Sensores Rejillas Fotoeléctricas
Rejillas - Barreras Fotoeléctricas
Como funcionan, aplicaciones, tecnología:
Una rejilla fotoeléctrica (o barrera fotoeléctrica de segur, funcionidad, o cortina fotoeléctrica) es un dispositivo de seguridad sin contacto que se utiliza para proteger puntos y zonas de peligro en máquinas e instalaciones. Se caracterizan por crear un campo de protección a través de múltiples haces de luz (generalmente infrarrojos).
¿Cómo funcionan?
El principio de funcionamiento de una rejilla
fotoeléctrica se basa en la emisión y recepción de haces de luz. Consiste en:
- Un emisor: Dispara una serie de
haces de luz paralelos e invisibles (normalmente infrarrojos) a través de
una determinada área.
- Un receptor: Recibe estos haces de
luz.
Cuando un objeto (por ejemplo, una mano, un brazo o el cuerpo de una persona) interrumpe uno o varios de estos haces de luz, el receptor detecta la interrupción. Inmediatamente, la rejilla envía una señal al sistema de control de la máquina, que detiene el movimiento de la máquina o impide que se inicie, garantizando así la seguridad del operario.
La resolución de la
rejilla fotoeléctrica se refiere a la distancia entre los haces de luz. Una
resolución más pequeña significa que puede detectar objetos más pequeños (como
dedos o manos), mientras que una resolución más grande es adecuada para
detectar partes más grandes del cuerpo o el cuerpo completo.
Aplicaciones:
Las rejillas fotoeléctricas son ampliamente
utilizadas en entornos industriales y de automatización para:
- Protección de puntos de peligro:
Asegurar áreas donde hay movimiento de maquinaria peligrosa, como prensas,
bobinadoras, cortadoras de papel, máquinas de mecanizado de chapas, etc.
- Control de acceso:
Evitar que el personal ingrese a zonas peligrosas mientras la máquina está
en funcionamiento. Se instalan verticalmente para este propósito.
- Protección perimetral: Crear
un "muro" de luz alrededor de un área peligrosa, como robots
industriales o zonas de paletización, deteniendo la máquina si alguien lo
cruza.
- Detección y medición de objetos:
Algunas rejillas más avanzadas pueden utilizarse para medir la altura,
anchura y posición de objetos en líneas de producción o intra logística,
sin necesidad de programación compleja.
- Aplicaciones en transportadores:
Pueden detectar si un objeto transportado está en una posición correcta y
segura, o si hay un doble apilado.
- Automatización industrial:
Integradas en sistemas de automatización, permiten la supervisión y
control de procesos, garantizando que los objetos o personas se encuentren
en las ubicaciones correctas antes de que se ejecuten ciertas operaciones.
Tecnología:
La tecnología detrás de las rejillas fotoeléctricas
ha evolucionado para ofrecer mayor fiabilidad, flexibilidad y facilidad de uso:
- Haces de luz infrarrojos: Son
los más comunes debido a su invisibilidad para el ojo humano y su
capacidad de penetración en ciertas condiciones ambientales.
- Procesamiento de señal: Los
dispositivos modernos incorporan Asís (Circuitos Integrados de Aplicación
Específica) que permiten un tiempo de respuesta muy corto y funciones
avanzadas de detección, clasificación y medición.
- Comunicación: Cada vez más, las
rejillas fotoeléctricas se integran con sistemas de control a través de
interfaces de comunicación estándar como IO-Link, CAN open, y RS-485, lo
que facilita la transmisión de datos de diagnóstico y la configuración
remota.
- Diseño compacto y robusto: Están
diseñadas para ser compactas y robustas, lo que permite su integración en
espacios reducidos y su funcionamiento en entornos industriales exigentes
(polvo, virutas, agua).
- Funciones avanzadas:
Algunas rejillas ofrecen funciones como:
- Silenciamiento (Muting):
Permite el paso controlado de materiales a través de la rejilla sin
detener la máquina, por ejemplo, cuando un palet pasa, pero se detiene si
una persona intenta pasar.
- Evaluación selectiva de haces:
Permite determinar dimensiones o distancias entre objetos, o detectar
doble capa de material.
- Diagnóstico: Proporcionan
información detallada sobre el estado del dispositivo, horas de
funcionamiento y posibles fallos, lo que facilita el mantenimiento
predictivo.
- Conexión en cascada (Flex Chain): Permite conectar múltiples sensores en serie, simplificando el
cableado y la instalación en aplicaciones más grandes.
Las series de rejillas ópticas de automatización detectan objetos de distinto tamaño, tanto pequeños como grandes. Las nuevas rejillas ópticas con cuerpos muy delgados tienen un diseño modular y vienen en diferentes separaciones de haces y alturas de campo. Toda evaluación de la señal se da en el interior de la unidad. Pudiendose integrar sistemas ligeros a su alrededor en una configuración diseñada correctamente, lo que significa que se pueden diseñar máquinas y plantas de modo más compacto y presiso.
![]() |
| Barreras Fotoeléctricas: Uso para elementos pequeños y seguridad humana. |
En resumen, las rejillas fotoeléctricas son herramientas fundamentales en la seguridad industrial y la automatización, proporcionando una barrera de luz invisible que protege a los trabajadores y optimiza los procesos productivos.
Tipos y Modelos de Sensores Fotoeléctricos:
|
Tipo |
Descripción |
Componentes |
Alcance Típico |
Ventajas |
Inconvenientes |
|
Barrera de Luz (Through-Beam) |
El emisor y el receptor están en carcasas
separadas, enfrentados. La detección ocurre cuando el objeto interrumpe el
haz. |
Emisor y Receptor separados. |
Muy largo (hasta 100m o más). |
Mayor alcance, mayor precisión y
fiabilidad, ideal para objetos pequeños o ambientes sucios. |
Requiere cableado en ambos lados, necesita
una alineación precisa. |
|
Retro-Reflectivo (o sobre Espejo) |
El emisor y el receptor están en la misma
carcasa. El haz es reflejado por un reflector (espejo prismático) y regresa
al receptor. La detección ocurre cuando el objeto interrumpe el haz. |
Emisor/Receptor en una unidad + Reflector
externo. |
Medio (varios metros). |
Solo requiere cableado en un lado,
alineación más fácil que el de barrera. Versión polarizada para detectar
objetos brillantes. |
Menor alcance que el de barrera, el
reflector puede ensuciarse, no funciona bien con objetos muy reflectantes
(sin versión polarizada). |
|
Difuso (o de Proximidad) |
El emisor y el receptor están en la misma
carcasa. La detección ocurre cuando la luz emitida es reflejada directamente
por la superficie del objeto y regresa al receptor. |
Emisor/Receptor en una sola unidad. |
Corto (centímetros a pocos metros). |
Más compacto, el más sencillo de instalar,
no necesita componente externo (espejo o receptor). |
Menor alcance, sensible al color y textura
del objeto, la distancia de detección varía con el color. |
Modelos Comunes por Fabricantes:
Los fabricantes (Omron, Keyence, Sick,
Allen-Bradley, Eaton, etc.) ofrecen series y modelos con características
específicas, a menudo en formatos estandarizados como:
- Cilíndricos Roscados: M8, M12, M18, M30.
- Rectangulares: Compactos o con
formatos específicos para aplicaciones.
- Horquillas/Marcos: Diseños específicos donde el emisor y el receptor forman una única pieza con ranura.
Características Técnicas y Estructurales:
Características Técnicas:
Distancia de Detección: El rango máximo de operación, varía drásticamente
según el tipo (desde cm hasta decenas de metros).
Velocidad de Respuesta: Capacidad de operar a altas frecuencias, crucial para aplicaciones rápidas (ms).
Fuente de Luz (Tecnología de Sensado):
El tipo de luz emitida:
- Infrarrojo: Invisible, ideal para
largas distancias y entornos con polvo.
- Luz Roja Visible: Más fácil de alinear, de uso general.
- Láser Rojo/Infrarrojo: Para detección de piezas muy pequeñas o transparentes, ofrece
alta precisión.
- Luz Verde: Usado a veces para detección de marcas de color.
Salida:
- NPN/PNP: Define cómo conmuta la señal de salida (PNP es la más común en
Europa/Asia, NPN en Norteamérica).
- Modo Claro/Modo Oscuro:
Define si la salida se activa cuando el haz está Claro
(sin objeto) o Oscuro (con objeto).
Características Estructurales:
Carcasa: Material (plástico, acero inoxidable SUS316L, etc.) y grado de protección (IP67, IP69K, etc.) para resistencia a impactos, vibraciones, lavado, y ambientes corrosivos.
Conexión:
- Precableada: El cable está instalado
de fábrica.
- Conector: Utiliza conectores estándar como M12 (4-pines) o M8 (4-pines) para facilitar el reemplazo y la conexión rápida.
Para visualizar el estado de la alimentación, la salida y la intensidad de la señal (asistencia de configuración).
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
Conexionado Estándar (Cableado Básico):
La mayoría de los sensores industriales de
conmutación utilizan un cableado codificado por colores para la alimentación y
la señal de salida (estándar M12/M8 o cableado fijo de 3-4 hilos DC):
- Marrón: Alimentación Positiva
(típicamente 24 VDC).
- Azul: Alimentación
Negativa/Tierra (0 VDC).
- Negro: Señal de Salida Principal (Conexión a la
entrada del PLC o relé).
- Blanco: Salida Adicional (Salida complementaria o de alarma).
Protocolos de Comunicación (Industria 4.0):
Si bien muchos sensores solo ofrecen una salida de conmutación simple (ON/OFF), los sensores "inteligentes" o de alto rendimiento incluyen interfaces de comunicación digital:
IO-Link:
- Descripción: Es un sistema de
comunicación digital punto a punto estandarizado (IEC 61131-9).
- Ventaja: Permite la transmisión de
datos de proceso (detección), datos
de diagnóstico (temperatura, horas de operación) y datos de parametrización (ajuste de distancia, modo)
a través del mismo cableado estándar no apantallado que un sensor
binario.
- Compatibilidad: Los sensores IO-Link son retrocompatibles y pueden operar en modo
de conmutación estándar si no se detecta un maestro IO-Link.
Aunque más comunes para dispositivos más complejos,
los sensores a veces pueden integrarse a través de buses de campo o Ethernet
Industrial (usualmente mediante gateways o concentradores/maestros que agrupan
varios sensores):
- PROFIBUS/PROFINET
- EtherNet/IP
- AS-Interface (Especialmente para la
conexión simple de sensores/actuadores en el nivel de campo).
- MODBUS
El siguiente video de YouTube muestra cómo instalar y conectar una fotocélula de tipo retro-reflectivo.
Sensor de Barrera de Luz (Through-Beam):
Este tipo de sensor se distingue porque el emisor y el receptor están
alojados en dos carcasas separadas y se colocan enfrentados.
Principio de Funcionamiento: El emisor
proyecta continuamente un haz de luz hacia el receptor la detección ocurre cuando un objeto interrumpe
completamente el haz de luz, lo que provoca que la señal en el receptor caiga
por debajo de un umbral predefinido.
Detección: El sensor se considera "activado"
(o la salida conmuta) cuando el haz está oscuro (bloqueado).
Características Técnicas y Ventajas:
|
Característica |
Detalle Clave |
|
Alcance |
Máximo alcance de todos los tipos. Puede superar los 100 metros en
modelos de alta potencia. |
|
Fiabilidad |
Máxima fiabilidad. Como el receptor solo tiene que distinguir entre
"luz total" (haz claro) y "sin luz" (haz bloqueado), es
menos propenso a errores por cambios en la reflectividad del objeto o el
fondo. |
|
Detección de Objetos |
Ideal para la detección de objetos pequeños, delgados, o transparentes
que podrían ser difíciles de detectar con otros tipos de sensores. |
|
Insensibilidad Ambiental |
El humo, polvo, o niebla afectan menos la detección (aunque reducen el
alcance efectivo) que en los sensores difusos, ya que la atenuación de la luz
es el criterio de detección. |
|
Fuente de Luz |
Comúnmente utiliza Luz Infrarroja para un mayor alcance o Luz Roja
visible para una alineación sencilla. |
|
Sistemas de Lentes |
Utiliza sistemas ópticos muy enfocados para garantizar un haz de luz
paralelo y concentrado en largas distancias. |
Modelos y Estructurales:
Los modelos de barrera de luz suelen venir en las siguientes formas:
Formatos Estructurales:
Cilíndricos Roscados: M12, M18,
M30. Estos son muy comunes por su facilidad de montaje.
Rectangulares: Carcasas planas con múltiples orificios de
montaje, diseñadas para montaje en rieles o espacios compactos.
Miniatura/Compactos: Versiones muy pequeñas para
espacios reducidos, a menudo con un alcance limitado.
Configuraciones:
El modelo en sí se compone de dos unidades que se venden conjuntamente:
Emisor (E): Solo contiene el LED o láser de emisión y los
circuitos de modulación. Solo requiere alimentación (Marrón/Azul).
Receptor (R): Contiene el fotodiodo o fototransistor, y la
electrónica de amplificación, conmutación de salida y protecciones. Requiere
alimentación y proporciona la señal de salida (Marrón/Azul/Negro).
Tecnologías de Sensado (Óptica)
La tecnología se centra en el tipo de luz y la modulación utilizada:
Luz Infrarroja Modulada: Es la
tecnología más utilizada. La luz se emite en ráfagas (pulsos) a una frecuencia
específica. El receptor está sintonizado a esta misma frecuencia.
- Ventaja: Permite al sensor ignorar eficazmente la luz ambiental no
modulada (sol, lámparas), aumentando la inmunidad al ruido óptico.
Láser Modulado: Utiliza un diodo láser.
- Ventaja: Crea un punto de luz extremadamente pequeño y enfocado. Es ideal
para la detección precisa de objetos muy pequeños o para alcanzar
distancias extremadamente largas con un haz muy estrecho.
Supresión de Interferencia (Crosstalk): Para evitar que el emisor de un par interfiera con el receptor de un
par adyacente, los fabricantes utilizan diferentes frecuencias de modulación
para sus modelos, permitiendo montar varios pares de sensores cerca unos de
otros.
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
Conexionado Básico:
El cableado de alimentación y señal es estándar para la mayoría de los
sensores industriales:
|
Cable |
Función (Emisor) |
Función (Receptor) |
|
Marrón |
Alimentación V+ |
Alimentación V+(24 VDC) |
|
Azul |
Alimentación V- |
Alimentación V- (0 VDC) |
|
Negro |
N/A |
Señal de Salida (ON/OFF) |
|
Blanco |
N/A |
Salida Complementaria / Diagnóstico (Opcional) |
Salidas de Conmutación:
La salida del receptor es la que conmutará:
PNP/NPN: Define la lógica de la señal (PNP sourcea la
corriente a la carga; NPN sinkea la corriente a tierra).
Modo Oscuro (Dark-ON) o Modo Claro (Light-ON):
- Dark-ON
(Común en Barrera): La salida se activa
cuando el haz está oscuro (interrumpido).
- Light-ON
(Opuesto): La salida se activa
cuando el haz está claro (libre).
Protocolos de Comunicación:
Los sensores de barrera de luz modernos, especialmente en entornos de
automatización avanzados, pueden utilizar la comunicación digital:
IO-Link: Permite que el receptor (y a veces el emisor)
transmita datos digitales más allá de la simple conmutación.
- Datos
de Proceso: El estado ON/OFF.
- Datos
de Diagnóstico: Nivel de intensidad de
señal recibido (para monitorear si el sensor se está ensuciando),
temperatura, horas de operación.
- Parametrización: Ajustar la ganancia o umbral de conmutación de forma remota desde
el PLC o HMI.
Sensor
Retro-Reflectivo (o sobre Espejo):
Este sensor combina el emisor y el receptor en
una única carcasa y requiere un reflector prismático (espejo) separado para
funcionar:
Principio de Funcionamiento: El emisor proyecta un haz de luz. El reflector lo devuelve al receptor.
La detección ocurre cuando un objeto interrumpe el haz, impidiendo que
regrese al receptor.
Ventaja clave: Solo necesita alimentación y cableado en un lado del área de detección.
Características
Técnicas y Variantes
|
Característica |
Detalle: |
|
Alcance |
Medio. Generalmente hasta 10 o 15 metros, menor que el de barrera,
pero significativamente mayor que el difuso. |
|
Instalación |
Sencilla. Solo requiere cableado en la unidad del sensor. La
alineación es más fácil que la de barrera. |
|
Inconveniente |
Puede tener dificultad para detectar objetos muy reflectantes
(brillantes, espejados) si no se utiliza la variante Polarizada. |
|
Luz |
Comúnmente Luz Roja Visible para facilitar la alineación. |
|
Detección |
Se utiliza para la detección general de presencia. |
Variante
Crucial: Retro-Reflectivo Polarizado
Para superar el problema de la detección de
objetos brillantes, se utiliza la tecnología de polarización:
Funcionamiento: El emisor envía luz polarizada verticalmente. El reflector prismático
(conocido como de triple espejo) tiene la propiedad de rotar la polarización de
la luz en 90∘ (a horizontal). El receptor solo acepta la luz polarizada
horizontalmente.
Detección de Objetos Brillantes: Cuando un objeto brillante interrumpe el haz, este refleja la luz de
vuelta, pero sin rotar la polarización (la mantiene vertical). Como el
receptor solo acepta polarización horizontal, ignora la luz reflejada
por el objeto y solo se activa cuando el haz del espejo es bloqueado.
Para la mayoría de las aplicaciones
industriales, especialmente con plásticos y embalajes, se recomienda el uso del
sensor Retro-Reflectivo Polarizado (PL)
Modelos y Estructurales:
Los modelos de este tipo de sensor se
caracterizan por su diseño compacto que integra ambas ópticas:
Formatos
Estructurales:
Cilíndricos Roscados: M18 es el tamaño más común para esta tecnología. También se encuentran
en M12 y M30.
Rectangulares: Carcasas robustas y planas, ideales para montajes en superficies.
Horquilla/Marco (No es Retro-Reflectivo): Aunque tienen emisor y receptor en una unidad, son ópticas de barrera
en una estructura fija y no utilizan espejo externo.
Componentes
Físicos:
Unidad Sensor: Contiene emisor, receptor, óptica de polarización (si aplica), y
electrónica.
Reflector: Disco o
rectángulo de material prismático que garantiza que la luz de retorno viaje
exactamente en paralelo a la luz emitida. Es un componente pasivo (no necesita
energía).
Tecnologías
de Sensado (Óptica):
La tecnología óptica clave aquí es la gestión
de la luz reflejada:
Luz Modulada: Al igual que el de barrera, se utiliza la luz pulsada (modulada) para
aumentar la inmunidad a la luz ambiente.
Filtros de Polarización: Como se mencionó, un filtro lineal o circular en el emisor y otro en el
receptor son esenciales para la versión polarizada.
- Polarización Lineal:
Usada en la mayoría de los PL, rotando el plano 90∘ en el espejo.
ASR (Active Surface Reflection) / Supresión de
Fondo (No debe confundirse): Aunque son
sensores "por reflexión", el Retro-Reflectivo se basa en el espejo.
Las tecnologías de supresión de fondo son para sensores difusos, que sí usan la
reflexión directa del objeto.
Conexionado
y Protocolos de Comunicación:
Conexionado
Básico:
El cableado de la unidad sensor es el estándar
de 3 o 4 hilos DC, ya que el reflector no necesita conexión eléctrica:
|
Cable |
Función (Unidad Sensor) |
|
Marrón |
Alimentación V+ (24 V DC) |
|
Azul |
Alimentación V− (0 V DC) |
|
Negro |
Señal de Salida ON/OFF |
|
Blanco |
Salida Complementaria / Diagnóstico (Opcional) |
Protocolos
de Comunicación (IO-Link):
Muchos modelos de alta gama o M18 incluyen la
capacidad IO-Link:
Medición de Calidad: La función IO-Link más valiosa es la capacidad de leer la intensidad de
la luz recibida.
Esto permite:
- Diagnosticar si el reflector o la lente del sensor se están
ensuciando antes de que falle la detección.
- Monitorear la degradación del LED emisor.
Parametrización: Permite configurar de forma remota el modo de operación (Light-ON /
Dark-ON) y el umbral de sensibilidad.
Sensor Difuso (o de Proximidad):
Este sensor integra tanto el emisor como el receptor en una única
carcasa y no requiere ningún componente externo (ni reflector ni receptor
separado).
Principio de Funcionamiento: El emisor
proyecta un haz de luz. El objeto, al entrar en el campo de detección, refleja
una porción de esa luz de vuelta hacia el receptor. La detección ocurre cuando
la intensidad de la luz reflejada alcanza un umbral suficiente en el receptor.
Detección: El sensor depende directamente de la
reflectividad, color y textura del objeto.
Características Técnicas y Variantes:
|
Característica |
Detalle Clave |
|
Alcance |
Corto. Varía desde pocos centímetros hasta 2 o 3
metros como máximo. |
|
Instalación |
La más sencilla. Solo requiere montar el
sensor y conectarle la alimentación/salida. |
|
Dependencia del Objeto |
Alta. La distancia de detección puede variar
significativamente: los objetos blancos o brillantes reflejan más luz y se
detectan a mayor distancia que los objetos negros u oscuros. |
|
Inconvenientes7 |
Sensible al color del objeto y al fondo si este es muy reflectante. |
Tecnologías Avanzadas de Proximidad:
Para superar las limitaciones del difuso simple (que es sensible al
color y al fondo), existen dos variantes avanzadas cruciales:
Supresión de Fondo (Background Suppression -
BGS):
Funcionamiento: El sensor utiliza dos
receptores. Un circuito compara la cantidad de luz que llega a cada receptor.
La distancia de conmutación se establece mediante un punto de enfoque fijo. El
sensor solo detecta objetos antes de una distancia definida (el fondo).
Ventaja: Permite detectar cualquier objeto
(independientemente de su color) contra un fondo fijo, incluso si el fondo es
altamente reflectante o más cercano que el objeto, eliminando falsas
detecciones.
Supresión de Primer Plano (Foreground
Suppression - FGS):
Funcionamiento: Similar a BGS, pero el
punto de conmutación se establece para que el sensor solo detecte objetos más
allá de una distancia definida, ignorando suciedad o gotas en el lente del
sensor.
Modelos y Estructurales:
El difuso se ofrece en el mayor número de formatos debido a su
versatilidad:
Formatos Estructurales:
Cilíndricos Roscados: M12 y M18
son los más comunes.
Rectangulares Compactos: Ideales
para montaje directo en equipos, a menudo con ajuste de sensibilidad mediante
potenciómetro o botón "Teach".
Fibra Óptica: El emisor y el receptor se conectan a un
amplificador central (la electrónica) a través de cables de fibra óptica. Esto
permite detectar objetos en entornos muy hostiles (alta temperatura, corrosión)
o en espacios extremadamente reducidos.
Ajuste de Sensibilidad:
Muchos modelos difusos incluyen:
Potenciómetro (Trimmer): Un
tornillo de ajuste para modificar la ganancia del receptor y, por lo tanto,
ajustar la distancia de detección.
Botón Teach-In: Permite al usuario
programar la distancia de detección de forma rápida (por ejemplo, presionar el
botón con el objeto en posición, y luego sin el objeto, para que el sensor
aprenda los límites).
Tecnologías de Sensado (Óptica)
Además de la luz infrarroja o roja modulada estándar, el difuso utiliza
tecnologías de medición para las variantes avanzadas:
Triangulación: Es la base de las tecnologías BGS y FGS. Al
cambiar la distancia de detección, el punto de luz reflejada se desplaza a
través de los dos receptores, lo que permite al sensor calcular (o conmutar en
función de) la distancia del objeto.
CMOS/PSD (Position Sensitive Device): Los
sensores de alta precisión (a menudo láser) utilizan estos receptores para
determinar la distancia con mucha exactitud, en lugar de solo conmutar. Esto
permite crear sensores de "medición de distancia" que ofrecen salidas
analógicas.
Láser: Se utilizan para la detección de objetos
extremadamente pequeños o para aplicaciones que requieren una alta precisión en
el punto de luz.
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
Conexionado Básico:
El cableado del sensor difuso es idéntico a otros sensores de una sola
unidad:
|
Cable |
Función (Unidad Sensor) |
|
Marrón |
Alimentación V+ (24 V\DC) |
|
Azul |
Alimentación V- (0 VDC) |
|
Negro |
Señal de Salida ON/OFF |
|
Blanco |
Salida Complementaria / Diagnóstico (Opcional) |
Protocolos de Comunicación (Analógica y
IO-Link):
Salidas Analógicas: Los sensores difusos de
medición de distancia (típicamente láser) ofrecen salidas analógicas (0-10 V o
4-20 mA) donde la señal de voltaje o corriente es directamente proporcional a
la distancia medida al objeto.
IO-Link:
Al igual que en los otros tipos, IO-Link es muy útil para:
- Envío
de Valores de Distancia:
Enviar el valor de distancia medido de forma digital, incluso si el
sensor solo tiene una salida de conmutación.20
- Parametrización
Remota: Ajustar el punto de
conmutación BGS/FGS o la sensibilidad a través de la red, sin tener que
tocar el sensor físicamente.
Aplicación
Industrial: Línea de Embotellado y Empaquetado:
Consideremos una línea de producción de
bebidas de alta velocidad. En esta línea, los tres tipos de sensores
fotoeléctricos desempeñan roles críticos y distintos:
Barrera de
Luz (Through-Beam): Detección Crítica y de Alta Velocidad
Ubicación:
Entrada de la zona de paletizado o en una
cinta transportadora de alta velocidad.
|
Tarea de Detección |
¿Por qué Barrera de Luz? |
Detalles de Implementación |
|
Detección de Botellas Transparentes |
Máxima Fiabilidad: La detección de vidrio o plástico PET transparente
es notoriamente difícil por reflexión. La barrera de luz solo necesita que el
objeto bloquee parcialmente el haz. |
Se utiliza una unidad emisor/receptor, a menudo con un haz láser muy
fino, montado perpendicularmente al paso de las botellas. |
|
Recuento en Línea de Alta Velocidad |
Alta Velocidad de Respuesta y Precisión: El control de calidad (QC)
requiere un recuento exacto de botellas por minuto. El sensor de barrera
ofrece un punto de conmutación muy definido. |
Se utiliza un modelo con tiempos de respuesta muy rápidos
(microsegundos) para garantizar que los objetos muy cercanos entre sí no se
detecten como uno solo. |
|
Detección de Palés Grandes |
Mayor Alcance: Un palé de 1 m×1 m requiere un sensor capaz
de cubrir grandes distancias entre los montantes del transportador. |
Sensores con alcances de hasta 50-100 metros (aunque se utilicen a 5
metros) que ofrecen un margen de seguridad contra el ensuciamiento. |
Retro-Reflectivo
(o sobre Espejo): Detección de Posición y Embalaje
Ubicación:
Detección de cajas en cintas transportadoras o
confirmación de posición.
|
Tarea de Detección |
¿Por qué Retro-Reflectivo? |
Detalles de Implementación |
|
Detección de Cajas de Cartón (Independiente del Color) |
Fácil Instalación y Polarización: Requiere cableado en un solo lado.
La versión polarizada asegura que incluso las cajas con cinta plástica
brillante o logotipos reflectantes sean detectadas correctamente sin falsos
disparos. |
La unidad sensor se monta en un lado y el reflector en el lado opuesto
del transportador. Es la solución de referencia para las cintas
transportadoras estándar. |
|
Detección de Fin de Carrera (Posicionamiento) |
Alcance Medio y Robustez: Ideal para confirmar que una caja o una pila
de productos ha alcanzado una posición de parada o llenado. |
Se utiliza para iniciar una secuencia de acción (p. ej., encendido de
un motor, activación de una válvula). La distancia media es suficiente y el
reflector garantiza un retorno de señal fuerte. |
|
Control de Tensión de Film Plástico (Enfardadoras) |
Monitoreo Continuo: Un sensor retro-reflectivo puede usarse para
monitorear el bucle de film plástico que alimenta a una máquina de envolver. |
Detecta la presencia o rotura del film, asegurando que el proceso de
enfardado no se detenga por falta de material. |
Difuso (o
de Proximidad): Detección Local, Precisa y Basada en Superficie
Ubicación:
Pequeños detalles dentro de la máquina (brazo
robótico, cargador de tapas) y control de presencia en espacios reducidos.
|
Tarea de Detección |
¿Por qué Difuso? |
Detalles de Implementación |
|
Detección de Tapa en el Cabezal de Llenado |
No Necesita Opuesto: Es la única opción si no se puede montar un
reflector o un receptor en el lado opuesto (p. ej., un cabezal de máquina
móvil). |
Se utiliza un sensor compacto (M8 o Fibra Óptica) con supresión de
fondo (BGS) para detectar la tapa a una distancia muy corta (p. ej., 20 mm)
mientras ignora la estructura metálica detrás. |
|
Control de Nivel de Producto a Granel |
Detección de Superficie: Ideal para detectar el nivel de granulado,
café o tapas sueltas en una tolva de alimentación. |
El sensor se monta apuntando hacia abajo o lateralmente. La luz se
refleja directamente en el material para indicar "tolva llena". |
|
Detección de Marcas o Etiqueta (Difuso Láser) |
Precisión de Punto: Un sensor difuso láser con punto muy pequeño es
perfecto para detectar la presencia de una pequeña etiqueta o marca de
registro en un embalaje. |
Se ajusta la sensibilidad para que solo la superficie de la etiqueta
(que tiene diferente reflectividad o color) refleje suficiente luz. |
Resumen de
la Elección de Tecnología:
|
Tarea / Objetivo |
Requerimiento Clave |
Tipo de Sensor Ideal |
|
Contar objetos transparentes a larga distancia |
Fiabilidad, precisión, largo alcance. |
Barrera de Luz (Through-Beam) |
|
Detectar cajas de cartón con cinta brillante |
Fácil instalación, inmunidad a reflexión. |
Retro-Reflectivo Polarizado |
|
Confirmar la presencia de una pieza pequeña en un espacio reducido |
No necesita componente externo, ignora fondo. |
Difuso con Supresión de Fondo (BGS) |
Sensores Cilíndricos Roscados: M8, M12, M18, M30
Estos números (M8, M12, M18, M30) se refieren al diámetro de la rosca métrica exterior del cuerpo del
sensor, lo que determina su tamaño físico y, por ende, las características
técnicas que pueden albergar:
|
Diámetro |
Alcance Típico |
Tipo de Sensor Ideal |
Aplicación Típica |
|
M8 |
Muy corto (pocos cm - 1 m) |
Difuso (Proximidad), Barrera de Luz |
Detección de piezas muy pequeñas, espacios
confinados. |
|
M12 |
Corto a Medio (1 cm - 5 m) |
Difuso (Proximidad), Retro-Reflectivo |
Usos generales, transportadores ligeros. |
|
M18 |
Medio a Largo (10 cm - 15 m) |
Retro-Reflectivo, Barrera de Luz |
El formato más común, uso industrial pesado y
flexible. |
|
M30 |
Largo a Muy Largo (20 m o más) |
Barrera de Luz de Alta Potencia |
Larga distancia, ambientes muy sucios, líneas de
paletizado. |
Características Estructurales y Tipos:
La estructura cilíndrica permite un montaje
sencillo a través de un orificio roscado o con tuercas en soportes de montaje
estándar.
Tipos de Sensado por Diámetro:
La elección del diámetro está ligada a la
tecnología de sensado:
M8 y M12 (Pequeños):
- Enfoque: Principalmente sensores Difusos y Barrera de Luz.
- Motivo: El espacio reducido
dificulta la integración de la óptica de polarización necesaria para un
Retro-Reflectivo eficiente, o limita la potencia de emisión/recepción
necesaria para largo alcance.
- Uso: Máquinas de montaje de precisión, robótica.
M18 (Estándar Industrial):
- Enfoque: Admite los tres tipos: Difuso, Retro-Reflectivo (incluyendo polarizado), y Barrera de Luz.
- Motivo: El tamaño ofrece un equilibrio entre facilidad de montaje, potencia de emisión y espacio para ópticas complejas (como lentes de polarización o de supresión de fondo).
M30 (Grandes):
- Enfoque: Principalmente Barrera de Luz y Retro-Reflectivo
de alto alcance.
- Motivo: Se utiliza cuando se necesita más potencia (mayor LED/Láser) o lentes más grandes para enfocar el haz en distancias largas o para operar en entornos con mucho polvo o vapor.
Conexión Estructural:
Cableado Fijo: El cable sale directamente de la parte trasera. Más robusto contra vibraciones, pero menos flexible para el reemplazo.
Conector M12 (4 Pines): El estándar para M18 y M30. Un conector desmontable que permite el cambio rápido del sensor sin recablear.
Conector M8 (3 o 4 Pines): El estándar para sensores M8 y M12. Un conector más pequeño para adaptarse al tamaño reducido.
Características Técnicas y Tecnologías:
Materiales y Protección:
Carcasa:
- Latón Niquelado o Plástico (ABS/PC): Lo más común. Suficiente para la mayoría de ambientes
industriales secos.
- Acero Inoxidable (SUS 316L): Usado para entornos de lavado a alta presión, alimentos y bebidas, o farmacéuticas, donde se requiere la máxima resistencia química (IP69K).
Lente: Suele ser acrílico o vidrio, con recubrimientos anti-arañazos y tratamientos especiales para evitar la condensación.
Ajuste: En los modelos difusos M18 y M30, es común encontrar un potenciómetro en la parte trasera o lateral para ajustar manualmente la sensibilidad.
Tecnologías Específicas en Cilíndricos:
Los sensores cilíndricos más avanzados integran:
|
Tecnología |
Formato Típico |
Función Principal |
|
Polarización |
M18 (Retro-Reflectivo) |
Detección fiable de objetos brillantes o
espejados. |
|
Supresión de Fondo (BGS) |
M18 (Difuso) |
Ajusta la distancia de detección para ignorar el
fondo. |
|
Láser |
M8, M12, M18 (Todos los tipos) |
Crea un haz de luz preciso para la detección de
objetos muy pequeños. |
|
Modulación de Frecuencia |
M18, M30 (Barrera/Retro) |
Evita la interferencia mutua entre sensores
adyacentes. |
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
El formato cilíndrico no define el protocolo, pero
sí la facilidad de su integración.
Conexionado Estándar:
3 Hilos (Marrón/Azul/Negro): Salida de conmutación simple (ON/OFF).
4 Hilos (Marrón/Azul/Negro/Blanco): Añade una salida complementaria o de diagnóstico.
Protocolos de Comunicación:
La integración de protocolos digitales se ha
estandarizado en los formatos cilíndricos, siendo IO-Link el más
dominante.
|
Formato IO-Link |
Descripción |
Ventaja |
|
M12 (Conector) |
El conector M12 de 4 pines es el cableado físico
estándar para la comunicación IO-Link en sensores M18 y M30. |
Permite usar el mismo cableado que un sensor
binario para obtener datos digitales. |
|
M8 (Conector) |
Sensores M8 y M12 más pequeños también admiten
IO-Link, utilizando su conector M8. |
Permite la integración de datos y el monitoreo de
diagnóstico en máquinas compactas. |
Beneficio de IO-Link en Cilíndricos:
Un sensor M18 Retro-Reflectivo puede enviar, a
través de IO-Link, un valor que indica el margen de señal (qué tan cerca está
de fallar la detección), permitiendo mantenimiento predictivo antes de que el
sensor se ensucie por completo.
Sensores Rectangulares:
A diferencia de los sensores cilíndricos, que priorizan la facilidad de
montaje en agujeros estándar, los sensores rectangulares se diseñan para
optimizar el espacio y ofrecer diversas geometrías de haz. Se montan
típicamente con tornillos a través de orificios pasantes.
Características Estructurales y Tipos:
La forma rectangular permite diseños más delgados, cortos y con
geometrías de haz complejas.
Tipos de Sensado en Formato Rectangular:
El formato rectangular se utiliza para los tres tipos principales, pero
destaca en las tecnologías que requieren un montaje compacto y versátil:
Difuso (Proximidad): El formato más común.
Permite la integración de ópticas de gran tamaño y complejos sistemas de Supresión
de Fondo (BGS) y Supresión de Primer Plano (FGS), a menudo con
ajuste preciso mediante potenciómetros o botones Teach-In.
Retro-Reflectivo: Frecuentemente utilizados.
El formato rectangular permite una fácil alineación y, al igual que los
difusos, integra filtros de polarización.
Barrera de Luz: Se utiliza en versiones
compactas donde el emisor y el receptor deben ser discretos o planos.
Geometrías y Montaje:
Diseños Compactos y Planos: Ideales
para montar en estructuras donde el espacio lateral es limitado (p. ej., cintas
transportadoras estrechas).
Conexión:
- Conector
M8 o M12: En la parte trasera o
lateral (generalmente M12).
- Pigtail
con Conector: Un pequeño tramo de cable
fijo que termina en un conector (M8 o M12).
- Precableado: Cable fijo que sale del cuerpo.
Óptica Rotatoria: Algunos modelos de cubo más
grandes permiten que el cabezal óptico (la lente) se gire 90º, ofreciendo
flexibilidad de instalación sin cambiar la posición del cuerpo del sensor.
Lentes de Largo Alcance (Rectangulares Grandes): La superficie frontal más grande permite lentes con mayor diámetro,
mejorando la concentración del haz y el alcance efectivo.
Características Técnicas y Tecnologías
El formato rectangular es el preferido para tecnologías que van más allá
del simple encendido/apagado.
Tecnologías de Detección Avanzadas:
|
Tecnología |
Tipo de Sensor |
Descripción |
|
Supresión de Fondo (BGS) |
Difuso |
El formato rectangular ofrece espacio para el sistema de lentes y el
chip receptor (Triangulación), lo que permite un control más preciso de la
distancia de conmutación. |
|
Detección por Distancia (CMOS/PSD) |
Difuso (Láser) |
Los sensores láser rectangulares pueden integrar chips CMOS/PSD para
ofrecer una salida analógica (ej. 4-20 mA) que indica la distancia exacta al
objeto. |
|
Detección de Color/Contraste |
Difuso |
Sensores rectangulares especializados utilizan LEDs RGB para iluminar
el objeto y medir los cambios de color o el contraste entre una marca y el
fondo. |
|
Detección de Objetos Transparentes |
Retro-Reflectivo |
Utilizan una lógica de histéresis muy estrecha o un punto de
referencia (Reflector) para detectar el cambio mínimo de señal que genera el
paso de un material transparente. |
Funcionalidades Integradas:
Botón Teach-In: Botón físico para aprender
la superficie del fondo o la distancia de conmutación con alta precisión.
Bloqueo de Teclas (Key Lock): Evita que
la configuración del sensor sea cambiada accidentalmente por el personal de
mantenimiento.
Pantalla Digital: Algunos modelos
rectangulares de gama alta incluyen una pequeña pantalla para mostrar el valor
de intensidad de la señal o la distancia real medida.
Conexionado y Protocolos de Comunicación
Conexionado:
El conexionado es el estándar industrial de 3 o 4 hilos (Marrón V+, Azul
V-, Negro Salida 1, Blanco Salida 2), pero la forma rectangular facilita la
integración de salidas más complejas.
Salidas Analógicas: Los sensores rectangulares
láser/CMOS (de medición de distancia) proporcionan una salida continua
proporcional a la distancia del objeto.
- Salida
= 0 a 10 VDC (Voltaje)
- Salida
= 4 a 20 mA (Corriente)
Protocolos de Comunicación:
Los sensores rectangulares, al ser a menudo más sofisticados, son los
principales candidatos para la integración digital.
IO-Link (Común): Permite obtener el valor de
la señal analógica o el valor de distancia medido de forma digital, además de
la información de diagnóstico y la capacidad de cambiar el modo de detección
remotamente.
Buses de Campo (Menos Común): Aunque la
mayoría de los sensores binarios no se conectan directamente a un bus de campo
(como PROFINET o EtherNet/IP), los sensores rectangulares de matrices de luces
o cortinas ópticas a veces sí lo hacen a través de interfaces específicas para
transmitir grandes cantidades de datos.
Los sensores rectangulares se eligen cuando se requiere precisión
avanzada, detección de objetos complejos (brillo, color, distancia específica)
y flexibilidad de montaje en un formato que optimiza el espacio.
Sensores Fotoeléctricos de Horquilla y Marco:
Estos sensores se caracterizan por integrar el emisor y el receptor en
una única carcasa rígida que forma una ranura o un "marco" cerrado.
Principio de Funcionamiento: Es una
configuración de Barrera de Luz fija. El haz de luz viaja una distancia precisa
y constante desde el emisor a través de la ranura hacia el receptor.1
La detección ocurre cuando un objeto entra en la ranura e interrumpe el haz.
Ventaja Clave: Alineación perfecta y permanente, no se
requiere ninguna instalación, alineación o ajuste por parte del usuario, lo que
maximiza la fiabilidad.
Tipos Estructurales y Usos:
Existen dos tipos principales según la geometría de la carcasa:
Sensores de Horquilla (Fork Sensors):
Estructura: Tienen forma de "U" o de horquilla,
con el emisor en un brazo y el receptor en el brazo opuesto.
Tamaño: La profundidad de la garganta (distancia
entre el borde de la horquilla y el fondo) es variable, desde unos pocos
milímetros hasta 150-200 mm.
Uso Típico:
- Detección
de Etiquetas: Modelos muy estrechos y
precisos para detectar la brecha entre etiquetas autoadhesivas o
etiquetas transparentes.
- Recuento
de Piezas: Piezas pequeñas que caen
o pasan por la ranura (p. ej., control de alimentación de piezas).
- Detección
de Bordes: Controlar la posición
precisa del borde de una lámina o film.
Sensores de Marco (Frame Sensors):
Estructura: Una caja o "marco" rectangular
hueco que envuelve el área de detección. Contiene múltiples haces de luz
cruzados que cubren toda el área.
Tamaño: Desde marcos pequeños (unos pocos
centímetros) hasta marcos grandes (varios cientos de milímetros).
Uso Típico:
- Detección
de Objetos que Caen: Detectar pequeños
objetos que caen dentro del marco (p. ej., piezas en una tolva o línea de
estampado). El patrón de haces cruzados garantiza que cualquier objeto,
independientemente de su posición, sea detectado.
- Control
de Expulsión: Verificar que las piezas
han sido expulsadas correctamente de una prensa o máquina de moldeo.
Características Técnicas y Tecnologías:
La tecnología principal es la Barrera de Luz, pero adaptada para la
máxima precisión.
Detección y Velocidad:
Resolución y Precisión: El punto
de conmutación es extremadamente preciso. Los sensores láser de horquilla
pueden tener resoluciones de 0.1 a 0.5 mm, lo que los hace ideales para
la detección de características muy pequeñas.
Velocidad: Son inherentemente rápidos. La distancia de
recorrido de la luz es mínima y constante, lo que permite frecuencias de
conmutación muy altas (hasta $25\ \mu s$ de tiempo de respuesta), crucial para
procesos de alta velocidad como el recuento de piezas.
Fuente de Luz:
- Luz
Roja o Infrarroja: Para uso general.
- Láser: Necesario para detectar huecos muy pequeños (separaciones entre
etiquetas) o piezas diminutas.3
Tecnologías Específicas:
Ajuste Automático (Auto-Teach): Muchos
modelos de horquilla y marco incluyen un botón que permite al sensor calibrar
automáticamente la potencia de su haz y el umbral de detección óptimo para la
ranura vacía.
Detección de Transparencia (para Etiquetas): Los modelos avanzados de horquilla usan tecnología ultrasónica o luz
polarizada de alta frecuencia para detectar el pequeño cambio de luz que
provoca la película transparente de la etiqueta al pasar por el hueco.
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
Conexionado Estándar:
El sensor de horquilla o marco funciona como una sola unidad con la
electrónica de salida integrada.
|
Cable |
Función (Unidad Única) |
|
Marrón |
Alimentación V+ (24 VDC) |
|
Azul |
Alimentación V- (0 VDC) |
|
Negro |
Señal de Salida (Conmutación ON/OFF) |
|
Blanco |
Salida Adicional (p. ej., salida complementaria o salida
analógica/IO-Link) |
Protocolos de Comunicación:
IO-Link (Común):
Es muy útil en estos sensores especializados.
- Datos
de Proceso: El estado binario (hay
objeto/no hay objeto).
- Diagnóstico: El valor de la señal recibida (útil para saber si se está
acumulando suciedad o si el haz está debilitándose).
- Parametrización: En los sensores de horquilla de etiquetas, IO-Link permite cambiar
el modo de detección (ej. de modo "gap" a modo
"etiqueta") o la sensibilidad remotamente.
Salidas Analógicas: Algunos sensores de marco
que miden la posición del objeto (centrado) pueden ofrecer una salida analógica
(4-20 mA) proporcional a la posición detectada dentro del marco.
Los sensores de Horquilla y Marco son la solución ideal cuando la máxima
precisión de alineación, la alta velocidad y la detección de objetos pequeños o
transparentes son requisitos críticos, especialmente si la detección se realiza
en un punto fijo del proceso.
Sensores Fotoeléctricos de Fibra Óptica:
El sistema de fibra óptica separa la electrónica de
conmutación y amplificación del cabezal de detección.
Componentes:
El sistema se compone de dos partes esenciales:
- Amplificador de Fibra Óptica (Amplifier Unit): Es la unidad electrónica que contiene la fuente de luz
(LED/Láser), el receptor, el circuito de amplificación, la salida y los
ajustes. Se monta en un riel DIN en un lugar seguro (típicamente en un
gabinete de control).
- Cable de Fibra Óptica: El elemento óptico pasivo que transporta la luz desde el amplificador al punto de detección y la devuelve al amplificador. Puede ser de plástico o vidrio.
Principio Clave: El cable de fibra óptica actúa simplemente como un conducto de luz, permitiendo que la detección se realice de forma remota
Tipos Estructurales y Aplicaciones de la Fibra:
La fibra óptica ofrece dos configuraciones
principales que replican los tipos de detección de la tecnología estándar:
Fibra de Barrera de Luz (Through-Beam Fiber):
Estructura: Se utilizan dos cables de fibra óptica
separados. Un cable transporta la luz del amplificador al punto de detección
(emisor) y el segundo cable transporta la luz de vuelta al amplificador
(receptor).
Aplicación: Detección de objetos pequeños, detección precisa, o detección a través de un espacio confinado.
Ventaja: Máxima fiabilidad en entornos ruidosos (el cable de fibra no sufre interferencia electromagnética).
Fibra Difusa (Diffuse Fiber):
Estructura: Se utiliza un solo cable de fibra que contiene
múltiples filamentos. Algunos filamentos llevan la luz de emisión, y otros
filamentos recogen la luz reflejada por el objeto y la devuelven al
amplificador.
Aplicación: Detección de proximidad de objetos grandes o en espacios muy reducidos.
Ventaja: Facilidad de montaje (solo un cable) en espacios de difícil acceso.
Tipos de Cabezales y Formas:
La versatilidad de la fibra radica en la forma de
su cabezal:
Cabezales Estándar: Rectos, con roscas (M4, M6) para montaje en soportes pequeños.
Cabezales Flexibles: Pueden doblarse para apuntar la detección en cualquier ángulo.
Cabezales Focales: Lentes añadidas para concentrar el haz y detectar objetos a distancias precisas.
Cabezales Resistentes a la Temperatura/Químicos: Cubiertas especiales (ej. de acero inoxidable o teflón) para inmersión directa en líquidos corrosivos o uso en hornos (hasta 400ºC).
Características Técnicas y Tecnologías:
La electrónica avanzada se encuentra toda en la
unidad amplificadora:
Detección y Velocidad:
Resolución: Extremadamente alta. La fibra óptica es la opción principal para detectar objetos muy pequeños, hasta de decenas de micras (micrómetros), especialmente con amplificadores láser de alta precisión.
Ajuste de Intensidad: Los amplificadores de gama alta permiten un ajuste digital preciso de la intensidad del LED o láser, lo que es crucial para la detección de objetos casi transparentes.
Detección de Color/Brillo: Algunos amplificadores tienen LEDs RGB y lógica avanzada para detectar el cambio de color de la luz reflejada (ideal para detectar marcas de registro o coloración).
Tecnologías de Amplificación:
Auto-Teach Digital: El amplificador utiliza algoritmos inteligentes para configurar automáticamente el mejor umbral de conmutación. El operario simplemente presiona un botón con y sin el objeto presente.
Salida Dual: Muchos amplificadores ofrecen dos salidas. Una para el estado de detección (ON/OFF) y otra para el diagnóstico (p. ej., alarma si la señal recibida es débil).
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
El cableado solo se realiza en la unidad
amplificadora, que se encuentra lejos del punto de detección.
Conexionado del Amplificador:
Alimentación: Típicamente 24 VDC.
Salida de Conmutación: 1 o 2 salidas (PNP/NPN) que se conectan directamente al PLC.
Salida Analógica (Opcional): Si el amplificador es de medición, puede ofrecer una salida de voltaje/corriente proporcional a la intensidad de la luz recibida.
Protocolos de Comunicación;
La fibra óptica es un sistema de alto valor, por lo
que la comunicación digital es una característica estándar en muchos modelos de
amplificadores.
IO-Link (Común): El amplificador se conecta al maestro IO-Link.
- Datos de Proceso: El
estado ON/OFF.
- Datos de Diagnóstico: El valor numérico exacto de la luz recibida. Esta es
la característica más importante, ya que permite al usuario o al PLC
monitorear la degradación de la fibra o el ensuciamiento del cabezal
antes de que falle el sistema.
- Parametrización Remota: Cambiar los umbrales de detección, la potencia del láser o el modo de funcionamiento del amplificador desde la HMI o el PLC sin abrir el gabinete.
Conexión en Cascada (Bus Dedicado): Muchos amplificadores permiten conectarse en "cascada" a través de un bus dedicado. Solo un amplificador actúa como "maestro" y se comunica con el PLC, simplificando el cableado en sistemas con docenas de puntos de detección.
Tabla comparativa concisa de los pros y contras de los sensores de Barrera de Luz, Retro-Reflectivos y Difusos.
Comparativa de Sensores Fotoeléctricos:
|
Característica |
Barrera de Luz (Through-Beam) |
Retro-Reflectivo (Sobre Espejo) |
Difuso (Proximidad) |
|
Componentes |
Emisor y Receptor separados. |
Emisor/Receptor en una unidad + Reflector. |
Emisor/Receptor en una unidad. |
|
Principio de Detección |
Interrupción del haz. |
Interrupción del haz reflejado por el espejo. |
Reflexión directa del objeto. |
|
Alcance Típico |
Muy Largo (Hasta 100m o más). |
Medio (Hasta 15m). |
Corto (Centímetros a pocos metros). |
|
Fiabilidad |
Máxima. Mínima influencia ambiental. |
Alta. Fiabilidad media a alta. |
Moderada. Muy sensible a cambios. |
|
Detección de Objetos |
Objetos transparentes o muy pequeños (el mejor). |
Objetos opacos, fácil de usar (versión polarizada
para brillantes). |
Objetos grandes o medianos. |
|
Dependencia del Color |
Mínima. (Depende del tamaño del objeto). |
Baja. (Versión Polarizada). |
Alta. La distancia de detección cambia con el
color. |
|
Instalación |
Difícil. Requiere cableado en ambos lados y
alineación precisa. |
Media. Cableado en un solo lado, alineación con
el reflector. |
Fácil. Solo requiere montar el sensor. |
Pros y Contras Detallados:
|
Tipo de Sensor |
Ventajas (Pros) |
Desventajas (Contras) |
|
Barrera de Luz |
* Mayor alcance y mayor potencia para entornos
sucios. * Máxima precisión en el punto de conmutación. * Ideal para
materiales transparentes o muy pequeños. |
* Mayor costo total (dos unidades). * Mayor
tiempo y complejidad de instalación (cableado y alineación). |
|
Retro-Reflectivo |
* Solo requiere cableado en un lado. * Buena
fiabilidad para aplicaciones de alcance medio. * La versión polarizada
resuelve el problema de los objetos brillantes. |
* Necesita un reflector (que puede ensuciarse o
dañarse). * Alcance limitado en comparación con la barrera. * Dificultad con
objetos muy transparentes o espejados (sin polarización). |
|
Difuso |
* El más económico y rápido de instalar. * No
requiere componentes externos. * Sensores avanzados (BGS) eliminan el
problema del fondo. |
* Alcance muy limitado. * Distancia de detección
sensible al color y la textura del objeto. * Propenso a falsas detecciones si
el fondo es muy reflectante. |
Conclusión para la Selección:
- Si necesita el máximo alcance, máxima fiabilidad, o detectar
objetos transparentes/minúsculos: Elija
Barrera de Luz.
- Si necesita un buen alcance y minimizar el cableado: Elija Retro-Reflectivo Polarizado.
- Si el objeto está cerca y no puede montar nada en el lado opuesto: Elija Difuso (idealmente con Supresión de Fondo si el fondo es una preocupación)
La transición de las señales binarias (ON/OFF) y
analógicas clásicas a la comunicación digital ha transformado la forma en que
los sensores fotoeléctricos (especialmente los más avanzados, como los BGS o
los láser de medición) se integran en la automatización moderna.
Esta integración se logra a través de una jerarquía de protocolos, donde IO-Link maneja la conexión a nivel de campo y los Buses de Campo gestionan la red de nivel superior (la conexión al PLC/Controlador).
IO-Link: El "Último Metro" de la
Automatización
IO-Link (IEC 61131-9) es la primera tecnología de
E/S (Entrada/Salida) estandarizada a nivel mundial para la comunicación digital
punto a punto (maestro-esclavo) con sensores y actuadores.
Características Técnicas:
|
Característica |
Detalle Clave |
|
Arquitectura |
Punto a Punto (un sensor IO-Link a un puerto
Maestro IO-Link). |
|
Medio Físico |
Cable industrial estándar sin blindaje de 3 o 4
hilos (M8 o M12). |
|
Comunicación |
Bidireccional y Digital. Elimina la pérdida de
señal y las interferencias de la transmisión analógica. |
|
Distancia |
Limitada a 20 metros entre el sensor
(dispositivo) y el Maestro IO-Link. |
Funciones y Ventajas en Sensores Fotoeléctricos:
IO-Link permite que el sensor transmita tres tipos
de datos, transformando un simple interruptor en un dispositivo inteligente:
|
Tipo de Dato |
Función |
Aplicación en Sensores Fotoeléctricos |
|
Datos de Proceso (Cíclicos) |
La información esencial y rápida. |
El estado binario ON/OFF y el valor medido (ej.
la intensidad de luz recibida o la distancia real al objeto en mm). |
|
Datos de Servicio (Acíclicos) |
Información de diagnóstico, identificación y
configuración. |
* Identificación: Número de serie del sensor y
fabricante. * Parámetros: Envío y recepción de la configuración (ej.
distancia BGS, sensibilidad). |
|
Eventos (Acíclicos) |
Mensajes de advertencia o error. |
Alerta por: "Suciedad en la lente" (la
señal recibida baja de un umbral), sobrecalentamiento, o cortocircuito. |
Beneficios Clave:
Mantenimiento Predictivo: Monitorear la intensidad de la luz recibida
(diagnóstico) permite limpiar o reemplazar el sensor antes de que falle la
detección.
Reemplazo Rápido (Plug & Play): Si un sensor falla, el Maestro IO-Link guarda
automáticamente su configuración.5 Al instalar el sensor de
reemplazo, los parámetros se transfieren al nuevo sensor, minimizando el tiempo
de inactividad.
Ajuste Remoto: Permite cambiar la configuración del sensor (ej. modificar el punto de conmutación) desde el PLC, lo que es esencial para cambios de formato de producción
VER: Tecnologia IO-Link
Buses de Campo (Fieldbuses) y Ethernet Industrial:
Los Buses de Campo (como PROFIBUS) y, más
recientemente, el Ethernet Industrial (como PROFINET o EtherNet/IP), son los
protocolos de red que operan a nivel de control, conectando el PLC con los
módulos de E/S y los Maestros IO-Link.
|
Protocolo |
Base Tecnológica |
Velocidad y Capacidad |
Aplicación Típica |
|
PROFIBUS |
Serial RS-485 (Clásico) |
Baja a Media (Max 12 Mbit/s). |
Entornos con alta fiabilidad, aplicaciones de
proceso. |
|
PROFINET |
Ethernet Industrial (Moderno) |
Alta (100 Mbit/s a 1
Gbit/s). |
Máxima velocidad, alta flexibilidad, integración
vertical (Industria 4.0). |
|
EtherNet/IP |
Ethernet (de Rockwell/ODVA) |
Alta. |
Común en Norteamérica y en sistemas
Allen-Bradley. |
El Rol de los Buses en la Detección:
Los buses de campo no se conectan directamente a la
mayoría de los sensores fotoeléctricos binarios o analógicos; su función es:
- Transporte de Datos: Llevar los datos cíclicos y acíclicos recolectados por el Maestro
IO-Link hasta el PLC.
- Tiempo Real: Garantizar que la
información crítica (como la señal de un sensor de barrera de luz de alta
velocidad) llegue al PLC en un tiempo determinístico y predecible.
- Conectividad a Distancia: Superan las limitaciones de distancia de IO-Link, permitiendo que
la información de sensores remotos viaje a lo largo de la fábrica.
La Sinergia: Maestro IO-Link como Pasarela:
La clave de la automatización moderna es la
combinación de ambos:
- Nivel 0 (Dispositivo): El Sensor Fotoeléctrico IO-Link (Esclavo).
- Nivel 1 (Agregación): El Maestro IO-Link o Gateway. Este módulo se comunica con el sensor vía IO-Link y traduce todos los datos digitales del sensor (ON/OFF, Distancia, Diagnóstico) a paquetes de datos compatibles con el Bus de Campo.
- Nivel 2 (Control): El PLC/Controlador, que recibe estos paquetes de datos del Maestro a través del Bus de Campo (PROFINET, EtherNet/IP, etc.) y los utiliza para la lógica de control, HMI, y gestión de mantenimiento.
El siguiente video de YouTube puede ayudarte a visualizar cómo funciona el protocolo IO-Link y su integración en la automatización:
Importancia de la Distancia de Detección:
La distancia de detección (Sn, o Alcance Nominal) no debe tomarse como el punto exacto de montaje, sino como una guía que obliga al ingeniero a considerar dos factores esenciales:
El Margen de Seguridad Operativo:
En aplicaciones industriales, el sensor nunca debe
operar en su alcance máximo nominal.
Regla General: El sensor debe montarse a una distancia no superior al 50% al 70% de su alcance nominal máximo.
Motivo:
Este margen compensa factores como:
- Acumulación
de polvo o suciedad en las lentes (lo que debilita el
haz).
- Fluctuaciones en el voltaje de alimentación.
- Cambios ambientales (temperatura, vapor).
- Degradación gradual de la fuente de luz (LED) con el tiempo.
Definición del Tipo de Sensor:
La distancia de detección requerida en la
aplicación define automáticamente el tipo de sensor:
Alcance Largo (5m - 100m): Requiere una configuración de Barrera de Luz.
Alcance Medio (1m - 15m): Suele ser adecuado para Retro-Reflectivo.
Alcance Corto (0.5cm - 2m): Es el dominio del sensor Difuso (Proximidad).
Pros y Contras que Afectan el Rendimiento por
Distancia
La elección de una gran distancia de detección (p.
ej., usando Barrera) o una corta (p. ej., usando Difuso BGS) conlleva
implicaciones en el rendimiento:
Sensores de Largo Alcance (Barrera de Luz):
|
Aspecto |
Pro |
Contra |
|
Rendimiento |
Máxima Fiabilidad: La gran intensidad de señal
garantiza una conmutación robusta, incluso con suciedad. |
Divergencia del Haz: A largas distancias, el haz
de luz se dispersa (crece en diámetro), lo que reduce la capacidad de
detectar objetos pequeños. |
|
Instalación |
Permite cubrir grandes áreas (p. ej., puertas de
acceso, almacenes). |
Alineación Crítica: Una pequeña desalineación
angular se magnifica a grandes distancias, dificultando la puesta en marcha. |
|
Control |
Menor sensibilidad a vibraciones una vez
instalado. |
Latencia/Retraso: Aunque mínima, el tiempo que
tarda la luz en recorrer 100 metros puede ser un factor en aplicaciones de
ultra-alta velocidad. |
Sensores de Corto Alcance (Difuso, BGS):
|
Aspecto |
Pro |
Contra |
|
Rendimiento |
Detección Precisa: Permite la detección de
objetos a distancias fijas y la ignición de fondos (BGS). |
Alta Dependencia del Objeto: La distancia máxima
solo se logra con objetos blancos (alta reflectividad). Los objetos oscuros
reducen drásticamente el alcance efectivo. |
|
Instalación |
Máxima facilidad (no necesita reflector/receptor
opuesto). |
Riesgo de Daño Físico: Al estar el sensor muy
cerca del proceso, es más vulnerable a golpes, suciedad directa o abrasión. |
|
Control |
Punto de Enfoque Fijo (BGS): Permite ignorar
fondos no deseados. |
Sensibilidad al Ruido: Pequeños cambios en la
superficie del objeto (ej. polvo) pueden influir en el umbral de detección si
se opera con poco margen. |
Influencia de Materiales Transparentes y la
Supresión de Fondo (BGS):
Esta es una de las mayores confusiones en la
selección de sensores:
Principio del Sensor Difuso (BGS):
El sensor Difuso, y por extensión el sensor con
Supresión de Fondo (BGS), basa su funcionamiento en la cantidad
de luz que el objeto REFLEJA de vuelta al receptor.
El Problema de la Transparencia:
Cuando se coloca un material transparente (vidrio,
plástico PET, film) delante de un sensor BGS:
- Baja Reflexión: El objeto no refleja
suficiente luz de vuelta al receptor del sensor.
- Alta Transmisión: La
mayor parte del haz de luz pasa a través del
objeto transparente.
- Detección Fallida: El receptor del sensor BGS recibe muy poca señal o ninguna. Si el receptor no alcanza el umbral de luz necesario para conmutar, el sensor no lo detecta y parece que está "viendo a través" del objeto
Consecuencia en el Rango de Detección:
El sensor BGS está diseñado para funcionar de
manera óptima en el rango de detección (ej. 300 mm) para objetos opacos.
Para un material transparente, el alcance efectivo del sensor BGS es prácticamente nulo e inestable, independientemente de la distancia programada.
Solución:
Para materiales transparentes, es crucial cambiar la tecnología de sensado, ya que el principio de
reflexión es inadecuado:
|
Material |
Tecnología Recomendada |
Principio de Detección |
|
Transparentes |
Barrera de Luz (Through-Beam) |
Detección por bloqueo del haz. No importa si el
objeto refleja luz o no; si bloquea, conmuta. |
|
Transparentes |
Retro-Reflectivo Especializado |
Utiliza tecnología de luz polarizada o
auto-colimación que detecta el pequeño cambio en la intensidad o polarización
del haz al pasar el objeto. |
La velocidad de respuesta
(o tiempo de respuesta) es el intervalo de tiempo que transcurre desde que el
sensor detecta el cambio en el haz de luz hasta que su salida eléctrica cambia
de estado.
En aplicaciones de alta velocidad, este parámetro
es tan crítico como la distancia de detección, ya que determina si el sistema
puede "ver" un objeto o si este pasará desapercibido debido a la
rapidez del proceso.
Importancia de la Velocidad de Respuesta
La importancia radica en tres factores
fundamentales de la automatización:
Detección de Objetos Pequeños a Alta Velocidad:
Si un objeto se mueve muy rápido, permanece frente al sensor solo durante un tiempo breve (T presencia). Si el tiempo de respuesta del sensor (T respuesta) es mayor que el tiempo de presencia del objeto, el sensor no llegará a activarse.
Regla de oro: El tiempo de presencia del objeto frente al haz debe ser al menos el doble del tiempo de respuesta del sensor para una detección fiable.
Precisión en el Posicionamiento (Jitter):
En aplicaciones de corte o etiquetado, un tiempo de
respuesta lento o inconsistente provoca que la marca o la etiqueta se coloque
en una posición errónea. Un sensor con baja velocidad de respuesta genera un
"desplazamiento" físico proporcional a la velocidad de la cinta.
Frecuencia de Conmutación:
Es el número máximo de operaciones ON/OFF que el
sensor puede realizar por segundo (medido en Hertz, Hz). Está directamente relacionada con el tiempo de
respuesta: f = _____1_________
TON + TOFF
Aplicaciones según el Rango de Velocidad:
Los sensores fotoeléctricos se seleccionan en
función de la dinámica del proceso. Aquí clasificamos las aplicaciones típicas:
Velocidad Estándar (Respuesta: >10 ms / Frecuencia: <100 Hz):
Son sensores de propósito general, económicos, con
filtros para evitar interferencias que ralentizan su electrónica.
Aplicaciones:
- Presencia de cajas en transportadores de logística.
- Detección de pallets en almacenes.
- Sistemas de seguridad de baja velocidad (puertas de garaje).
Velocidad Media (Respuesta: 1 ms
a 10 ms / Frecuencia: 100 Hz a 1 kHz):
Es el rango más común en la industria
manufacturera.
Aplicaciones:
- Detección de botellas en líneas de llenado de bebidas.
- Control de paso en máquinas de empaque.
- Sincronización básica de brazos robóticos.
Alta Velocidad (Respuesta: 100 µs
a 1 ms / Frecuencia: 1 kHz a 10 kHz):
Aquí dominan los sensores de Barrera de Luz y los de Fibra Óptica con
amplificadores digitales.
Aplicaciones:
- Recuento de piezas pequeñas que caen (tornillos, pastillas).
- Detección de muescas en ejes rotativos.
- Control de rotura de brocas en máquinas CNC.
Ultra-Alta Velocidad (Respuesta: <100 µs / Frecuencia: >10 kHz):
Generalmente sensores Láser o de Horquilla especializados.
Aplicaciones:
- Lectura
de marcas de registro en imprentas rotativas (donde el papel se mueve a 10 ms o más).
- Detección
de etiquetas en máquinas etiquetadoras de alta producción (>60,000 botellas/hora).
- Sistemas de inspección de calidad por visión artificial activados por disparo (trigger).
Factores que afectan la velocidad real:
No todo es el sensor; el sistema completo influye
en la rapidez:
- Tipo de Salida:
- Relé: Muy lenta (10 a 25 ms). No apta
para velocidad.
- Transistor (PNP/NPN): Muy rápida (microsegundos). Es el estándar.
- Histéresis: Es la diferencia entre el punto de activación y desactivación. Una histéresis muy alta ayuda a evitar rebotes, pero ralentiza la detección de objetos muy seguidos.
- Comunicación (PLC): Si el sensor es rápido pero el tiempo de ciclo del PLC es lento (p. ej., 20 ms), la velocidad del sensor se pierde. En estos casos, se usan entradas de interrupción rápida o módulos contadores en el PLC
Escenario de la Aplicación:
Imagina que tienes una línea de producción con las
siguientes condiciones:
Producto: Una caja pequeña de medicinas con un ancho de 20 mm (0.02 m).
Velocidad de la cinta (v): La cinta se mueve a 2 metros por segundo (2 m/s).
Sensor bajo evaluación: Un sensor fotoeléctrico con un tiempo de respuesta (Tr) de 0.5 ms (0.0005 s).
Paso 1: Calcular el Tiempo de Presencia (Tp)
El tiempo de presencia es la duración real que el
objeto interrumpe el haz de luz. Se calcula con la fórmula:
Tp = Ancho del objeto
Velocidad de la cinta
Tp = 0.02 m = 0.01 s = 10 ms
2 m/s
El objeto estará frente al sensor durante 10 milisegundos.
Paso 2: Aplicar el Factor de Seguridad
En la industria, no basta con que Tp sea mayor que Tr. Debido a variaciones en la velocidad del motor, vibraciones o alineación, se aplica un factor de seguridad de 2 (el objeto debe estar presente al menos el doble del tiempo que el sensor tarda en responder).
Condición de éxito: Tp ≥ 2 x Tr
En nuestro caso:
Tp = 10 ms
2 x Tr = 2 x 0.5 ms = 1 ms
Resultado: 10 ms ≥ 1 ms - APTO El sensor es más que suficiente para detectar la caja.
Paso 3: ¿Qué pasa si el objeto es muy pequeño?
Supongamos que ahora queremos detectar un componente electrónico de 1 mm de ancho en la misma cinta (2 m/s).
- Nuevo Tp: 0.001 m = 0.0005 s = 0.5 ms
2 m/s
- Comparación: El tiempo de presencia (0.5 ms) es igual al tiempo de respuesta del sensor (0.5 ms).
- Veredicto: NO APTO. El sensor está en su límite teórico, cualquier pequeña vibración hará que el PLC no reciba la señal o que el sensor ni siquiera llegue a conmutar.
El factor crítico: El PLC
Aunque el sensor sea apto, hay un "cuello de
botella" oculto: el Tiempo de Ciclo del PLC.
Si el sensor detecta el objeto en 0.5 ms, pero el programa del PLC tarda 20 ms en dar una vuelta completa (scan time), el PLC podría "perderse" la señal porque esta ocurrió y desapareció mientras el procesador estaba ejecutando otra parte del código.
¿Cómo solucionarlo?
Ajustar el sensor: Usar la función de "Pulse Stretcher" (Prolongador de impulso) si el sensor la tiene. Esto hace que, aunque la detección dure 0.5 ms, la salida se mantenga activa durante 50 ms para que el PLC tenga tiempo de verla.
Hardware del PLC: Conectar el sensor a una Entrada de Interrupción o a un módulo de contador rápido que reaccione independientemente del tiempo de ciclo.
Resumen para tu elección:
|
Si el resultado de Ancho v es... |
Acción recomendada |
|
> 10 veces Tr |
Sensor ideal, sin riesgos. |
|
2 a 10 veces Tr |
Aceptable, pero vigila el tiempo de ciclo del
PLC. |
|
< 2 veces Tr |
Riesgo alto. Busca un sensor más rápido o reduce
la velocidad. |
Los sensores fotoeléctricos que utilizan luz infrarroja (IR) son el estándar en entornos
industriales donde la robustez y la capacidad de penetración son más
importantes que la facilidad de alineación visual.
A diferencia de los sensores de luz roja, los
infrarrojos emiten una longitud de onda superior a los 700 nm
(típicamente entre 850 nm y 950 nm), lo que los hace invisibles al ojo humano,
pero extremadamente efectivos en condiciones difíciles.
Tipos y Tecnologías de Sensado Infrarrojo:
La luz infrarroja se aplica en las tres
configuraciones clásicas, pero con ventajas específicas:
|
Tipo |
Ventaja de la Tecnología IR |
Aplicación Ideal |
|
Barrera (Through-Beam) |
Máximo poder de penetración. La luz IR atraviesa
mejor el polvo, la niebla y el vapor. |
Aserraderos, fundiciones y exteriores. |
|
Retro-reflectivo |
Permite alcances mayores que la luz roja visible
en el mismo tamaño de carcasa. |
Almacenes automatizados de gran escala. |
|
Difuso |
Menos sensible a la luz ambiental (como el sol o
lámparas fluorescentes). |
Detección de objetos oscuros o en áreas muy
iluminadas. |
Tecnologías Estructurales de Emisión:
LED Infrarrojo de alta potencia: Permite un "exceso de ganancia" (Gain Margin) muy alto para trabajar en ambientes con suciedad acumulada
Luz Modulada: Casi todos los sensores IR modernos pulsan la luz a una frecuencia específica para que el receptor pueda ignorar cualquier luz IR "estática" proveniente del sol o de fuentes de calor.
Características Técnicas y Estructurales:
Características Técnicas
Longitud de Onda: Generalmente 880nm o 940nm.
Invisibilidad: Útil en aplicaciones de seguridad o donde la luz roja brillante podría distraer a los operadores.
Inmunidad a la Luz Ambiente: Gracias a filtros ópticos integrados que solo permiten el paso de la longitud de onda IR, son muy estables frente a flashes de soldadura o cambios de iluminación solar.
Características Estructurales:
Filtros de Paso de Banda: El lente suele verse oscuro (casi negro) porque bloquea la luz visible y solo deja pasar los rayos infrarrojos.
Carcasas: Al igual que los demás, vienen en formatos M12, M18 o Rectangulares.
Indicadores de Alineación: Como el haz es invisible, estos sensores deben
incluir un LED indicador de estado (frecuentemente naranja o verde) para
confirmar que el receptor está viendo al emisor.
Conexionado y Protocolos:
El esquema de conexión de un sensor IR no varía de
los modelos visibles, pero la interpretación de sus datos en protocolos
digitales es clave.
Esquema de Conexión (3/4 hilos):
- Marrón: +24 VDC
- Azul: 0 VDC
- Negro: Salida de control (PNP o NPN).
- Blanco: Entrada de "Test" o Selección
Light/Dark. Muchos sensores IR de barrera incluyen un cable de
"Test" en el emisor para apagarlo remotamente y verificar que el
receptor responda (autodiagnóstico).
Protocolos de Comunicación:
IO-Link:
En los sensores IR, IO-Link se utiliza
principalmente para monitorear el Nivel de Contaminación.
- Diagnóstico: Dado que el IR se usa en ambientes sucios, el protocolo informa al PLC cuando la potencia de la señal cae debido a suciedad en el lente, enviando una alarma de "Mantenimiento Requerido" antes de que la máquina se detenga.
Salidas de Alarma: En modelos sin comunicación digital, se usa un cuarto hilo (blanco) para indicar que la intensidad de recepción es marginal (al límite del fallo).
Comparativa: Infrarrojo vs. Luz Roja
|
Característica |
Infrarrojo (IR) |
Luz Roja Visible |
|
Alineación |
Difícil (requiere indicadores LED). |
Fácil (se ve el punto de luz). |
|
Ambientes sucios |
Excelente (mejor penetración). |
Regular (el polvo bloquea el haz). |
|
Objetos brillantes |
Sensible (puede dar falsos positivos). |
Mejor con filtros de polarización. |
|
Seguridad/Distracción |
No molesta a la vista. |
Puede cansar al operador si hay muchos. |
Sensado de Luz Roja:
Los sensores fotoeléctricos de Luz Roja Visible son los más populares en la industria
debido a la enorme ventaja que supone ver el haz de luz durante la instalación.
Operan en una longitud de onda de aproximadamente 650 a 670 nm.
Tipos y Modelos de Luz Roja:
A diferencia del infrarrojo, la luz roja permite un
enfoque mucho más preciso, lo que ha dado lugar a modelos especializados:
|
Tipo |
Características del Haz Rojo |
Aplicación Típica |
|
Punto Láser (Class 1 o 2) |
Haz extremadamente fino y concentrado. |
Detección de piezas minúsculas, hilos o bordes. |
|
PinPoint (LED) |
Haz pequeño y homogéneo, similar al láser pero
más económico. |
Electrónica y montaje de precisión. |
|
Haz en Línea |
El haz no es un punto, sino una línea horizontal
o vertical. |
Detección de objetos con formas irregulares o
rejillas. |
Características Técnicas y Estructurales:
Ventajas Técnicas:
Facilidad de Alineación: El operario puede ver exactamente dónde impacta el haz, lo que reduce el tiempo de puesta en marcha en un 50% comparado con el infrarrojo.
Filtros de Polarización: La luz roja puede ser polarizada físicamente. Esto permite que los sensores Retro-reflectivos ignoren los reflejos de objetos brillantes (acero, plástico film) y solo detecten el retorno del espejo.
Precisión de Punto: Al ser una longitud de onda menor, el haz diverge menos, permitiendo detectar objetos más pequeños a distancias moderadas.
Características Estructurales:
Lentes Transparentes: A diferencia de los IR (que tienen lentes oscuros), estos sensores usan lentes claros o rojos transparentes.
Indicadores de Potencia: Muchos modelos incluyen una barra de LEDs (tipo semáforo) que indica qué tan centrado está el haz rojo respecto al receptor o reflector.
Conexionado y Tecnologías de Sensado:
El conexionado sigue el estándar industrial, pero
con funciones añadidas gracias a la visibilidad del haz:
Cableado Estándar (M12 / 4 pines):
- Pin 1 (Marrón): +24 VDC.
- Pin 2 (Blanco): Entrada de
configuración o salida secundaria (Normalmente Cerrada).
- Pin 3 (Azul): 0 VDC.
- Pin 4 (Negro): Salida de conmutación principal (Normalmente Abierta).
Tecnologías de Ajuste:
Teach-In Dinámico: Dado que el haz es visible, es fácil pasar el objeto por el haz mientras se presiona el botón "Teach". El sensor calcula el umbral de luz roja recibida y se autoconfigura.
Supresión de Fondo (BGS) por Triangulación: Utiliza un haz de luz roja que rebota en el objeto y llega a un receptor dividido (PSD o CMOS).3 El ángulo de retorno de la luz roja determina si el objeto está dentro o fuera del rango, ignorando el fondo sin importar su color.
Protocolos de Comunicación:
En la era de la Industria 4.0, los sensores de luz roja aprovechan la comunicación digital para enviar datos complejos:
IO-Link:
- Valor de Intensidad: El
sensor envía un número (ej. de 0 a 1000) que representa la cantidad de
luz roja que regresa. Un PLC puede usar este valor para detectar si un
objeto está "sucio" o si es de un color diferente.
- Localización de Dispositivo: Se puede activar una función de "parpadeo" (Beaming) desde el software para que el sensor parpadee físicamente y el técnico pueda ubicarlo rápidamente entre cientos de sensores.
AS-Interface (AS-i): Utilizado en grandes sistemas de transporte para conectar decenas de sensores de luz roja con un solo cable de dos hilos (alimentación + datos).
Comparativa: Luz Roja vs. Láser Rojo
|
Característica |
LED Rojo Estándar |
Láser Rojo |
|
Tamaño del punto |
10 a 50 mm a 1 m. |
< 2 mm a 1 m. |
|
Seguridad |
Totalmente seguro. |
Requiere precauciones (Clase 1 o 2). |
|
Alcance |
Medio. |
Muy alto y preciso. |
|
Costo |
Económico. |
Más elevado. |
Los sensores láser representan la cima de la
precisión en la detección fotoeléctrica. A diferencia de los sensores
LED convencionales, que emiten un haz de luz divergente (cono), el láser emite
un haz de luz colimado, lo que significa que los rayos son paralelos y
mantienen un punto de luz extremadamente pequeño incluso a grandes distancias.
Existen dos tecnologías principales: el Láser Rojo
(el más común y preciso) y el Láser Infrarrojo (para aplicaciones especiales o
de largo alcance).
Tipos y Tecnologías de Sensado Láser:
El láser se utiliza en las configuraciones
estándar, pero con un rendimiento superior:
|
Tipo |
Tecnología Láser |
Ventaja Competitiva |
|
Barrera (Through-Beam) |
Haz ultra fino. |
Permite detectar objetos de hasta 0.01 mm de
espesor a varios metros. |
|
Retro-reflectivo |
Punto de luz pequeño. |
Permite usar reflectores minúsculos y detectar
objetos a través de rendijas o agujeros pequeños. |
|
Difuso / Medición |
Triangulación o ToF. |
No solo detecta presencia, sino que mide la
distancia exacta con precisión de micras (µ m). |
Tecnologías de Sensado de Distancia:
Triangulación: El láser rebota en el objeto y llega a un receptor lineal (CMOS o PSD). El ángulo con el que incide la luz indica la posición exacta del objeto. Es ideal para distancias cortas con precisión extrema.
ToF (Time of Flight): El sensor mide el tiempo que tarda el pulso láser en ir y volver. Se utiliza para rangos de medición largos (hasta 10-50 metros) con alta velocidad.
Características Técnicas y Estructurales:
Seguridad Láser (Clasificación):
Es el factor estructural y técnico más importante:
Clase 1: Seguro para la vista bajo condiciones normales. Es el estándar en la mayoría de sensores industriales.
Clase 2: Luz visible. El reflejo de parpadeo humano protege el ojo. Requiere etiquetas de advertencia en la carcasa.
Características Técnicas:
Punto de Luz: Puede ser tan pequeño como 0.1 mm a una distancia de 1 metro.
Frecuencia de Conmutación: Muy alta, a menudo superando los 5 kHz (5,000 detecciones por segundo).
Linealidad: En sensores de medición, mantienen una precisión constante en todo su rango.
Características Estructurales:
Óptica de Precisión: Las lentes son de cristal de alta calidad para evitar la distorsión del haz láser
Alineación Micrométrica: Muchos modelos incorporan soportes con tornillos de ajuste fino, ya que una desviación de un milímetro en el sensor puede significar centímetros de error a la distancia de detección.
Conexionado y Protocolos de Comunicación:
Debido a que los sensores láser suelen ser
dispositivos de "alta gama", sus opciones de comunicación son más
avanzadas.
Conexionado:
Salidas Conmutadas (Push-Pull): Muchos sensores láser modernos son
"universales", detectan automáticamente si deben funcionar como PNP o NPN.
Salidas Analógicas: Esencial en sensores de medición láser para
entregar la distancia al PLC.
- 4-20 mA: Inmune al ruido eléctrico en distancias largas.
- 0-10 V: Común para laboratorios o distancias cortas.
Protocolos de Comunicación:
IO-Link (Estándar de Oro): * Permite leer la distancia en milímetros
directamente como un valor digital (eliminando la necesidad de tarjetas
analógicas costosas).
- Permite configurar el "modo de precisión" o el
"tiempo de promediado" para evitar lecturas erráticas en
superficies rugosas.
Ethernet Industrial (PROFINET / EtherNet/IP): Algunos sensores láser de medición de gran alcance integran directamente un puerto Ethernet para enviar perfiles de distancia complejos a sistemas de control o visión.
Comparativa: Láser Rojo vs. Láser Infrarrojo
|
Característica |
Láser Rojo (650 nm) |
Láser Infrarrojo (780-900 nm) |
|
Visibilidad |
Visible: Muy fácil de alinear. |
Invisible: Requiere tarjetas detectoras para
alinear. |
|
Aplicación |
Uso general, inspección de piezas. |
Seguridad, conteo de personas, exteriores. |
|
Seguridad |
Riesgo de distracción visual. |
Discreto, no distrae al operador. |
|
Precisión |
Máxima resolución visual. |
Mejor comportamiento en materiales oscuros. |
Sensado
Luz Verde:
Los sensores fotoeléctricos de Luz Verde son
dispositivos especializados que no se utilizan para detección de presencia
general, sino principalmente para la detección de marcas de contraste y en
aplicaciones de clasificación de colores.
Su longitud de onda (aproximadamente 525 nm) es la
clave de su funcionamiento, ya que se encuentra en un punto del espectro donde
ciertos colores (especialmente el rojo y sus derivados) absorben la luz de
manera muy distinta a como lo hace el blanco o el propio verde.
Tipos y Tecnologías de Sensado de Luz Verde:
La mayoría de los sensores de luz verde operan bajo
la configuración de Difuso (Proximidad) de corto alcance,
optimizados para detectar diferencias sutiles en la reflectividad de la
superficie.
|
Tipo / Aplicación |
Tecnología de Sensado |
Objetivo Principal |
|
Sensores de Contraste |
Emisión de luz verde enfocada en un punto
pequeño. |
Detectar marcas impresas (típicamente rojas o
negras) sobre fondos claros en embalajes. |
|
Sensores de Color |
Combina LED verde con rojo y azul (RGB). |
Clasificación de objetos por color o verificación
de componentes correctos. |
|
Detección de Brillo (Luminescence) |
A veces usan verde para excitar ciertos químicos. |
Detectar marcas invisibles (tinta UV) sobre
fondos brillantes. |
Características Técnicas y Estructurales
Ventajas del Espectro Verde:
Sensibilidad al Contraste Rojo-Blanco: La luz verde es absorbida casi por completo por las superficies rojas, lo que genera una señal de retorno muy baja ("oscuridad"). Esto permite al sensor distinguir perfectamente una marca roja sobre un fondo blanco, algo que un sensor de luz roja estándar no podría hacer con fiabilidad.
Estabilidad en Embalajes Metálicos: Funciona excepcionalmente bien en superficies de aluminio o láminas metalizadas comunes en la industria alimentaria.
Características Estructurales:
Punto de Luz Definido: Suelen tener un haz de luz en forma de "barra" o un punto muy pequeño para capturar la transición exacta del borde de una marca impresa
Carcasas Especializadas: Debido a que se usan en máquinas de envasado rápido, suelen ser rectangulares con cabezales de fibra óptica o lentes de vidrio de alta precisión para resistir vibraciones y limpiezas frecuentes.
Distancia de Trabajo Fija: Normalmente operan a distancias muy cortas y precisas (ej. 10 a 20mm) para mantener el enfoque sobre el material en movimiento.
Conexionado y Tecnologías de Ajuste:
Debido a la precisión requerida para detectar
marcas, el ajuste es más complejo que en un sensor común.
Conexionado (M12 / 4 o 5 pines):
- Pin 1 (Marrón): +24 VDC.
- Pin 3 (Azul): 0 VDC.
- Pin 4 (Negro): Salida de conmutación
rápida (frecuentemente tipo Push-Pull).
- Pin 2 (Blanco): Entrada de Control (Teach-In externo). Permite que el PLC le "enseñe" al sensor una nueva marca cuando cambia el formato de producción sin que el operador toque la máquina.
Tecnologías de Ajuste:
Teach-In Estático/Dinámico:
Estático: Se pone la marca bajo el punto verde y se presiona el botón, luego se
pone el fondo y se vuelve a presionar.
Dinámico: Se deja correr la cinta transportadora y el sensor aprende automáticamente el máximo y mínimo de luz verde reflejada para establecer el umbral óptimo.
Protocolos de Comunicación:
En estos sensores, la comunicación digital no es
solo para diagnóstico, sino para la flexibilidad del proceso.
IO-Link:
Cambio de Receta: El PLC puede enviar los parámetros de una nueva marca de contraste al
sensor en milisegundos cuando la línea cambia de producto.
Análisis de Señal: Permite leer el "valor de contraste" en tiempo real. Si el contraste empieza a degradarse (ej. por tinta de baja calidad en la imprenta), el sistema puede dar una alerta antes de que se pierda la detección.
Salidas de Alta Velocidad: Muchos modelos incluyen salidas analógicas o digitales con frecuencias de hasta 25 kHz, necesarias para líneas que producen miles de envases por minuto
¿Cuándo usar Luz Verde?:
- Impresión y Embalaje: Detección de marcas de corte en bobinas.
- Detección de Marcas Rojas: Imprescindible cuando la marca es roja, naranja o amarilla sobre fondo claro.
- Superficies Metálicas: Mayor estabilidad de señal en láminas brillantes que la luz roja o infrarroja.
Integración de IO-Link en sistemas de automatización modernos:
No es solo un cambio de cableado, sino un cambio de
paradigma hacia la digitalización total del nivel de campo.
La Arquitectura de Integración: Del Sensor al PLC
La integración sigue un flujo de datos estructurado
que permite que un sensor fotoeléctrico sea "visible" para todo el
sistema:
- Conexión Física (Capa 0): El sensor se conecta al Maestro IO-Link mediante un cable estándar M12 de 3 hilos (sin necesidad de cables apantallados costosos, ya que la señal es digital y robusta frente al ruido).
- Traducción en el Maestro (Capa 1): El Maestro IO-Link consolida los datos de varios sensores (típicamente 4 u 8 puertos). Convierte el protocolo serie punto a punto de IO-Link en un protocolo de red industrial (como PROFINET, EtherNet/IP o Modbus TCP).
- Procesamiento en el PLC (Capa 2): El PLC recibe un "bloque de datos" organizado. Gracias a los archivos IODD (IO Device Description), el software de programación del PLC reconoce exactamente qué marca y modelo de sensor está conectado y qué significa cada bit de información (distancia, estado, alertas).
Gestión de Datos: Cíclicos vs. Acíclicos
Para no saturar la red, la integración IO-Link
separa la información según su urgencia:
Datos Cíclicos (Alta Prioridad): Se envían automáticamente en cada ciclo del PLC.
- Ejemplo: El estado de detección del objeto (Bit 0) y el valor de la medición láser en mm (Bytes 1-2). Esto garantiza que la máquina reaccione en tiempo real.
Datos Acíclicos (Bajo Demanda): Solo se transmiten cuando el PLC los solicita o
cuando ocurre un evento.
- Ejemplo: El número de horas que el sensor ha estado encendido, la temperatura interna del dispositivo o la configuración del umbral de detección.
Ventajas Estratégicas de la Integración:
Integrar IO-Link ofrece capacidades que los
sensores tradicionales simplemente no tienen:
Reemplazo de Dispositivos "Plug & Play": Cuando un sensor se daña, el PLC detecta la desconexión. Al conectar el nuevo sensor, el PLC verifica que el ID del dispositivo coincida y descarga automáticamente la configuración (alcance, modo, histéresis) al nuevo hardware. El técnico no necesita ajustar potenciómetros manualmente.
Eliminación de Tarjetas Analógicas: Tradicionalmente, un sensor láser de distancia requería una costosa tarjeta de entrada analógica (4-20 mA) en el PLC. Con IO-Link, el valor de distancia viaja digitalmente a través de un puerto de entrada estándar, ahorrando hardware y eliminando errores de conversión A/D (analógico a digital).
Validación de Hardware: El sistema puede impedir que la máquina arranque si se instala un modelo de sensor incorrecto en un puerto específico, evitando errores de mantenimiento que podrían causar daños.
Herramientas de Software para la Integración:
Para que esta integración funcione, los ingenieros
utilizan:
Archivos IODD: Son archivos XML suministrados por el fabricante del sensor. Funcionan como el "driver" del dispositivo, permitiendo que el software del PLC (como TIA Portal de Siemens o Studio 5000 de Rockwell) muestre menús desplegables para configurar el sensor gráficamente.
Bloques de Función (FB): Los fabricantes suelen entregar librerías de código pre-escrito para el PLC. Estos bloques facilitan la lectura de diagnósticos complejos sin que el programador tenga que descifrar tramas de bits manualmente.
La integración de IO-Link es la base de la Industria 4.0, permitiendo que la información fluya desde el objeto detectado en la cinta transportadora hasta los sistemas de gestión en la nube para análisis de eficiencia (OEE) y mantenimiento predictivo.
Sensado
Difuso :
El sensor Difuso (o de Proximidad)
es el tipo más sencillo y económico de la familia fotoeléctrica, pero también
el que requiere un análisis más técnico para su aplicación correcta, ya que el
objeto a detectar es parte activa del sistema óptico.
A continuación, detallamos sus variantes,
funcionamiento y consideraciones críticas:
Principio de Funcionamiento:
A diferencia de los tipos de Barrera o Retro-reflectivos, en el sensor difuso el emisor y el receptor están en el mismo cuerpo, y no hay un reflector o receptor opuesto.
1 El emisor lanza un haz de luz.
2
Si un objeto entra en el rango,
la luz rebota en la superficie del objeto (reflexión difusa).
3 Una parte de esa luz dispersa regresa al receptor del sensor, activando la salida.
Tipos Principales de Sensores Difusos:
No todos los sensores difusos son iguales; la forma
en que procesan la luz reflejada define su rendimiento:
|
Tipo |
Tecnología de Sensado |
Aplicación Ideal |
|
Difuso Estándar (Energetic) |
Mide la intensidad de la luz que regresa. |
Detección básica donde no hay objetos en el
fondo. Es muy sensible al color. |
|
Supresión de Fondo (BGS - Background Suppression) |
Utiliza triangulación. Mide el ángulo de la luz,
no la intensidad. |
El estándar de oro. Detecta el objeto e ignora el
fondo (p. ej. una cinta negra detrás de una caja clara). |
|
Supresión de Primer Plano (FGS) |
Detecta el fondo (p. ej. la cinta transportadora)
como referencia. |
Detecta objetos muy difíciles, oscuros o
brillantes que están "sobre" una superficie conocida. |
|
Difuso de Gran Alcance |
Ópticas potentes con haces infrarrojos. |
Detección de objetos grandes en áreas abiertas
(hasta 2-3 metros). |
El Factor Crítico: La Reflectividad y el Color
En un sensor difuso, la distancia de detección nominal ($S_n$) siempre se especifica usando una tarjeta blanca estándar (90% de reflectividad). Si el objeto cambia de color, la distancia real cambia drásticamente:
Objeto Blanco: 100% de la distancia nominal.
Objeto Gris: ~40-60% de la distancia nominal.
Objeto Negro Mate: ~10-20% de la distancia nominal (pueden ser casi "invisibles" para un sensor estándar).
Características Técnicas y Estructurales:
Carcasas: Disponibles en formatos cilíndricos (M12, M18) y rectangulares. Los rectangulares suelen ser mejores para la tecnología BGS (triangulación) porque permiten separar más el emisor del receptor internamente.
Ajuste (Potenciómetro vs. Teach-In):
- Los modelos económicos usan un tornillo (potenciómetro) para
ajustar la sensibilidad.
- Los modelos avanzados usan un botón de "Aprendizaje"
para definir el punto exacto donde empieza el fondo a ignorar.
Luz Roja vs. Infrarroja:
- Luz Roja: Permite ver el punto
de luz en el objeto, facilitando la alineación.
- Infrarroja: Mayor alcance y mejor capacidad para detectar objetos oscuros, aunque el haz es invisible.
Conexionado y Protocolos:
Conexión: Sigue el estándar de 3 hilos (Marrón +, Azul -, Negro Salida)
IO-Link: En los sensores difusos, la integración digital es vital para:
- Monitoreo de la "Reserva de Operación": El sensor te avisa si el objeto está reflejando muy poca luz (por
suciedad o cambio de color), permitiendo un mantenimiento preventivo.
- Modo de Conmutación Ventana: Puedes configurar el sensor para que solo se active si el objeto está entre los 100mm y los 200mm, ignorando todo lo que esté más cerca o más lejos.
Pros y Contras del Sensor Difuso
Pros:
Instalación rápida: Solo se monta y cablea un dispositivo.
Espacio: Ideal para máquinas compactas donde no hay lugar para montar nada del otro lado.
Versatilidad: Puede detectar casi cualquier objeto sólido.
Contras:
Distancia limitada: Es el que menos alcance tiene.
Dependencia del objeto: El color, la textura y el ángulo del objeto afectan la detección.
Falsas detecciones: Si no tiene supresión de fondo, puede activarse por error con una pared o una persona que pase por detrás.
Ejemplo de Instalación DE Sensor Difuso + IO-Link:
Para explicar la conexión e integración digital
(IO-Link) de un sensor Difuso con Supresión de Fondo (BGS) en
una línea de producción, vamos a desglosarlo en tres capas: la física, la de
comunicación y la de datos.
Imagina que este sensor está instalado en una cinta
transportadora para detectar el paso de cajas de diferentes colores, ignorando
la barandilla metálica que está justo detrás.
Conexión Física: El "Nivel de Campo"
La ventaja de IO-Link es que utiliza el cableado
industrial estándar que ya conoces. No necesitas cables especiales.
El Conector: Se utiliza típicamente un conector M12 de 4 polos (o M8 de 4 polos).
El Cable: Un cable estándar de 3 hilos (marrón, azul, negro) es suficiente para la comunicación digital, aunque el de 4 hilos (añadiendo el blanco) permite funciones extra.
Asignación de Pines:
- Pin 1 (Marrón): L+
(+24V DC).
- Pin 3 (Azul): L- (0V).
- Pin 4 (Negro): C/Q. Este es el pin crítico. En un sensor
convencional es solo una salida ON/OFF. En IO-Link, este pin conmuta a comunicación digital serial (SDCI) para enviar tramas
de datos.
- Pin 2 (Blanco): Puede usarse como una salida digital estándar (SIO) simultánea para funciones de seguridad o disparo rápido.
Integración al Sistema: El Maestro IO-Link
El sensor no va directo al PLC, sino a un Maestro IO-Link (un módulo de E/S inteligente).
Conexión en Estrella: Cada sensor difuso se conecta a un puerto del Maestro. El Maestro suele tener protección IP67 y se monta directamente en la estructura de la máquina, cerca de los sensores.
El "Gateway": El Maestro actúa como traductor. Por un lado habla "idioma sensor" (IO-Link) y por el otro habla "idioma fábrica" (Profinet, EtherNet/IP o EtherCAT) hacia el PLC.
Cable de Red: Un solo cable de Ethernet industrial conecta el Maestro con el PLC, llevando la información de hasta 8 o 16 sensores simultáneamente.
Integración Digital y Configuración (Software):
Aquí es donde el sensor difuso se vuelve realmente
"inteligente".
Identificación y Archivo IODD:
Para que el PLC entienda al sensor, instalas el
archivo IODD (IO Device Description). Al conectar el sensor, el
software (como TIA Portal o Studio 5000) muestra automáticamente:
- Marca:
(Ej. SICK, Pepperl+Fuchs, Balluff).
- Modelo
exacto y Número de serie.
- Versión
de firmware.
Parametrización Remota (Configuración sin tocar el
sensor):
En lugar de girar un potenciómetro con un
destornillador en una zona de difícil acceso, configuras el sensor desde tu
laptop:
Punto de Conmutación: Defines que detecte a exactamente 155 mm y que ignore todo a partir de 160 mm.
Histéresis: Ajustas la diferencia entre el punto de encendido y apagado para evitar rebotes si la caja vibra.
Modo de Salida: Cambias entre Light-ON (activar con objeto) o Dark-ON (activar sin objeto) con un clic.
Datos en Tiempo Real (Proceso y Diagnóstico):
Una vez funcionando, el sensor envía un paquete de
bits en cada ciclo (ej. cada 2ms):
|
Tipo de Dato |
Ejemplo de Información enviada al PLC |
|
Bit de Proceso |
1 (Objeto
detectado) / 0 (Cinta vacía). |
|
Valor de Medición |
El sensor difuso puede enviar un valor de proximidad
(ej. 0 a 1000) que indica qué tan cerca está el objeto o cuánta luz está
regresando. |
|
Diagnóstico (Eventos) |
Alarma de Suciedad: El sensor detecta que
el lente tiene polvo y la señal es débil. Envía un aviso al HMI: "Limpiar
sensor zona A". |
|
Mantenimiento |
Contador de ciclos (cuántas cajas han pasado) y
temperatura interna del sensor. |
Ejemplo Práctico de Valor en Producción:
Si tu línea cambia de fabricar cajas blancas grandes a cajas negras pequeñas:
Sin IO-Link: Un técnico tendría que ir sensor por sensor ajustando la sensibilidad manualmente porque el negro refleja menos luz.
Con IO-Link: El PLC detecta el cambio de receta y envía automáticamente un nuevo "Punto de Conmutación" a todos los sensores difusos de la línea. El cambio de formato se hace en segundos y sin errores humanos.
Configuración de Pulse Stretcher:
Configurar un Pulse Stretcher
(Prolongador de Impulso) es una de las funciones más útiles en un amplificador
de fibra óptica, especialmente cuando detectamos objetos extremadamente
pequeños o que pasan a velocidades muy altas.
Como vimos en el cálculo anterior, si un objeto genera un pulso de 0.5 ms y tu PLC tiene un tiempo de ciclo de 10 ms, el controlador no "verá" el evento. El Pulse Stretcher soluciona esto manteniendo la señal de salida activa durante un tiempo mínimo predefinido.
Pasos para la Configuración (Interfaz del
Amplificador):
Aunque cada fabricante (Keyence, Omron, Banner,
Sick) tiene su propia interfaz, la lógica de configuración sigue este flujo
estándar:
Acceder al Menú de Temporización (Timer):
En la mayoría de los amplificadores digitales, debes entrar en el modo "SET" o "MENU" y buscar la opción de funciones de temporización, usualmente etiquetada como TMR o TIMER.
Seleccionar el Modo "Off-Delay"
(Prolongación):
Para que funcione como un Pulse Stretcher, debes seleccionar el modo Off-Delay.
¿Cómo funciona? En cuanto el sensor detecta el objeto, la salida se activa inmediatamente. Cuando el objeto sale del haz, el sensor "espera" el tiempo que tú programes antes de apagar la salida.
Ajustar el Tiempo (Duration):
Debes definir cuántos milisegundos (ms) quieres que dure la salida.
Recomendación: Ajusta este tiempo a un valor mayor al tiempo de ciclo del PLC (típicamente entre 20 ms y 50 ms es suficiente para la mayoría de aplicaciones estándar).
Guardar y Probar:
Sal del menú y observa el LED de salida (Out). Notarás que, aunque el objeto pase "volando", el LED permanece encendido un instante extra, asegurando que el PLC registre el conteo
Configuración e Integración vía IO-Link
Si tu amplificador de fibra óptica está integrado mediante IO-Link, no necesitas tocar físicamente el sensor. La configuración se realiza desde el software de ingeniería del PLC (como TIA Portal).
El proceso digital:
- Abrir Parámetros del Dispositivo: En la
configuración del Maestro IO-Link, seleccionas el puerto donde está la
fibra.
- Modificar el Índice de Temporización: Buscas el parámetro llamado Output Timer Mode
y lo cambias de "Standard" a "Off-Delay".
- Escribir el Valor de Tiempo:
Introduces el valor numérico (ej. 40) en el parámetro Timer Value.
- Descarga Directa: Al presionar "Download", el amplificador recibe la nueva instrucción instantáneamente.
Nota Pro: Algunos amplificadores avanzados permiten configurar el Pulse Stretcher como un "One-Shot". A diferencia del Off-Delay, el One-Shot garantiza que el pulso dure exactamente el tiempo programado (digamos 50 ms), sin importar si el objeto se quedó parado frente al sensor o si pasó muy rápido. Esto es ideal para sistemas de conteo precisos.
Resumen de Beneficios:
|
Problema |
Solución con Pulse Stretcher |
|
Objeto muy rápido |
La señal se alarga para que el PLC no la ignore. |
|
Vibración del objeto |
Evita que el sensor envíe múltiples señales
rápidas (falsos conteos) por un solo objeto. |
|
Cableado largo |
Ayuda a compensar pequeñas capacitancias en
cables muy largos que podrían "suavizar" pulsos ultra cortos. |
Visualización
de la señal en un PLC:
Para visualizar la señal de un sensor fotoeléctrico
(como el de fibra óptica con Pulse Stretcher)
dentro de un PLC, debemos entender cómo el hardware traduce la luz en bits y
cómo el software procesa esa información.
A continuación, veremos la representación en Lenguaje Escalera (Ladder Logic), que es el estándar
industrial (IEC 61131-3), y cómo se gestiona el bloque de programa.
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