앰프 내장형 광전 센서 ‘HP7 시리즈’

아즈빌은 현장에서 사용 편의성을 높이고 작업자와 관계없이 일정한 감도를 조정할 수 있는 자동 감도 조정 기능의 앰프 내장형 광전 센서 ‘HP7 시리즈’를 개발했다(그림 1). 기존 제품보다 내환경 성능이 높고 기종도 확충해 고객의 다양한 니즈를 만족시켰다.



여기서는 제품 개요를 설명한 후 HP7 시리즈의 특징을 아래의 3가지로 좁혀 소개한다.

· 문제 해결 버튼
· 외란광에 견디는 성능 향상
· 투과형 상호 간섭 방지 기능

제품 개요

광전 센서란 빛의 반사나 빛의 입광/차광에 의해 물체 유무를 검출하는 비접촉 센서이다. 투광부에서 나온 빛이 검출 물체에 의해 변화한 빛을 수광부에서 검지해 ON/OFF 신호로서 출력된다.
주요 용도로는 반송 장치, 조립 기계, 가공 기계, 입체 주차장 등에 사용되며 그림 2와 같이 애플리케이션별로 3타입이 있어 구분해 사용할 수 있다. 이번에 개발한 HP7 시리즈의 주요 사양은 표 1과 같다.





문제 해결 버튼

광전 센서는 설치 상황이나 검출 물체에 따라 현장에서 조정할 필요가 있다. 예를 들면, 반투명 물체 등의 검출 물체나 배경 반사율이 높은 환경에서는 감도 조정이 필요하다(그림 3). 기존 광전 센서는 감도 조정용 볼륨을 소형 드라이버로 회전시켜 검출 물체 유무를 ON/OFF 출력으로 확인하는 방법이었다. 이 방법은 ① 설치자에 따라 조정 후의 검출 안정성에 편차가 있고, ② 조정에 시간이 걸리며, ③ 볼륨은 기능상 미세 조정이 곤란하다는 결점을 안고 있다.



HP7은 설치 현장에서 사용이 편리하며 조정 후 검출 안정성 확보를 위해 자동 감도조정을 하는 ‘문제 해결 버튼’을 장비했다. 이 문제 해결 버튼을 몇 번 누르면 최적의 설정을 자동으로 얻을 수 있다.
이로써 ① 설치자의 경험이나 자질에 영향을 받지 않고 조정 후 검출 안정성을 일률화하고, ② 조정시간을 수초로 억제할 수 있었으며, ③ 내부 신호 처리로 최적 조정이 가능했다. 또한, 기존 제품의 조정 볼륨을 ‘문제 해결 버튼’으로 하여 케이스와 일체 구조로 함으로써 내수성에 대한 대비를 대폭 향상시켰다.

외란광에 견디는 성능 향상

광전 센서는 자기 발광(이하, 자발광) 빛이 검출 물체에 의해 변화해 그 빛을 수광부에서 검지해 ON/OFF 신호로서 출력한다. 외란광이란 자발광 이외의 빛을 총칭하며, 이 빛으로 인해 잘못 ON/OFF 하는 것이 문제이다.
외란광의 구체적인 예로서 태양광이나 백열등 등의 DC 외란광과 인버터 형광등이나 LED 조명 등의 AC 외란광으로 분류된다. DC 외란광인 경우에는 광전 센서 수광부에 입광하면 증폭 회로의 포화 전압 레벨까지 상승해 자발광에 따른 ON/OFF 신호가 출력되지 않게 된다. AC 외란광인 경우에는 광전 센서의 자발광 주기에 매우 가까운 주파수 성분을 갖기 때문에 출력이 잘못 출력된다.
DC 외란광에 대해서는 광학 설계에 의해 자발광 이외(DC 외란광)를 날카롭게 차단하는 수광부의 렌즈 설계/구조 설계로 대책을 취했다.
AC 외란광에 대해서는 투광부와 수광부가 일체 되어 있는 반사형과, 투수광부가 별도로 되어 있는 투과형에서 대책의 난이도가 다르다. 반사형의 경우 투광 신호 타이밍을 이미 알고 있기 때문에 자발광인지 외란광인지 구별하는 것은 시간축으로 판단할 수 있기 때문에 외란광 억제를 비교적 쉽게 할 수 있었다. 한편, 투과형인 경우 수광기와 투광기가 물리적으로 떨어져 있기 때문에 수광기 측에서는 투광 신호 타이밍을 알 수 없다. 이 때문에 투광 타이밍과는 다른 방법으로 외란광을 억제해야 한다.
그래서 HP7 시리즈에서는 AC 외란광의 내량을 향상시키기 위해 고대역 투광신호를 이용함으로써 반사형 타입뿐 아니라 투과형 타입에서도 외란광 내량을 향상시키는 새로운 알고리즘을 채택, 외란광에 견디는 능력을 향상시켰다. 이로써 AC 외란광 성능을 몇 배 향상시켰다(그림 4).



투과형 상호 간섭 방지 기능

광전 센서는 병렬 설치해 사용하는 경우가 많다. 예를 들면 위치 결정 제어로써 사용할 경우 검출물을 안정되게 정지시키기 위해서는 감속용, 정지용 등 여러 개의 스위치를 병렬 설치한다. 또한, 검출물의 크기/형태가 다른 경우나 얇은 물체/두꺼운 물체가 혼재하는 경우 안정적으로 검출하기 위해 병렬로 설치한다. 이 경우에 문제가 되는 것이 상호 간섭이다. 상호 간섭이란 내 기기가 보낸 신호와 다른 기기가 보낸 신호가 구별되지 않기 때문에 다른 기기 신호로 내 기기가 ON/OFF 되는 현상이다.
기존 제품에서는 투과형 광전 센서 투수광기를 상호 설치하거나 상호 간섭 방지 필터를 장착하는 방법으로 해결했다. 그러나 전자는 배선 처리가 번잡해지고, 후자는 검출 거리가 1/2 이하(7.5m 이하)가 되는 문제가 있었다.
이 제품에서는 이러한 대책을 위해 투광기 주파수가 다른 타입을 준비해 상호 간섭 방지를 실현했다(그림 5). 투광기의 주파수가 다른 타입의 제품은 표준품과 비교해 자발광 투광 주기와 투광 펄스폭을 바꾸면 수광기의 신호처리 회로에 설치된 판별 회로에 의해 내 기기에 의한 신호인지 다른 기기에 의한 신호인지를 구별할 수 있다. 이로써 표준품과 투광기의 주파수가 다른 타입의 제품을 함께 사용할 수 있게 된다.



이로써 검출체를 두고 한쪽 편에는 수광기만을 컨트롤러에 접속하고, 반대쪽에는 투광기만을 전원에 접속할 수 있기 때문에 설치 배선을 완전히 분리할 수 있어 배선 복잡성도 해소할 수 있었다. 또한, 센서끼리 밀착해 사용할 수도 있게 됐다(그림 6).



맺음말

아즈빌에서는 생산 관리 시스템 등의 상위 시스템에서 각종 센서에 이르기까지 폭넓은 제품을 갖추고 고객과 함께 현장에서 가치를 창출한다는 마음가짐을 갖고 있다. 또한, ‘사람을 중심으로 한 자동화’로 사람들의 ‘안심·쾌적·성취감’을 실현함과 동시에 지구환경에 공헌하는 것을 지향하고 있다.

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