kiểm tra theo khu vực, với rất nhiều chi tiết bên trong.

Ø  Vậy nên 1 cảm biến hình ảnh có thể đồng thời kiểm tra nhiều điểm.

v  Điểm thứ khác biệt tiếp theo:

§  Khả năng phân tích của cảm biến quang điện cũng bị hạn chế hơn khi mà chỉ có thể phân tích cường độ của ánh sáng thu được để đưa ra quyết định có sự xuất hiện của đối tượng hay không.

§   Cảm biến hình ảnh ngoài việc phân tích trên cường độ ánh sáng còn có thể phân tích về hình dạng, kích thước và vị trí của đối tượng. Điều đó cho phép cảm biến hình ảnh sử dụng được trong các ứng dụng kiểm tra, kiểm định.

Ø  Vì vậy nên trong thực tế, các ứng dụng kiểm tra thường sử dụng kết hợp cảm biến quang điện để kích hoạt cảm biến hình ảnh như hình minh họa.

v  1 khác biệt nữa đó là về truyền thông : khi mà đầu ra cảm biến quang điện chỉ ở dạng nhị phân ON/OFF thì cảm biến hình ảnh cần truyền nhiều thông tin hơn, có thể là 1 dãy nhị phân hoặc truyền thông qua cổng Ethernet.

Bên cạnh những sự nổi trội về mặt tính năng, cảm biến hình ảnh cũng có 1 vài "nhược điểm" so với cảm biến quang điện như là thời gian đáp ứng "response time" dài hơn, kích thước lớn hơn, mất nhiều công đoạn và thời gian hơn trong quá trình cài đặt, đồng thời giá thành cũng cao hơn nhiều.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến hình ảnh

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến hình ảnh

Các bộ phận chính cấu tạo cảm biến hình ảnh:

- Nguồn sáng riêng - dedicated light source: cung cấp ánh sáng để đảm bảo các ảnh ghi được ở trạng thái rõ nét nhất có thể, thuận lợi cho hoạt động phân tích của cảm biến.

- Thấu kính - Lens: đưa hình ảnh tới chip xử lý hình ảnh.

- Chip xử lý hình ảnh CCD (viết tắt của Charge Coupled Device) hoặc CMOS (viết tắt của Complementary Metal Oxide Semiconductor): có nhiệm vụ chuyển đổi các hình ảnh quang học sang các tín hiệu analog.

- Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự/số - Analog/digital converter: chuyển đổi các tín hiệu analog sang tín hiệu số phục vụ cho quá trình xử lý tiếp theo của phần mềm.

- Vi xử lý - Microprocessors: phân tích và xử lý các tín hiệu số của hình ảnh, sau đó căn cứ vào các thông số đặt trước ban đầu để đưa ra quyết định.

- Input-Output: cung cấp các kênh truyền thông, giao tiếp với các thiết bị khác để điều khiển hệ thống.

- Thiết bị ngoại vi để kết nối, hiển thị, điều khiển, giám sát 1 cách trực quan.

Giống như trình bày trong phần giới thiệu tổng quan cảm biến hình ảnh, quá trình hoạt động sẽ được chia làm 3 phần: thu thập, phân tích và đưa ra quyết định. Để đảm bảo quy trình làm việc của cảm biến hình ảnh như vậy, các thành phần phải đảm bảo những yêu cầu:

- Phần nguồn sáng phải đảm bảo độ tương phản, làm nổi bật chi tiết, đối tượng cần phân tích.

- Thấu kính phải tập trung ánh sáng thu được lên chip xử lý hình ảnh, thông số cần quan tâm đó là tiêu cự. Tiêu cự ngắn sẽ "zoom out" mở rộng phần quan sát, tiêu cự dài sẽ "zoom in" thu hẹp phần quan sát. Những đặc điểm này cần chú ý đến vì liên quan tới cự ly và bề rộng của diện tích cần làm việc.

Cảm biến hình ảnh hoạt động như thế nào?

Quá trình xử lý của cảm biến hình ảnh bao gồm 3 khâu: thu thập, phân tích,  và đưa ra quyết định.

Ø  Khâu thu thập - Acquisition:

·         Bắt đầu từ hình ảnh thu được từ đối tượng, cảm biến hình ảnh phải nhận dạng đặc điểm yêu cầu theo các khía cạnh: vị trí, hướng, hình dạng, cường độ sáng, số lượng chi tiết.

·         Để nhận dạng các đặc điểm đối tượng 1 cách chính xác yêu cầu của hệ thống là phải có thiết bị chiếu sáng hỗ trợ để cung cấp cho cảm biến hình ảnh đầu vào có độ tương phản cao giữa các chi tiết và nền xung quanh. Vì thế phải chọn nguồn sáng (LED, fluorescent, Halogen,...) và vị trí đặt nguồn sáng phù hợp.1 khía cạnh khác cũng ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh đầu vào đó là các thấu kính - lens.

·         Các thấu kính này phải đảm bảo khuếch đại các chi tiết nhận dạng lên chip hình ảnh, tối ưu tầm nhìn mà không làm biến dạng hay sai khác hình ảnh thật của đối tượng. Tuy nhiên cũng tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà ta cần nâng cao độ phân giải của hình ảnh đối tượng đến mức cần thiết. Các ứng dụng phát hiện, detect chỉ cần độ phân giải thấp trong khí các ứng dụng kiểm tra cần độ phân giải cao hơn, đối với các chi tiết kích thước nhỏ, đặt sát nhau cần độ phân giải cao hơn nữa.

Ø  Khâu phân tích - Analysis:

·         Công việc đầu tiên cần làm là định nghĩa các đặc điểm nhận dạng cho chi tiết, đối tượng được chấp nhận. Cách thức là sử dụng giao diện đồ họa trên màn hình của cảm biến hoặc kết nối qua máy tính. Bước 1: khu vực cần quan tâm sẽ được khoanh vùng để cảm biến tập trung vào đó để phân tích, các khu vực còn lại vẫn được hiện lên màn hình tuy nhiên sẽ được bỏ qua khi xử lý dữ liệu.

·         Các công cụ được xử dụng trong khâu phân tích sẽ bao gồm: Location Tools và Vision Tools. Location tools sử dụng như 1 điểm tham chiếu để chỉnh vị trí của vùng cần kiểm tra. Vision tools sử dụng để phân tích hình ảnh và các thông tin chi tiết cho quá trình kiểm tra.

·         Location Tool có thể được sử dụng ở các ứng dụng như kiểm tra vị trí của nhãn trên hộp bằng cách so sánh các điểm mép tìm được trên đối tượng so sánh với các mép yêu cầu trước; kiểm tra các con số, chữ cái so sánh với yêu cầu cho trước; đo khoảng cách của đối tượng đặt với vị trí và góc quay bất kỳ (đặt trước hình dạng) ví dụ như đo chiều dài của 1 bu lông trên băng chuyền.

·         Vision Tool đầu tiên sẽ chuyển đổi hình ảnh trong vùng cần phân tích ra thành các điểm ảnh đen hoặc trắng, sau đó đếm số điểm ảnh đen hoặc trắng đó, tính cường độ độ sáng trung bình, phân nhóm các điểm ảnh tương đương sau đó đưa ra quyết định.

Ø  Đưa ra kết quả đầu ra - Determination:

Sau quá trình phân tích, cảm biến hình ảnh đã so sánh các điểm ảnh trên vùng cần kiểm tra với các yêu cầu đặt trước, với ứng dụng kiểm tra quyết định có đạt yêu cầu hay không sẽ căn cứ vào số lượng sai khác có nằm trong phạm vi cho phép hay không. Kết quả sẽ được đưa ra qua cổng rời rạc, Ethernet hoặc serial connection.