Poka-yokes: Los sensores de presencia de componentes sin contacto
Los sensores de presencia sin contacto son aquellos que activan o desactivan el mecanismo eléctrico al que están acoplados en función de si detectan o no la presencia de un objeto en un radio de acción determinado, sin necesidad de tener un contacto físico con el objeto.
En este post vamos a describir los sensores sin contacto más utilizados para la detección de presencia de componentes, es decir, nos servirán como poka-yoke para detectar un componente faltante a la hora de realizar un ensamblaje.
Los Sensores Inductivos
Estos sensores sirven para detectar materiales ferrosos, es decir, aquellos metales que contengan hierro. Algunos sensores inductivos también son capaces de detectar algunos metales no ferrosos como el aluminio, latón y cobre. Abajo podemos ver el aspecto de un sensor inductivo industrial.
El uso de estos sensores, como mencionado arriba quedará reservado a ensamblajes que lleven componentes metálicos ferrosos como tuercas, tornillos, arandelas, etc...
¿Cómo funciona un sensor inductivo?
Vamos a definir el funcionamiento del sensor inductivo de una forma muy resumida.
- El sensor inductivo, una vez instalado y con su alimentación eléctrica correcta, crea un campo electromagnético que es emitido de la superfice activa de su lado frontal.
- El hecho de poner un metal cerca de ese lado frontal debilitará el campo electromagnético (al haber una corriente de Foucault y transferencia de energía al objeto metálico) y el sensor, al detectar ese cambio en el campo podrá reconocer la distancia a la que se encuentra el objeto metálico.
Rango de detección del sensor inductivo
Normalmente los rangos de detección de este tipo de sensores van desde fracciones de milímetro hasta los 60 milímetros aproximadamente. Este rango de detección dependerá del bobinado utilizado en el diseño del sensor para la creación del campo magnético.
Ventajas de los sensores inductivos
- Pueden trabajar en condiciones ambientales adversas: Dado que únicamente detectan metales, da igual que estos sensores estén cubiertos de polvo o aceite, seguirán siendo igual de funcionales. También soportará vibraciones y sacudidas.
- Su instalación es muy sencilla.
- Tiene una sensibilidad muy alta (sólo reservado para metales ferrosos o los mencionados arriba).
- Tiene una vida útil larga, al no tener partes móviles.
Desventajas de los sensores inductivos
- Están limitados a detectar únicamente metales (sobre todo ferrosos), por lo que no valdrá para el resto de materiales.
- A veces, debido a campos magnéticos pueden darse errores en la exactitud de medición.
Los Sensores Capacitivos
Los sensores capacitivos son muy parecidos a los inductivos con la diferencia de que son capaces de detectar cualquier tipo de material.
Por lo tanto por tanto, si necesitamos controlar la presencia de un componente de plástico, por ejemplo, este tipo de sensor sería válido.
¿Cómo funciona un sensor capacitivo?
El funcionamiento es parecido al de los sensores inductivos, pero en este caso se crea un campo eléctrico (electrostático) y no electromagnético.
- El sensor capacitivo, tras ser instalado, genera un campo electrostático (a través de un capacitor/condensador y un oscilador) en la superficie activa de su lado frontal.
- Al poner un material cerca, se produce un cambio en la capacitancia del condensador, que provoca un cambio en el campo electrostático. Dicho cambio es detectado e interpretado por el sensor.
Rango de detección del sensor capacitivo
Normalmente el rango de detección de este tipo de sensores está entre 3 y 60 milímetros.
Muchos sensores capacitivos cuentan con un potenciómetro en su interior que permite regular su sensibilidad.
Ventajas de los sensores capacitivos
- Como mencionado, se puede utilizar para la detección de componentes no metálicos.
- Su sensibilidad es ajustable.
- Es fácil de instalar.
- Son de bajo coste.
Desventajas de los sensores capacitivos
- Si las condiciones ambientales son adversas (temperatura, humedad, etc), afectará a su funcionamiento.
- Son menos precisos que los sensores inductivos.
Los Sensores Fotoeléctricos
Los sensores fotoeléctricos o fotocélulas utilizan un haz de luz para la detección de presencia de objetos.
Se trata de una buena alternativa a los inductivos si necesitamos detectar a distancias largas o el material a detectar no es metálico.
¿Cómo funciona un sensor fotoeléctrico y qué tipos existen?
Los sensores fotoeléctricos o fotocélulas, constan de un transmisor y un receptor. Su funcionamiento, explicado de forma simple sería el siguiente:
- El transmisor emite un haz de luz (puede estar en el espectro visible o infrarrojo - no visible).
- El receptor, a través de uno componente fotosensible, mide la intensidad del haz de luz del transmisor. Por lo tanto si hay algún objeto, dicha intensidad de luz variará y será interpretado por el sensor como un óbstaculo.
Existen tres tipos de sensores fotoeléctricos: reflectivos, de barrera y retroreflectivos.
Las fotocélulas reflectivas o de sistema difuso
En este tipo de fotocélulas, el transmisor y receptor están en la misma carcasa, y básicamente se mide la intensidad de la luz reflejada (reflexión difusa) por el objeto a detectar.
El tiempo de instalación de estas fotocélulas es menor que el de otras al tener que cablear solo una carcasa, pero por contra, tienen una peor precisión en la detección y se requiere a veces de bastante tiempo hasta tener un ajuste adecuado (a veces diferencias de color o planos dentro del objeto pueden hacer que este ajuste sea difícil). El alcance de detección también es menor que en las otras opciones.
Las fotocélulas de barrera
En este caso el transmisor y receptor sí que están separados y el principio de funcionamiento se basa en que en el momento que pasa el objeto, el haz de luz es interrumpido.
Estas fotocélulas son de gran alcance (hasta 60 metros), elevada precisión y más fáciles de ajustar, ya que aquí no afectará para la detección las diferencias de color en el objeto. Como desventaja tendrían que necesitan de un mayor tiempo de instalación, al ser dos carcasas, y se ha de realizar una alineación precisa entre ellas para evitar falsos positivos. Otra desventaja sería el hecho de que tendrían dificultad para detectar objetos translucidos, ya que el haz de luz los atravesaría y llegaría al receptor, dando una señal confusa.
Las fotocélulas retroreflectivas
Aquí, al igual que las reflectivas, transmisor y receptor están en la misma carcasa, pero hay un elemento más, el reflector, encargado de reflejar el haz de luz. Cuando hay un objeto, el haz de luz no llega al reflector y por lo tanto no es reflejado, evidenciando la presencia del "obstáculo". Son capaces de detectar también a largas distancias parecidas a las de las fotocélulas de barrera.
