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Los ojos y los oídos del sistema: aumenta la importancia de los sensores

A la hora de evaluar el progreso tecnológico, es muy común centrarse en los grandes avances en la capacidad de procesamiento, que han hecho que las máquinas que nos rodean sean cada vez más “inteligentes”.
En este contexto, es fácil olvidar el importante papel de los sensores, que son los que posibilitan que las unidades centrales de procesamiento de hoy en día hagan su trabajo. ¿Sería “inteligente” un smartphone si, por ejemplo, no contase con tecnología de detección capacitiva o resistiva? ¿Sería divertido jugar con una consola de videojuegos que no contase con la tecnología de acelerómetro avanzada para controlarla?

 
Lo mismo ocurre en el ámbito del control industrial. Hoy en día, no hay prácticamente nada que un ingeniero no pueda medir o detectar para, a continuación, utilizar esa información como datos de entrada para el sistema. Se construyen sensores y transductores que se adaptan a una amplia gama de entornos; y tan importante como la obtención de la señal es el sistema de acondicionamiento y de transmisión que garantiza que esta señal se transmita de forma segura a la unidad central de procesamiento.
Quizá la tendencia más importante en este ámbito es el aumento significativo en el uso de la información visual como entrada de datos del sistema. Según datos de IMS Research, analistas del sector, el mercado de las máquinas de visión creció un 10% en 2011 para alcanzar casi los 2900 millones de dólares. La empresa asegura que a pesar de las dificultades que está atravesando en la actualidad el entorno macroeconómico, es probable que el crecimiento continúe durante los próximos cinco años, aunque a un ritmo más modesto que el del 2011. Hoy en día, el sector de la producción representa más del 80% de los ingresos procedentes de la visión artificial, pero IMS también identifica una tendencia hacia un mayor uso de esta tecnología en áreas como el control del tráfico, la seguridad y la vigilancia, el control y las aplicaciones médicas.
Los productos como los sensores de visión inteligentes de la serie ZFV de Omron permiten a los ingenieros implementar sistemas de visión que habrían sido imposibles hace tan solo unos años. Los dispositivos combinan un cabezal de detección equipado con una cámara CCD de alta velocidad y una fuente de iluminación LED inteligente y ajustable que se comunica digitalmente con el módulo del amplificador/controlador. Las cabezas de detección están disponibles en una amplia gama de especificaciones de campo de visión, de 5 a 50 mm; los amplificadores, por su parte, pueden tener una sola función o ser programables/multifunción, dependiendo de la aplicación y de las necesidades del cliente.
El módulo del amplificador está equipado con una pantalla LCD y un software “teach and go”, que permite a los usuarios definir la aplicación de inspección simplemente pulsando un par de teclas. Los algoritmos básicos pre programados incluyen área, brillo, amplitud, posición, carácter, recuento y patrón. La pantalla también se utiliza durante el propio proceso de inspección para visualizar información sobre el análisis de apto/no apto, así como para mostrar una imagen del producto que se esté inspeccionando.
La serie ZFV está disponible en dos versiones: a color y monocroma, y puede programarse para realizar inspecciones cada 12 ms, 6 ms y 4 ms (es decir, hasta 250 inspecciones por segundo). Se pueden conectar hasta cinco sensores a un solo controlador de bus, lo que permite cinco inspecciones diferentes de una sola vez para aumentar significativamente la productividad. Se pueden almacenar hasta ocho objetivos de inspección diferentes en cada sistema para obtener una mayor flexibilidad.
Si bien los sistemas de visión han experimentado, sin duda, un gran progreso en los últimos años, otros tipos de sensores más tradicionales también han evolucionado rápidamente. Una de las funciones más importantes que debe implementarse es la detección por sensores de la posición y el movimiento, para la que hay una amplia gama de codificadores lineales y rotativos disponible. Si bien algunos ofrecen codificación absoluta (es decir, conservan en la memoria la última posición del sistema después del apagado), la gran mayoría de las aplicaciones pueden utilizar encoders incrementales.
Un buen ejemplo de la nueva generación de estos dispositivos es la línea DFS60 de SICK Stegmann. Estos dispositivos ofrecen una alta resolución de hasta 65 536 pulsos por revolución (PPR), y están basados en una plataforma programable, de forma gratuita, que permite al usuario ajustar la tensión de salida, la posición de ajuste a cero y el recuento de los PPR a través de una interfaz de software. El eje del motor y el codificador están aislados eléctricamente, lo que aumenta la inmunidad a las interferencias y permite que los dispositivos puedan utilizarse en condiciones eléctricas exigentes. Esta robustez eléctrica está complementada por el diseño físico de los dispositivos, ya que cuentan con un diseño de rodamiento innovador y un disco de código de níquel que permite un rango de temperatura de funcionamiento de -20 °C a 100 °C.
Gracias a la opción de montaje axial o radial y a las opciones de señal de salida TTL/RS422 y HTL/inserción-extracción, la serie DFS60 es ideal para una amplia gama de aplicaciones, incluida la de impresión, textil y de envasado.
Las salidas del encoder deben seleccionarse cuidadosamente de acuerdo con el entorno eléctrico, la aplicación y aparato de acondicionamiento de la señal externa. Por ello, fabricantes como Baumer ofrecen una amplia gama de configuraciones diseñadas específicamente para hacer frente a estas diferentes necesidades.
Las salidas de un controlador de línea complementario, por ejemplo, pueden ser útiles en situaciones en las que las longitudes de los cables son largas y es posible que haya ruido debido a las EMI (interferencias electromagnéticas). Las salidas de inserción-extracción con protección contra cortocircuitos son más útiles con longitudes de cable cortas, mientras que es posible que se necesite una salida senoidal si la señal tiene que pasar por un proceso de interpolación externo.
Al igual que la codificación, los sensores de proximidad sin contacto son una tecnología consolidada que se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones de posicionamiento, que van desde la elevación en un entorno de producción hasta la elevación móvil, los sistemas automáticos de alimentación del ganado y la automatización en la industria de alimentos y bebidas. La tendencia, en este caso, es la de proporcionar mejor rendimiento usando una tecnología subyacente tradicional, pero con avances en las especificaciones, como en la velocidad, la robustez o su tamaño reducido. También se han realizado progresos en la reducción de costes, y hoy en día, se ofrece mayor flexibilidad como, por ejemplo, la capacidad de funcionar a partir de fuentes de alimentación tanto de ac como de dc.
Por tanto, una familia de productos como la gama Schneider OsiSense incluye tanto dispositivos de uso general como sensores diseñados para aplicaciones específicas como, por ejemplo, la capacidad nominal IP69K para los componentes que van a estar sometidos a lavados a alta presión o a limpieza a vapor, como sucede a menudo en la industria alimentaria y en áreas especializadas tales como los centros de lavado de coches.
La familia OsiSense incluye la tecnología inductiva XS para la detección de objetos metálicos de hasta 60 mm, así como la tecnología capacitiva XT, que puede detectar cualquier material de hasta 20 mm.
En los casos en los que se necesita detección de posición y de presencia a escalas mucho más pequeñas, los sensores de fibra óptica se están convirtiendo en una opción cada vez más popular. Aparte de su pequeño tamaño y de su capacidad para detectar pequeños objetos y movimientos, cuentan con una serie de ventajas adicionales: son resistentes al ruido eléctrico, lo que es una ventaja importante en muchos entornos; por otro lado, no crean ruido eléctrico por sí mismos, por lo que su utilización es segura en situaciones con riesgo de incendio; y gracias a la utilización de fibra de vidrio, y no de plástico, pueden funcionar a temperaturas elevadas. El principio de funcionamiento es muy similar al que se utiliza en cualquier otro sistema de detección a base de luz. La luz de un LED se acopla a una fibra óptica que transmite hasta el punto donde se necesita la detección. La luz se dispersa en el cabezal de detección. Los objetos cercanos harán que cierta cantidad de luz se refleje a lo largo de la fibra. Por consiguiente, el sistema de detección de fibra óptica consta de dos componentes principales: un amplificador que genera luz y detecta los reflejos y la propia fibra. Los amplificadores están disponibles en modo digital y manual. Tal y como su propio nombre indica, el tipo digital proporciona una visualización numérica del valor de la luz detectada y el punto de conmutación se ajusta digitalmente. Las unidades manuales ofrecen una visualización en forma de gráfico de barras y permiten que el punto de conmutación se establezca a través de un potenciómetro. Se pueden utilizar diferentes tipos de fibra. La opción más común es una fibra de plástico de un solo filamento. Para conseguir una mayor precisión, los usuarios pueden optar por una configuración coaxial, en la que el núcleo central se utiliza para transmitir la luz incidente y las fibras circundantes más pequeñas se utilizan para transmitir los reflejos de nuevo al sensor. Este tipo también puede ser más efectivo en la detección de objetos que se introduzcan en el área de interés desde cualquier dirección. Existe un tercer tipo, las fibras multinúcleo, que están formadas por una gran cantidad de pequeñas fibras. Debido a que la fibra multinúcleo es extremadamente flexible, se utiliza a menudo en aplicaciones de robótica en las que el cabezal de detección puede tener que desplazarse grandes distancias.
Los amplificadores de fibra óptica programables de la serie E3X y los cabezales de detección E32 de Omron son buenos ejemplos de los tipos de funciones disponibles. Los cabezales de detección cilíndricos E32 estándar proporcionan una detección de objetos fiable, una instalación sencilla y una vida útil del sensor larga para todas las aplicaciones generales, e incluyen modelos con parta trasera hexagonal para un montaje más sencillo. Para una instalación rápida y fácil en superficies planas, la familia E32 también incluye cabezales cuadrados que tienen 3 o 4 mm de espesor con la opción de detección en el eje X, Y o Z. Existe una selección de cabezales en miniatura para tamaños de objeto de entre 500 µm y 3 mm y para la detección en espacios limitados. El sensor coaxial difuso y la lente adicional amplían el rango de detección hasta los 100 µm. Por último, los cabezales de larga distancia con una lente focal integrada permiten la detección a distancias de hasta 20 metros.
La serie E3X de amplificadores incluye el E3X-HD, que combina una pantalla digital doble para conseguir una lectura clara y un punto de ajuste sencillo con un control de potencia de dinámica de aprendizaje rápido y sencillo con un solo botón y unidades de comunicaciones ComponNet y EtherCAT.
Los diseñadores también pueden elegir entre los modelos E3X con resistencia mejorada al agua, tiempo de respuesta rápida de 20 µs para la detección a alta velocidad y una versión doble que permite la detección de dos objetos a la vez.
 

Conclusión

 
En este breve artículo, apenas hemos podido ilustrar la punta del iceberg de todo lo que es posible con la tecnología de los sensores modernos. Además de los sensores de visión, los interruptores de proximidad y la fibra óptica, los sistemas de automatización de hoy en día pueden incluir una amplia gama de sensores de lectores de códigos de barras, de la intensidad de la luz, de color y de contraste. En la industria del plástico y en muchos tipos de maquinaria, el control del nivel y de la presión de los líquidos y la medición de la temperatura y del caudal son funciones de gran relevancia.
La importancia de esta gran cantidad de diferentes dispositivos a menudo se subestima; pero no nos engañemos: cualquier sistema de automatización estaría perdido sin estos importantísimos “ojos y oídos”.



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