{"id":676,"date":"2025-06-30T16:32:41","date_gmt":"2025-06-30T16:32:41","guid":{"rendered":"https:\/\/michalmoroz.info\/?p=676"},"modified":"2025-06-30T16:32:41","modified_gmt":"2025-06-30T16:32:41","slug":"czujniki-fotoelektryczne-i-optyczne-w-automatyce-przeglad-technologii","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/michalmoroz.info\/?p=676","title":{"rendered":"Czujniki fotoelektryczne i optyczne w automatyce – przegl\u0105d technologii"},"content":{"rendered":"

<\/p>\n

Wst\u0119p<\/h3>\n

Wsp\u00f3\u0142czesna automatyka przemys\u0142owa nie mog\u0142aby istnie\u0107 bez system\u00f3w sensorycznych, kt\u00f3re umo\u017cliwiaj\u0105 maszynom \u201ewidzenie\u201d i \u201ereagowanie\u201d na otoczenie. Jedn\u0105 z najwa\u017cniejszych grup czujnik\u00f3w stosowanych w automatyzacji proces\u00f3w s\u0105 czujniki fotoelektryczne i optyczne. Dzi\u0119ki ich uniwersalno\u015bci, szybko\u015bci dzia\u0142ania i precyzji pomiaru znajduj\u0105 one zastosowanie niemal w ka\u017cdej ga\u0142\u0119zi przemys\u0142u \u2013 od produkcji \u017cywno\u015bci, przez motoryzacj\u0119, a\u017c po logistyk\u0119 i robotyk\u0119.
Celem tej pracy jest przedstawienie podstawowej charakterystyki czujnik\u00f3w fotoelektrycznych i optycznych, om\u00f3wienie zasady ich dzia\u0142ania, klasyfikacji oraz zastosowa\u0144 w praktyce przemys\u0142owej.<\/p>\n

Warto pami\u0119ta\u0107, \u017ce w zautomatyzowanej fabryce istotnym jest zintegrowanie szeroko poj\u0119tej automatyki (robot\u00f3w, czujnik\u00f3w i maszyn) z Zintegrowanym Systemem Informatycznym np. Insert + Mozart Produkcja. Pozwoli to na optymalne wykorzystanie mo\u017cliwo\u015bci dost\u0119pnych \u015brodk\u00f3w produkcji. <\/p>\n

1. Poj\u0119cie i klasyfikacja czujnik\u00f3w optycznych<\/h3>\n

Czujniki optyczne to urz\u0105dzenia pomiarowe, kt\u00f3re wykorzystuj\u0105 zjawiska zwi\u0105zane z promieniowaniem elektromagnetycznym, g\u0142\u00f3wnie w zakresie \u015bwiat\u0142a widzialnego i podczerwieni. Ich podstawowym zadaniem jest detekcja obecno\u015bci, po\u0142o\u017cenia, ruchu, koloru, kontrastu lub odleg\u0142o\u015bci obiekt\u00f3w.
W\u015br\u00f3d czujnik\u00f3w optycznych wyr\u00f3\u017cnia si\u0119:
– Czujniki fotoelektryczne (fotoprzeka\u017aniki, zwane tak\u017ce fotkom\u00f3rkami)
– Czujniki koloru i kontrastu
– Czujniki \u015bwiat\u0142owodowe
– Czujniki wizyjne (kamery przemys\u0142owe)<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
\n

Cecha<\/p>\n<\/td>\n

\n

Czujniki fotoelektryczne<\/p>\n<\/td>\n

\n

Czujniki optyczne<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

Zasada dzia\u0142ania<\/p>\n<\/td>\n

\n

Emisja i odbi\u00f3r \u015bwiat\u0142a do wykrywania obecno\u015bci, zmian w o\u015bwietleniu lub koloru<\/p>\n<\/td>\n

\n

Analiza zmian \u015bwiat\u0142a \u2013 obecno\u015b\u0107, kolor, jasno\u015b\u0107<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

Typy<\/p>\n<\/td>\n

\n

Z odb\u0142y\u015bnikiem, bez odb\u0142y\u015bnika, dalekiego zasi\u0119gu, kompaktowe, wytrzyma\u0142e<\/p>\n<\/td>\n

\n

Przelotowe, odbiciowe, rozproszone odbiciowe<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

Zastosowanie<\/p>\n<\/td>\n

\n

Kontrola obecno\u015bci, pozycjonowanie, liczenie, sortowanie, zabezpieczanie maszyn<\/p>\n<\/td>\n

\n

Sortowanie odpad\u00f3w, kontrola jako\u015bci, analiza materia\u0142\u00f3w<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

Zalety<\/p>\n<\/td>\n

\n

Du\u017cy zasi\u0119g, wykrywanie ma\u0142ych obiekt\u00f3w, odporno\u015b\u0107 na zak\u0142\u00f3cenia elektromagnetyczne<\/p>\n<\/td>\n

\n

Precyzyjna analiza, rozr\u00f3\u017cnianie materia\u0142\u00f3w, wykrywanie subtelnych zmian<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

Przyk\u0142ady<\/p>\n<\/td>\n

\n

Kontrola obecno\u015bci produkt\u00f3w na ta\u015bmach produkcyjnych. <\/p>\n<\/td>\n

\n

Czujniki spektrometryczne, czujniki w myszach komputerowych<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Tabela 1 Por\u00f3wnanie czujnik\u00f3w fotoelektrycznych i optycznych (wyg. przy pomocy AI)<\/p>\n

2. Czujniki fotoelektryczne \u2013 zasada dzia\u0142ania<\/h3>\n

Czujnik fotoelektryczny (zwaneytak\u017ce fotokom\u00f3rk\u0105) dzia\u0142a na zasadzie emisji i detekcji wi\u0105zki \u015bwiat\u0142a. Zazwyczaj zawiera on nadajnik (dioda LED emituj\u0105ca \u015bwiat\u0142o w pa\u015bmie podczerwieni lub czerwonym) oraz odbiornik (fotodioda lub fototranzystor). Gdy wi\u0105zka zostaje przerwana lub odbita przez obiekt, generowany jest sygna\u0142 wyj\u015bciowy.
Tryby pracy:
1. Bariery \u2013 oddzielny nadajnik i odbiornik
2. Odbiciowy \u2013 nadajnik i odbiornik w jednej obudowie, sygna\u0142 odbija si\u0119 od obiektu
3. Lustrzany \u2013 odbicie od reflektora, wykrycie nast\u0119puje przy przerwaniu wi\u0105zki<\/p>\n

\"Wygenerowany<\/p>\n

Rysunek 1 Czujnik fotoelektryczny – zasada dzia\u0142ania<\/p>\n

3. Czujniki koloru i kontrastu \u2013 zasada dzia\u0142ania<\/h3>\n

Czujniki koloru rozr\u00f3\u017cniaj\u0105 d\u0142ugo\u015bci fal odbitego \u015bwiat\u0142a, co pozwala na identyfikacj\u0119 barwy powierzchni. Czujniki kontrastu wykrywaj\u0105 r\u00f3\u017cnice mi\u0119dzy ciemnymi i jasnymi obszarami, np. znaczniki na ta\u015bmach produkcyjnych. U\u017cywa si\u0119 ich do selekcji, sortowania, kontroli jako\u015bci i wykrywania pozycji element\u00f3w.<\/p>\n

\"Obraz<\/p>\n

Rysunek 2Czujniki koloru i kontrastu – zasada dzia\u0142ania (wyg. przy pomocy AI)<\/p>\n

4. Czujniki \u015bwiat\u0142owodowe \u2013 zasada dzia\u0142ania<\/h3>\n

Czujniki \u015bwiat\u0142owodowe<\/b> to specjalny typ czujnik\u00f3w optycznych, kt\u00f3re wykorzystuj\u0105 \u015bwiat\u0142owody<\/b> do transmisji i detekcji \u015bwiat\u0142a. Stosowane s\u0105 tam, gdzie tradycyjne czujniki optyczne nie mog\u0105 by\u0107 u\u017cyte z powodu ograniczonej przestrzeni, wysokiej temperatury lub trudnych warunk\u00f3w \u015brodowiskowych.<\/p>\n

Zasada dzia\u0142ania:<\/h4>\n
    \n
  1. \u0179r\u00f3d\u0142o \u015bwiat\u0142a (np. dioda LED)<\/b> emituje promie\u0144 \u015bwietlny.\n
  2. \u015awiat\u0142ow\u00f3d<\/b> przenosi to \u015bwiat\u0142o do miejsca pomiaru.\n
  3. Po odbiciu (lub przerwaniu wi\u0105zki przez obiekt) \u015bwiat\u0142o wraca \u015bwiat\u0142owodem do detektora<\/b>, kt\u00f3ry analizuje sygna\u0142.<\/li>\n<\/ol>\n

    System sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch g\u0142\u00f3wnych cz\u0119\u015bci:<\/p>\n

      \n
    • G\u0142owicy \u015bwiat\u0142owodowej<\/b> \u2013 cienki, elastyczny przew\u00f3d zako\u0144czony sond\u0105 (mo\u017ce mie\u0107 form\u0119 linii, punktu, okr\u0119gu).\n
    • Modu\u0142u elektronicznego<\/b> \u2013 odpowiada za generacj\u0119 \u015bwiat\u0142a, odbi\u00f3r i analiz\u0119 sygna\u0142u.<\/li>\n<\/ul>\n

      <\/b><\/p>\n

      Rodzaje czujnik\u00f3w \u015bwiat\u0142owodowych:<\/b><\/p>\n\n\n\n\n\n\n
      \n

      Rodzaj<\/b><\/p>\n<\/td>\n

      		\n

      Opis<\/b><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

      \n

      Refleksyjny (odbiciowy)<\/b><\/p>\n<\/td>\n

      		\n

      Wykrywa obiekt na podstawie odbitego \u015bwiat\u0142a.<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

      \n

      Przelotowy (bariera)<\/b><\/p>\n<\/td>\n

      		\n

      Jeden \u015bwiat\u0142ow\u00f3d transmituje, drugi odbiera \u2013 obiekt przerywa wi\u0105zk\u0119.<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

      \n

      Rozproszeniowy<\/b><\/p>\n<\/td>\n

      		\n

      Wykrywa \u015bwiat\u0142o rozproszone przez obiekt \u2013 przydatny dla powierzchni matowych.<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

      Tabela 2 Rodzaje czujnik\u00f3w \u015bwiat\u0142owodowych (wyg. przy pomocy AI)<\/p>\n

      Zalety:<\/b><\/p>\n

        \n
      • Idealne do trudno dost\u0119pnych miejsc<\/b>\n
      • Odporno\u015b\u0107 na wysok\u0105 temperatur\u0119, wilgo\u0107, drgania\n
      • Mo\u017cliwo\u015b\u0107 detekcji bardzo ma\u0142ych obiekt\u00f3w\n
      • Elastyczno\u015b\u0107 monta\u017cu (bardzo cienkie przewody)<\/li>\n<\/ul>\n

        \"Obraz<\/p>\n

        Rysunek 3 Czujniki \u015bwiat\u0142owodowe \u2013 zasada dzia\u0142ania (wyg. przy pomocy AI)<\/p>\n

        5. Czujniki wizyjne (kamery przemys\u0142owe) \u2013 zasady dzia\u0142ania<\/h3>\n

        Czujniki wizyjne<\/b>, nazywane r\u00f3wnie\u017c kamerami przemys\u0142owymi<\/b>, to zaawansowane urz\u0105dzenia optoelektroniczne s\u0142u\u017c\u0105ce do rejestrowania i analizowania obrazu<\/b> w celu wykrywania obiekt\u00f3w, ich cech, po\u0142o\u017cenia lub zgodno\u015bci z normami. Stanowi\u0105 istotny element system\u00f3w wizyjnych<\/b> wykorzystywanych w automatyce, robotyce i kontroli jako\u015bci.<\/p>\n

        Zasada dzia\u0142ania czujnik\u00f3w wizyjnych:<\/b><\/p>\n

          \n
        1. Rejestracja obrazu<\/b>
          Kamera przemys\u0142owa wykonuje zdj\u0119cie obiektu lub obszaru roboczego z u\u017cyciem matrycy \u015bwiat\u0142oczu\u0142ej (np. CMOS lub CCD).\n
        2. Przetwarzanie sygna\u0142u<\/b>
          Obraz przekszta\u0142cany jest na sygna\u0142 cyfrowy i przekazywany do procesora lub sterownika.\n
        3. Analiza obrazu<\/b>
          Oprogramowanie analizuje dane obrazu, np. kszta\u0142t, kolor, wymiary, pozycj\u0119, orientacj\u0119, defekty.\n
        4. Podejmowanie decyzji<\/b>
          Na podstawie analizy czujnik wysy\u0142a sygna\u0142 steruj\u0105cy, np. do sortera, robota lub PLC, uruchamiaj\u0105cy odpowiedni\u0105 reakcj\u0119 (np. odrzut produktu, zatrzymanie linii).<\/li>\n<\/ol>\n

          Mo\u017cliwo\u015bci i zastosowania:<\/b><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
          \n

          Funkcja<\/b><\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Przyk\u0142ad zastosowania<\/b><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

          \n

          Identyfikacja obiekt\u00f3w<\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Odczyt kod\u00f3w QR, etykiet, tekstu (OCR)<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

          \n

          Kontrola jako\u015bci<\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Wykrywanie wad, p\u0119kni\u0119\u0107, zabrudze\u0144<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

          \n

          Pomiar i inspekcja<\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Pomiar d\u0142ugo\u015bci, szeroko\u015bci, pozycji, k\u0105ta<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

          \n

          Pozycjonowanie<\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Naprowadzanie ramienia robota na element<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

          \n

          Sortowanie<\/p>\n<\/td>\n

          		\n

          Rozpoznawanie kolor\u00f3w lub kszta\u0142t\u00f3w do separacji<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

          Tabela 3: Czujniki wizyjne – metody zastosowania przy pomocy AI)<\/p>\n

          <\/b><\/p>\n

          Zalety czujnik\u00f3w wizyjnych:<\/b><\/p>\n