Cảm biến màu; tương phản & huỳnh quang ppt

Cảm biến màu; tương phản
& huỳnh quang

Trong phần này chúng tôi muốn mạn đàm những kỹ thuật
dùng màu, độ tương phản và huỳnh quang trong những ứng
dụng khác nhau.

Hình 1. Một cảm biến tương phản
Cảm biến tương phản:
Cảm biến tương phản (hình 1) phát
hiện sự khác nhau trong độ tương
phản khi đối tượng /dấu hiện hữu
hoặc trống (hình 2) trong khoảng 25
mm.
Nhiều cảm biến tương phản sử dụng
nguồn sáng LED đỏ hoặc xanh lá cây
(đôi khi là cả hai). Do các cảm biến
màu khác nhau hấp thụ lượng sáng
khác nhau, do đó người ta có thể lựa
chọn bước sóng khác nhau của nguồn
sáng để tạo ra độ tương phản cao nhất
ở mỗi ứng dụng cụ thể. Tuy vậy, tiếp
cận này không linh hoạt, đòi hỏi màu
nền và màu dấu cụ thể. Cảm biến có
nguồn sáng đỏ và xanh cho độ linh
Photoelectric
Sensors can be
founded in many
automated

application.
Selection a
suitable one can
save your money
and your time.
This discussion
may be helpful
in easier
selection of the
sensors to ensure
your realiable
solution.
hoạt tốt hơn nhiều nhưng đòi hỏi một lựa chọn màu cố định
(hoặc xanh, hoặc đỏ) trong lúc hoạt động. Chức năng này
thường được áp dụng khi tiến hành “huấn luyện” cảm biến
khi lắp đặt.
Cảm biến tương phản có
độ linh hoạt cao nhất là
những cảm biến có
nguồn sáng trắng phổ
rộng. Những cảm biến
này cho độ khác biệt trên
mọi màu và tổ hợp (màu)
nền và thời gian chuyển đổi nhanh trong quá trình sản xuất
bằng cách điều chỉnh mức thiên áp tới giá trị được gán từ
trước.
Những cảm biến màu đặc biệt cho phép tạo các điểm màu có
kích thước lớn và cảm nhận màu sắc ở khoảng cách lên tới
300 mm. Ví dụ, một cảm biến loại này phát nguồn sáng xanh

Hình 2: Nguồn sáng trắng
làm tăng độ linh hoạt cho
phép phân tích bất kỳ màu
nào trên màu nền bất kỳ.
da trời ở bước sóng 457 nm từ cặp cáp quang đồng trục để
đảm bảo độ ổn định về tín hiệu ở khoảng cách lớn ứng dụng
trong việc phân loại các
hộp từ nơi dỡ hàng trên
băng tải.
Cảm biến màu:
cảm biến màu phân tách
ánh sáng phản xạ từ một
đối tượng thành các
thành phần đỏ, xanh lá
cây và xanh da trời. Mỗi thành phần được đánh giá và xác
định xem có thuộc phạm vi cảm nhận được thiết lập trước đó
cho mỗi màu riêng biệt. Tiếp cận này rất hiệu quả khi giám
sát các màu có độ đồng đều trong những ứng dụng như dệt
may, công nghiệp nhựa và các quá trình cho màu đồng đều
khác.

Hình 3: Một cảm biến màu
hai kênh
Một kênh nhạy màu cho phép ta thiết lập những đặc tuyến
của vật thể cần phát hiện với một lối ra riêng biệt, với những
giá trị được lưu ở bộ nhớ trong của cảm biến. Thời gian đáp
ứng cho những cảm biến này khoảng 300 µs và kích thước
điểm sáng có thể lên tới 25 mm, hình 3.
Cảm biến màu lấy tích phân trên toàn diện tích của điểm
sáng. Vì thế, nếu một khoảng sáng có hai màu, cảm biến sẽ

"xem xét" độ tổ hợp của các màu hơn hơn là phân tích từng
màu riêng biệt. Đây là một cân nhắc rất quan trọng trong các
ứng dụng nơi mà điểm cần phân tích có họa tiết hoặc ở dạng
mảng màu như các hạt gỗ hoặc nhiều màu sắc như trong nỉ
làm ghế xe ôtô. Trong những ứng dụng như vậy, cảm biến
cho nguồn sáng với điểm sáng lớn lớn với khả năng cho phép
lấy tín hiệu trên một diện tích lớn sẽ phù hợp hơn.
Giao diện người sử dụng (GUI) với tính năng đặc biệt hoặc
toàn bộ tính năng có thể (hình 4) cho phép hiển thị thời gian
thực, truy cập thiết lập độ nhạy cho từng màu, và điều khiển
cảm biến nói chung. Những ứng dụng như phân loại sản
phẩm thường dựa trên vài màu cơ bản, có thể được thực hiện
với những cảm biến màu đơn giản. Những ứng dụng phức tạp
hơn cần phần điều khiển thông minh hơn cho những cảm
biến với đầy đủ tính năng.

Hình 4: Chương trình ứng dụng cho phép điều khiển
thiết lập cảm biến từ đơn giản tới phức tạp trên từng
kênh
Cảm biến dấu màu:
Cảm biến dấu màu được thiết kế để phát hiện dấu màu ở tốc
độ cao. Chúng không thật sự xác định một màu đặc biệt nào
đó. Thay vào đó, chúng phát hiện sự thay đổi màu trên nền
(màu) và xuất một tín hiệu lối ra để chỉ thị sự có mặt của dấu
(hình 5). Cảm biến dấu màu cho các điểm sáng tròn có kích
thước cỡ 0.5 mm và các điểm sáng hình chữ nhật có kích
thước 2 mm x 5 mm. Để định hướng tốt với dấu màu, cần cố
định cảm biến sử dụng điểm màu hình chữ nhật; điều này làm
cho việc phát hiện dấu màu lớn bị hạn chế. Cảm biến với
điểm sáng tròn phù hợp để phát hiện dấu màu có bề rộng lớn

hơn 0.5 mm.

Hình 5. Ví dụ về cảm biến dấu màu. Điểm
sáng nhỏ có độ đáp ứng nhanh,
cho phép phát hiện dấu màu có kích thước 0.5 mm ở tốc độ
600 m/phút.
Mấu chốt để ứng dụng cảm biến dấu màu một cách thành
công là phân tích kỹ những yêu cầu đặc biệt của mỗi ứng
dụng. Để có kết quả tốt nhât, hãy lựa chọn cảm biến với điểm
sáng không lớn hơn dấu màu nhỏ nhất cần phát hiện.
Tốc độ của dấu màu là một yếu tố căn bản trong lựa chọn
cảm biến dấu màu. Rất nhiều quá trình như in, và đảo đòi hỏi
phát hiện chính xác ở tốc độ cao. Ví dụ, dấu màu độ rộng 1
mm di chuyển với tốc độ 610 m/phút, tương đương 1 mm
trong 98 µs. Ánh sáng, khi bị điều chế, sẽ cho thẻ ở trạng thái
TẮT/MỞ khi dấu màu nằm trong trường nhận diện hữu hạn.
Vì thế, độ đáp ứng của cảm biến phải đủ nhanh để thực hiện
phép đo trước khi dấu màu nằm ngoài trường nhận diện hữu
hạn. Nói chung, cần lựa chọn cảm biến có độ đáp ứng nhanh
gấp 4 lần thời gian cần thiết để dấu màu di chuyển một quãng
đường bằng chiều rộng của nó sẽ thỏa mãn được yêu cầu vừa
nêu. Trong thí dụ này (chiều rộng dấu màu là 0.5 mm), thời
gian đáp ứng tối thiểu là 25 µs.
Cảm biến huỳnh quang:
cảm biến huỳnh quang đáp ứng với các vật liệu như sơn, mỡ,
mực và chất keo dính. Những vật liệu này thường chứa chất
đánh dấu huỳng quang, phát ra những ánh sáng trong vùng
khả kiến khi bị nguồn cực tím kích thích. Những cảm biến
này rất hữu dụng trong những ứng dụng có mặt của vật liệu
cần xác định một các chính xác, hình 6.

Hình 6: Cảm biến huỳnh quang ứng dụng
trong sản xuất dược phẩm
Kỹ thuật áp dụng dấu huỳnh quang thường được sử dụng
trong các ứng dụng có sự biến đổi đáng kể của màu nền và sự
biến đổi này cần được bỏ qua như ký tự và hình ảnh in trên
nhãn hàng. Một dấu huỳnh quang có thể được in bằng loại
mực tàng hình lên bất kỳ vị trí nào của nhãn mà không làm
ảnh hưởng tới tính thẩm mỹ của nhãn và vẫn cho phép cảm
biến phát hiện được dấu quang (sự có mặt, định hướng và vị
trí của nhãn).
Nhiều vật liệu trong sản xuất và đóng gói sử dụng chất đánh
dấu lân quang để xác định lại sự có mặt của dấu quang. Các
vật liệu có thể gồm chất keo dính, gôm, màng mỏng, lực và
mỡ bôi trơn. Vì nhiều trong số vật liệu này trong suốt hoặc
gần như trong suốt nên sử dụng các loại cảm biến khác không
thích hợp.
Màu nền hoặc chất huỳnh quang nền là một cân nhắc quan
trọng trong những ứng dụng cảm biến huỳnh quang. Chúng
tôi khuyến nghị nên kiểm tra nền để chắc chắn rằng chất
huỳnh quang không tồn tại trong nền, vì điều này có thể ảnh
hưởng tới tính ổn định khi phát hiện dấu quang trong khi đo
đạc. Những vật liệu này có thể là giấy, chất làm tăng quang
có tính huỳnh quang mạnh. Rất khó để tạo ra dấu huỳnh
quang lớn hơn cường độ nền trên một tờ giấy chất lượng cao.
Trong những trường hợp đó, mực huỳnh quang trong dải màu
Vàng/Xanh lá cây là phù hợp cho phép phân biệt giữa dấu
quang và trang giấy. Nói cách khác, các vật liệu như gỗ, đã
có sẵn tính năng phát quang tự nhiên cần một cường độ lớn
hơn ở cùng điều kiện chiếu sáng để đảm độ tin cậy của phép

đo.
Những cân nhắc khi lựa chọn cảm biến
Thông thường, lựa chọn cảm biến đúng cách có liên quan tới
việc xem xét những tính năng của vật cần phát hiện và xác
định trường nhận diện hữu hạn. Người đọc cần hiểu rõ những
tiêu chí sau đây trước khi lựa chọn cho mình một loại cảm
biến phù hợp.
1. Bạn cần phát hiện tính chất nào của vật thể
Theo bảng này, chắc rằng chúng ta sẽ có những lựa chọn phù
hợp nhất, tránh sử dụng cảm biến không đúng cách, gây lãng
phí cả về tiền bạc và thời gian.

Bảng 1. Một vài loại cảm biến tiêu biểu và
những vật liệu tương ứng
2. Chỉ có 1 điều kiện hay có nhiều điều kiện cấu thành vật
cần phát hiện?
Trừ cảm biến màu, mọi cảm biến khác phát hiện một điều
kiện nào đó là nguyên nhân dẫn tới tín hiệu phản xạ lớn hoặc
nhỏ hơn giá trị thiên áp. Khi có nhiều hơn một điều kiện cấu
thành, cần vài cảm biến tương phản hoặc một cảm biến màu
để tiến hành phép tích phân khi đo đạc.
3. Bề mặt nhẵn bóng hay mờ xỉn?
Đối với bề mặt bóng có độ phản xạ cao, thường chúng ta
phải gắn cảm biến vào gá và tạo thành một góc nhọn so với
bề mặt vật thể, thường là 15°. Nếu như độ bóng là một đặc
tính cần phát hiện, khi đó cần phải gắn cảm biến vuông góc
so với bề mặt đó. Bề mặt mờ khuếch tán ánh sáng theo nhiều
cách bất đồng nhất, làm tăng khả năng phát hiện của cảm
biến.
4. Kích thước đối tượng là bao nhiêu?

Dấu hoặc vật thể cần phải lớn hơn kích thước điểm sáng để
đảm bảo tính ổn định khi hoạt động. Kích thước của đối
tượng và tốc độ cần được cân nhắc kỹ nhưng ở quy trình với
tốc độ nhỏ. Phép kiểm tra đòi hỏi đối tượng cần được chiếu
sáng đủ lâu để cảm biến có thể nhận ra chúng.
5. Đối tượng dịch chuyển nhanh thế nào là vừa đủ?
Kiểm tra tin cậy là một hàm của độ đáp ứng của cảm biến,
tốc độ lấy mẫu, kích thước đối tượng, và tốc độ dịch chuyển
của đối tượng qua điểm sáng của cảm biến. Một cách dễ hiểu,
đối tượng cần hiện hữu trong điểm sáng (do cảm biến phát
ra) đủ lâu so với độ đáp ứng. Cảm biến có độ đáp ứng nhanh
hơn 100 µs thường phù hợp phần lớn các đối tượng.
6. Khoảng cách lớn/nhỏ nhất từ bộ gá cảm biến tới đối
tượng?
Một số cảm biến có thể hoạt độ ở khoảng cách>100 mm,
phần lớn cảm biến khác không thể. Khoảng cách càng xa
càng đòi hỏi cảm biến phải có độ nhậy cao. Một vài cảm biến
màu, cảm biến tương phản, cảm biến huỳnh quang cho điểm
sáng có kích thước lớn vì vậy chúng có thể hoạt động tốt ở
những khoảng cách xa hơn so với đối tượng. Nói chung, nên
chọn cảm biến có khả năng đánh giá ổn định và đặt chúng ở
khoảng cách tối ưu hơn là cố định nó trên một khoảng cách
cần thiết và xem nó có hoạt động tốt hay không.
7. Khoảng cách cảm biến – đối tượng nên cố định hay nên
thay đổi?
Biến thiên khoảng cách cảm biến – đối tượng, thường được
hiểu như hiện tượng “phách động”, là một yếu tố thành công
của phép kiểm tra. Vì mọi cảm biến quang điện đều đo sự sai
khác về ánh sáng do cảm biến quang thu thập, vì thế thay đổi
về khoảng cách sẽ gây ra thay đổi về lượng ánh sáng tới trên

các thấu kính góp. Dù ít dù nhiều điều này cũng sẽ làm ảnh
hưởng độ tin cậy của phép đo vốn phụ thuộc vào mức có mặt
hoặc vắng mặt của đối tượng: sự khác nhau càng lớn, biến
thiên khoảng cách càng lớn.
Nhận xét chung
Trong thực tế, những ứng dụng rất đa dạng và thay đổi từ
việc sản xuất sản phẩm này sang một sản phẩm khác, áp dụng
những điều chúng ta vừa thảo luận trên đây sẽ giúp phần nào
trong việc lựa chọn cảm biến những cảm biến quang điện vốn
được ứng dụng rộng rãi, đảm bảo các giải pháp tin cậy ngay
cả với những thách thức đến từ các quy trình tự động hóa
phức tạp.