Os Olhos e Ouvidos do Sistema: Sensores Crescem em Importância
Heiko Luckhaupt Gestor de Marketing, Automação e Controlo da RS Components RS Components Tel.: +351 800 102 037 · Fax: +351 800 102 038 marketing.spain@rs-components.com · rsportugal.com
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Quando se avalia o progresso tecnológico é muito comum concentrarmo-nos no aumento maciço da potência de processamento que torna as máquinas atuais cada vez mais “inteligentes”.
Figura 1. As séries ZFV da Omron estão especificamente projetadas para a inspeção visual.
Neste contexto, é fácil negligenciar o papel dos sensores que permitem às atuais unidades de processamento central efetuar o seu trabalho. O quão “inteligente” seria um smartphone, por exemplo, sem a tecnologia de deteção resistiva ou capacitiva? Quanto menos divertidas seriam as consolas de jogos de vídeo sem a tecnologia de acelerómetro avançado para as controlar? Isto também ocorre na área da indústria de controlo. Atualmente não há praticamente nada que um engenheiro não possa medir ou detetar e, em seguida,
utilizar como entrada no sistema. Os sensores e transdutores são construídos para se adaptarem a uma ampla gama de ambientes: e tão importante como a aquisição de material é o sistema de transmissão e condicionamento que assegura que esta é transmitida com segurança para a unidade de processamento central. Talvez a tendência mais proeminente nesta área seja o aumento drástico na utilização de informação visual como uma entrada no sistema. Os analistas de indústria da IMS Research calculam que
o mercado de máquinas de visão cresceu 10% em 2011 para chegar a quase 2,9 milhões de dólares. A empresa dita que, apesar das dificuldades atuais em termos macroeconómicos, o crescimento deve continuar ao longo dos próximos 5 anos, embora com a taxa mais modesta de um dígito. Atualmente as receitas de fabrico das máquinas de visão situam-se em mais de 80% de crescimento; mas a IMS também identifica uma tendência para uma maior utilização da tecnologia em áreas como monitorização do tráfego, segurança e vigilância, aplicações médicas e de controlo. Produtos como as séries de sensores de visão inteligente ZFV da Omron permitem aos engenheiros implementar sistemas de visão que seriam impossíveis há alguns anos atrás. Os dispositivos combinam uma cabeça de sensor equipado com uma inteligente câmara de alta velocidade CCD, e uma fonte de iluminação ajustável LED que comunica digitalmente com um módulo de amplificador/controlador. As cabeças dos sensores estão disponíveis numa variedade de especificações de campo de visão, entre 5 e 50 mm, enquanto os amplificadores podem ter tanto uma função simples como uma multifunção/programável, dependendo da aplicação e dos requisitos do cliente. O módulo do amplificador está equipado com um ecrã LCD e um software “teach and go” que permite aos utilizadores definir as suas aplicações de inspeção com apenas algumas teclas. Os algoritmos básicos pré-programados incluem área, brilho, largura, posição, singularidade, contagem e padrão. O ecrã também é utilizado durante o próprio processo de inspeção para exibir a informação de passagem/falha, e para mostrar uma imagem do produto a ser inspecionado. Disponível tanto na versão cor como monocromática, as séries ZFV podem ser
em áreas especializadas como centros de lavagem de carros.
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A família OsiSense inclui tecnologia indutiva para a deteção de objetos metálicos até 60 mm, e a tecnologia capacitiva XT permite detetar qualquer material até 20 mm. Quando a deteção de posição e presença é necessária numa escala muito menor, os sensores de fibra ótica são cada vez mais utilizados. Além do seu reduzido tamanho e da sua capacidade para detetar pequenos objetos e movimentos há outros benefícios: são resistentes a ruídos elétricos, o que é uma vantagem em muitos ambientes; por outro lado, não criam ruído elétrico e por isso são seguros para serem utilizados em situações onde o fogo é um risco; e, através da utilização do vidro, ao invés de fibra de plástico, podem funcionar com temperaturas elevadas. O princípio de funcionamento é muito semelhante ao que é utilizado em qualquer outro sistema de deteção à base de luz. A luz de um LED é associada a uma fibra ótica que o transmite para o local onde é necessária a deteção. A luz é dispersada pela cabeça do sensor. Os objetos próximos farão com que determinada quantidade de luz seja refletida ao longo da fibra. Portanto, o sistema de sensores de fibra ótica possui 2 componentes principais: um amplificador que gera luz e deteta re-
flexos, e a própria fibra. Os amplificadores estão disponíveis em modo manual ou digital. Tal como o nome sugere, o modo digital oferece um valor numérico do valor da luz detetada através da série digital do ponto de comutação. As unidades manuais fornecem um ecrã com um gráfico de barras e permitem que o ponto de comutação seja determinado por um potenciómetro. Pode ser utilizado num número diferente de fibras. A fibra de plástico com um único fio é muito comum. Para obter uma maior precisão, os utilizadores podem escolher uma configuração coaxial, na qual o núcleo central é utilizado para transmitir a luz incidente e as fibras mais pequenas em redor são utilizadas para converter os reflexos de volta ao sensor. Esta opção pode também ser mais eficiente em objetos de deteção que podem entrar em áreas de interesse a partir de qualquer direção. Um terceiro tipo, com vários núcleos, é construído num grande conjunto de pequenas fibras. Uma vez que a fibra com vários núcleos é muito flexível, é frequentemente utilizada em aplicações robóticas nas quais as cabeças de sensor podem ter de se deslocar em grandes distâncias. As séries de Amplificadores Óticos de Fibra Programáveis E3X e as Cabeças de Sensor E32 da Omron são bons exemplos do tipo de capacidades disponíveis. As cabeças do sensor cilíndrico standard E32 fornecem uma deteção fiável, de fá-
cil instalação e com um tempo de vida longo para todas as aplicações gerais de aplicações, e isto inclui os modelos com suporte hexagonal para uma montagem simplificada. Para uma instalação rápida e fácil em superfícies planas, a família E32 também inclui parafusos de cabeça quadrada com 3 mm ou 4 mm de espessura com a escolha de deteção no eixo X, Y ou Z. A seleção de parafusos em miniatura está disponível para objetos com tamanhos entre 500 μm e 3 mm, para deteção em espaços contíguos. O sensor de difusão coaxial e as lentes adicionais aumentam o alcance de deteção até 10 μm. Por fim, os parafusos de longa distância com um foco embutido nas lentes permitem a deteção de distâncias acima de 20 m. As séries de amplificadores E3X incluem o E3X-HD, que combina um display digital duplo para uma leitura e ajuste claros, com um rápido e simples botão que explica o controlo dinâmico de unidades de comunicação EtherCAT e ComponNet. Os técnicos também podem escolher entre modelos E3X com maior resistência à água, um tempo de resposta rápido de 20 μs para uma deteção de elevada velocidade, e uma versão dupla que permite a deteção de dois objetos em simultâneo.
CONCLUSÃO Neste breve artigo resumimos o que é possível fazer com a tecnologia moderna de sensores. Tal como os sensores de visão, os sensores de proximidade ou fibra ótica, os sistemas automáticos atuais podem incluir uma vasta gama de leitores de código de barras, intensidade da luz, sensores de contraste e cor. Na indústria dos plásticos, e em muitos tipos de ferramentas de máquina, a monitorização do nível do fluido e da pressão, temperatura e controlo de pressão são funções muito importantes. A importância destes muitos e variados dispositivos é, muitas vezes, subestimada: mas não se enganem, qualquer sistema de automação estaria perdido sem estes cruciais “olhos e ouvidos”.
Figura 4. O E3X-HD da Omron fornece uma instrução rápida e simples com um display digital duplo.