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SENSORES Y
ACTUADORES
INDUSTRIALES
ING. GIBRAN CHAVEZ DIAZ
3
Sensores y Actuadores
Industriales.
 Sensores Industriales
 Finales de carrera
 Detectores inductivos
 Detectores capacitivos
 Detectores ultrasónicos
 Detectores fotoeléctricos
 Detectores de presión
 Actuadores Industriales
 Accionamientos eléctricos
 Accionamientos
neumáticos
 Accionamientos hidráulicos
4
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
 Para que un sistema electrónico de control pueda controlar
un proceso o producto es necesario que reciba
información de la evolución de determinadas
variables físicas del mismo, que en su mayoría no son
eléctricas (temperatura, presión, nivel, fuerza, posición,
velocidad, desplazamiento, …)
 Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos
nombres: captador, detector, transductor, transmisor,
sonda y sensor.
 No existe una única definición de sensor aceptada de
manera universal. Se considera, en general, que es todo
“dispositivo que tiene algún parámetro que es función del
valor de una determinada variable física del medio en el
cual
está situado”.
 DESCRIPCIÓN (I).
Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o
químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas.
Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden
ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración,
inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.
Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como
en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad),
una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como
un fototransistor), etc.
Sensores.
 DESCRIPCIÓN (II).
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está
siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay
sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también
para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal
estándar (4 a 20 mA, 1 a 5VDC…) para tener una relación lineal con
los cambios de la variable medida dentro de un rango (span), para
fines de control de dicha variable en un proceso.
Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de
sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la
pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro
de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de
dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor
también puede decirse que es un dispositivo que convierte una
forma de energía en otra.
 CARACTERÍSTICAS GENERALES (I).
Entre las características técnicas típicas de un sensor destacan las
siguientes:
- Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
aplicarse
el sensor.
- Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores
nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto
de referencia para definir el offset.
-Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la
magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
-Linealidad o correlación lineal:
tiene que ver con el grado de
coincidencia entre la curva de
calibración y una línea recta
determinada.
Sensores.
 CARACTERÍSTICAS GENERALES (II).
-Resolución: mínima variación de la magnitud de
entrada que puede apreciarse a la salida.
-Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender
de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad
del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de
entrada.
-Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como
magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida.
Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la
humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento
(oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la
misma medida. Sensores.
Necesidad e importancia de sensores
Existe una amplía gama de sensores o dispositivos diseñados
para percibir la información externa e interna, la magnitud física
es transformada en un valor electrónico que sea posible introducir
al circuito de control, de modo que el robot sea capaz de
cuantificarla y reaccionar en consecuencia.
Un sensor consta de un elemento sensible a una magnitud física,
y debe ser capaz por sus propias características, o por medio de
dispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un
cambio eléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la
utilice directamente.
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
5
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
6
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
 En general, convierten una señal física no eléctrica en
otra eléctrica que, en algunos de sus parámetros (nivel de
tensión, nivel de corriente, frecuencia, …) contiene la
información correspondiente a la primera.
 Por otra parte, es necesario utilizar circuitos de
acondicionamiento con el objeto de que éste genere una
señal eléctrica normalizada (ya sea por el fabricante o
siguiendo pautas de organismos de normalización como IEC,
IEEE, …).
7
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
Variables físicas medibles / principios de
funcionamiento
8
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
Grados de protección ambiental IP (norma IEC
144)
9
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Tipos de
contacto
Interruptores
de limite
Interruptores
neumáticos
Sensores
piezoeléctric
os
Transductore
s de presión
Tipos sin
contacto
Sensores de
proximidad
Sensores
efecto Hall
Sensores
ultrasónicos
Sensores de
visión
Sensores
laser
Sensores
ultrasónicos
Sensores
microondas
Externos Internos
Posición
Lineal y
rotativo
Encoder
incremental
Encoder
absoluto
Potenciómetr
o
LVDT
Resolver
Velocidad
Todos los
sensores de
posición
Tacómetro
Sensor de
efecto hall
Aceleración
Todos los
sensores de
fuerza
Fuerza
Galgas
extenso
métricas
Interruptores
de efecto
hall
Interruptores
piezoeléctric
os
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos
Los sensores internos se emplean para monitorear el estado
interno de un robot, es decir, su posición, velocidad, aceleración,
etc., en un momento determinado. Basado en estas
informaciones, el controlador decide acerca del comando de
control. Dependiendo de las diferentes cantidades que miden, los
sensores se denominan como de posición, velocidad, aceleración
o fuerza.
Sensores Internos de posición
Encóders
El encóder es un dispositivo óptico digital que convierte el
movimiento en una secuencia de pulsos digitales. Mediante el
conteo de un solo bit o la decodificación de un conjunto de bits,
los pulsos pueden convertirse en medidas relativas o absolutas.
De este modo, los encóders son de tipo incremental o absoluto.
Además, cada tipo puede ser lineal y rotatorio a su vez.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de posición
Potenciómetro
El potenciómetro es un dispositivo de resistencia variable que
expresa desplazamientos lineales o angulares en términos de
voltaje. Consiste en una clavija deslizante que hace contacto con
un elemento resistivo; conforme se mueve este punto de contacto,
la resistencia entre el contacto deslizante y las conexiones de los
extremos del dispositivo cambia en proporción al desplazamiento,
x y θ para potenciómetros lineales y angulares, respectivamente.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de posición
LVD T
El transformador diferencial lineal variable (LVDT) es uno de los
transductores de desplazamiento que más extensamente se usa,
particularmente cuando se necesita alta precisión. Genera una señal de
CA cuya magnitud se relaciona con el desplazamiento de un núcleo móvil.
El concepto básico es el de un núcleo férrico que se mueve en un campo
magnético, donde el campo se produce de un modo similar al campo de
un transformador estándar. Existe un núcleo central, rodeado por dos
bobinas secundarias idénticas y una bobina principal.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de posición
Sinconizadores y resólvers
Mientras que los encóders producen salidas digitales, los
sincronizadores y resólvers proporcionan señales análogas
como salida. Éstos consisten en un eje (flecha) giratorio (rotor)
y una carcasa estacionaria (estátor). Sus señales tienen que
convertirse a la forma digital por medio de un convertidor
analógico a digital antes de que la señal sea introducida a la
computadora.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de velocidad
Todos los sensores de posición
Básicamente todos los sensores de posición, cuando se utilizan
con ciertos límites de tiempo, pueden dar la velocidad, por
ejemplo, el número de pulsos proporcionados por un encóder
de posición incremental dividido entre el tiempo consumido en
hacerlo. Sin embargo, este método impone una carga
computacional sobre el controlador, que podrá estar ocupado
por algunas otras operaciones.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de velocidad
Tacómetro
Estos sensores pueden encontrar directamente la velocidad en cualquier
momento y sin mucha carga computacional. Éstos miden la velocidad de
rotación de un elemento. Hay varios tipos de tacómetros en uso, pero un
diseño sencillo se basa en la regla de Fleming, que declara que “el
voltaje producido es proporcional al índice del acoplamiento inductivo”.
Aquí un conductor (básicamente una bobina) se sujeta al elemento
rotativo que gira en un campo magnético (estator). Conforme incrementa
la velocidad del eje, el voltaje producido en las terminales de las bobinas
también aumenta.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de velocidad
Sensor de efecto Hall
Si una pieza plana de material conductivo llamada chip Hall se sujeta
a una diferencia de potencial en sus dos lados opuestos entonces el
voltaje que se genera a través de las caras perpendiculares es cero.
Pero si un campo magnético se induce en ángulos rectos al conductor,
el voltaje se genera en las otras dos caras perpendiculares. Entre más
alto sea el valor de campo, más lo será el nivel de voltaje. Si se utiliza
un imán anular, el voltaje producido será proporcional a la velocidad
de rotación del imán.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de aceleración
De manera parecida a las mediciones de velocidad que se dan a partir
de la información de los sensores de posición, pueden encontrarse las
aceleraciones como la razón de cambio respecto al tiempo de las
velocidades obtenidas por los sensores de velocidad o calculado a
partir de las informaciones de posición. Pero ésta no es una manera
eficiente para calcular la aceleración, puesto que impondrá una carga
de trabajo pesada sobre la computadora, lo que puede reducir la
velocidad de operación del sistema. Otra forma de medir la aceleración
es calculando la fuerza que resulta de multiplicar masa por aceleración.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de fuerza
Galgas extensométricas
El principio de este sensor es que el alargamiento de un conductor
aumenta su resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica normal para
galgas es de 50-100 ohmios. El incremento de resistencia se debe a:
● Incremento de la longitud del
conductor; y decremento en el área
del conductor.
●
Las galgas están hechas de conductores eléctricos, usualmente de
alambre o papel metálico grabado sobre un material base
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Internos de fuerza
Sensor piezoeléctrico
Un material piezoeléctrico presenta un fenómeno conocido como
efecto piezoeléctrico. Este efecto señala que cuando cristales elásticos
asimétricos se deforman mediante una fuerza, se desarrollará un
potencial eléctrico dentro de la red cristalina deformada, Este efecto es
reversible. Esto quiere decir que si se aplica un voltaje entre las
superficies del cristal, éste cambiará sus dimensiones físicas. La
magnitud y polaridad de las cargas inducidas son proporcionales a la
magnitud y dirección de la fuerza aplicada.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Externos
Los sensores externos se utilizan principalmente para saber más
acerca del ambiente del robot, especialmente sobre los objetos
que se va a manipular. Los sensores externos pueden dividirse en
las siguientes categorías:
● Tipo de contacto
Tipo sin contacto
●
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Externos de contacto
Interruptor de límite
Un interruptor de límite se construye de modo muy parecido al
interruptor de luz común que se usa en casas y oficinas. Tiene las
mismas características de encendido/apagado. El interruptor de
límite tiene generalmente un brazo mecánico sensible a la presión.
Cuando un objeto aplica presión sobre el brazo mecánico, se activa
el interruptor. Es posible que un objeto tenga un imán que cause
que un contacto suba y cierre cuando el objeto pase sobre el brazo.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Externos sin contacto
Sensor de proximidad
La detección de proximidad es la técnica que se usa para detectar la
presencia o ausencia de un objeto por medio de un sensor electrónico
sin contacto. Hay dos tipos de sensores de proximidad: inductivo y
capacitivo. Los sensores de proximidad inductivos se usan en lugar de
interruptores de límite para la detección sin contacto de objetos
metálicos. Los sensores de proximidad capacitivos se usan sobre la
misma base que los sensores de proximidad inductivos, pero también
pueden detectar objetos no metálicos.
Sensor de proximidad inductivo
Todos los sensores de proximidad inductivos consisten en cuatro
elementos básicos, a saber:
● Bobina de sensor y núcleo
férrico Circuito detector
Circuito oscilador
Circuito de salida de estado
sólido
●
●
●
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Externos sin contacto
Sensores Externos sin contacto
Sensor de proximidad capacitivo
Un sensor de proximidad capacitivo trabaja de manera muy
parecida a un sensor de proximidad inductivo. Sin embargo,
el medio de detección es bastante distinto. La detección
Salida capacitiva se basa en la capacitancia dieléctrica.
La capacitancia es la propiedad de los materiales aislantes
para almacenar una carga.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores Externos sin contacto
Sensor de desplazamiento de semiconductor
El sensor de desplazamiento de semiconductor utiliza un
diodo de emisión de luz (LED) de semiconductor o láser
como fuente de luz, así como un detector sensible a la
posición (PSD). El rayo láser se enfoca sobre el objeto por
medio de un lente. El objeto refleja al rayo, que luego se
enfoca sobre el PSD creando un punto de luz.
Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
10
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
Tipos de sensores de salida todo-
nada
Dos
hilos
Tres
hilos
Cuatro
hilos
11
12
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
 ALIMENTACION
PARA DOS HILOS
POSITIVO MARRO
N
(1)
NEGATIVO AZUL (3)
 SALIDA
PARA TRES HILOS NEGRO (4)
PARA CUATRO HILOS
NORMALMENTE
ABIERTO
(NO) NEGRO (4)
NORMALMETE (NC) BLANCO (2)
Codificación de
colores/números
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales.
13
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Finales de
Carrera
Finales de
carrera:
14
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Finales de
Carrera
Principio de
funcionamiento:
15
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Finales de
Carrera
Modos de
funcionamiento:
16
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Finales de
Carrera
Ventajas e
Inconvenientes:
17
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Detectores
inductivos:
18
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Principio de
funcionamiento:
19
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Versiones
funcionales:
20
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Terminología
:
21
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Campos de
aplicación:
22
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Inductivos
Ventajas e
Inconvenientes:
23
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Detectores
capacitivos
24
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Principio de
funcionamiento
25
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Versiones
industriales
26
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Instalació
n
27
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Aplicaciones
industriales
28
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Capacitivos
Ventajas e
Inconvenientes
29
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Detectores
ultrasónicos
30
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Principio de
funcionamiento
31
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Estructuras
funcionales
32
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Terminología
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Aplicaciones industriales
34
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos
Ventajas e Inconvenientes
35
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Detectores fotoeléctricos
36
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Tecnología
s
37
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Aplicaciones industriales
38
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Principios de funcionamiento:
emisión
39
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Principios de funcionamiento:
recepción
40
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Procedimientos de
detección
41
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Procedimientos de
detección
42
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Opciones comerciales
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Opciones comerciales
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Opciones comerciales
45
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Ventajas e Inconvenientes
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Ventajas e Inconvenientes
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Ventajas e Inconvenientes
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores
Fotoeléctricos
Ventajas e Inconvenientes
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Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores de Presión
Detectores de Presión
50
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores de Presión
Terminología
51
Sensores y Actuadores Industriales.
Sensores Industriales. Detectores de Presión
Gama industrial
52
 SENSORES MAGNÉTICOS FINAL DE CARRERA
Existen dos tipos principales de detectores magnéticos para
actuadores neumáticos:
+ Tipo Reed: Conmutador con contactos mecánicos.
Los actuadores neumáticos internamente tienen un
anillo magnético, el contacto del detector consiste en
una chapa metálica que ante la proximidad del campo
magnético generado por el anillo del actuador es
atraída hacia él, cerrando el contacto.
+ Tipo estado sólido: Contienen una resistencia
magneto-sensible que reacciona ante un campo
magnético de la misma manera que la resistencia de
un elemento fotosensible cuando recibe la influencia
de la luz. Un circuito electrónico convierte el cambio
de resistencia en un comportamiento ON/OFF.
Estos detectores pueden ser de 2 ó 3 hilos,
clasificándose estos últimos en tipo PNP y NPN. La
diferencia fundamental entre los tipos reside en la
forma de conexión de la carga de los mismos.
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
Sensores.
Sensores industriales
convencionales
 SENSORES CAPACITIVOS
Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico. La función
del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado,
basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los
sensores capacitivos detectan la presencia de objetos metálicos, o no
metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de
la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y
distancia hasta la superficie sensible del detector.
Cuando un objeto conductor se acerca a la cara
activa del detector, el objeto actúa como un
condensador. El cambio de la capacitancia es
significativo durante una larga distancia. Si se
aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente
se produce un cambio pequeño en la constante
dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es
muy pequeño comparado con los materiales
conductores. Hay que tomar nota de los factores
de corrección, al comparar las distintas distancias
de detección.
 SENSORES INDUCTIVOS
Los sensores inductivos son un tipo de sensor eléctrico. Sirven para
detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la
industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar
la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de
presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de
posicionamiento, de codificación y de conteo).
Han sido diseñados para trabajar generando un campo
magnético y detectando las pérdidas de corriente de
dicho campo generadas al introducirse en él los objetos
férricos y no férricos. El sensor consiste en una bobina
con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de
disparo de la señal y un circuito de salida. Al
aproximarse un objeto "metálico" o no metálico, se
inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a
ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud
de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un
cambio específico de amplitud y genera una señal que
conmuta la salida de estado sólido o la posición "ON" y
"OFF".
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
 SENSORES FOTOELÉCTRICOS - PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO
Los sensores fotoeléctricos son un tipo de sensor eléctrico. Un sensor
fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la
intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que
genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el
emisor (fotodetectores).
La construcción de este tipo de sensores, se encuentra
basada en el empleo de una fuente de señal luminosa
(lámparas, diodos LED, diodos láser etc.) y una célula
receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos, o
fototransistores. Según la forma en que se produzca esta
emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de
sensores en: sensores por barrera, o sensores por
reflexión. Los sensores por barrera detectan la existencia
de un objeto porque interfiere la recepción de la señal
luminosa. En los sensores por reflexión la señal luminosa
es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada
por el captador fotoeléctrico, lo que finalmente indica al
sistema la presencia de un objeto.
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
 SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (I)
Existen diferentes variantes de sensores fotoeléctricos en base a
su medio físico y formato de presentación.Algunos de ellos son:
+ Cilíndricos M18: Existen tanto en versión de
barrera como en versión de reflexión; tanto sobre
espejo como sobre objeto. Sus principales
características son:
• IP67, IP69K para la máxima resistencia al agua
•Alta inmunidad al ruido electromagnético y a
la luz ambiental
• Modelos de barrera especiales
• LED de alta potencia para compensar la suciedad en
el ambiente y la alineación incorrecta
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
 SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (II)
+ Ultracompactos: Existen tanto en versión de barrera como en
versión de reflexión; tanto sobre espejo como sobre objeto. Su
encapsulado es en miniatura y de plástico, ofreciendo una solución
ideal para detección cuando el espacio es mínimo. Sus principales
características son:
•Tamaño compacto: Dimensiones del modelo plano:
19 alt. x 12 anch. x 3.5 prof. (mm)
•Rayo rojo visible: Simplifica la alineación para la
instalación y el servicio
• Circuito integrado fotoeléctrico en una pastilla
• Capaz de detectar objetos extremadamente pequeños, con
preciso rayo de 0.8 mm
• Modelo coaxial retrorreflectante
• Alojamiento IP67
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
 SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (III)
+ Fibra óptica: Existen tanto en versión de barrera como en versión
de reflexión; tanto sobre espejo como sobre objeto. Se usan en
entornos donde se necesita trabajar a altas temperaturas y con
sustancias químicas agresivas, caracterizados por una combinación
de necesidades de alta precisión con espacio de montaje limitado.
Sus principales características son:
• Detección de objetos de alta precisión muy fiable
• Instalación sencilla
•Larga vida útil del sensor para todas las
aplicaciones comunes.
•Fibras de alta flexibilidad y salida de cable de
90° para evitar roturas
•Modelos hexagonales para un montaje mucho
mas sencillo
• Tamaños desde M3 a M6
Sensores industriales
convencionales
Sensores.
 SENSORES DE VISIÓN – INTRODUCCIÓN (I)
Los sensores de visión son sistemas de procesamiento de imágenes
en formato de fotocélula, pero en contraste con los sensores
fotoeléctricos tradicionales, ayudan a las máquinas a inspeccionar,
analizar y rechazar partes o productos defectuosos.
Los sensores son una parte crítica de los
procesos industriales de manufactura,
optimizando la productividad y la calidad, por
medio de la detección de partes y productos
defectuosos antes que de abandonen la línea de
producción. Mientras que los tradicionales
sensores fotoeléctricos interpretan datos solo de
un único punto, los sensores de visión ofrecen
una solución alternativa integral para
aplicaciones más demandantes.
Los sensores de visión funcionan básicamente
adquiriendo una escena entera en imagen, y
entregando una señal de aprobar o rechazar.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES DE VISIÓN – INTRODUCCIÓN (II)
Este proceso incluye tres pasos principales:
1)Adquisición: la cámara toma una foto de la parte o producto a
evaluar.
2)Análisis: esta imagen se transfiere a una memoria, se procesa, se
examina
y se compara con parámetros previamente establecidos.
3)Determinación: el sensor de visión toma una decisión para cada
parámetro basado en tolerancias definidas por el usuario, para
finalmente entregar los resultados como salida.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES DE VISIÓN – FUNCIONAMIENTO (I)
Los sensores de visión se componen de dos
elementos principales, hardware y software. La cámara
y el controlador constituyen el hardware, y el software
consiste en el sistema de control, la interfaz de usuario
y los algoritmos de procesamiento de imágenes.
Mientras que el hardware determina un rango de
características y eficiencias del producto, es el software
el que implementa el conjunto de características
funcionales, la interfaz de usuario gráfica, y en últimas
el rendimiento real.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES DE VISIÓN – APLICACIONES
Ejemplos de aplicaciones en las que los sensores de visión son beneficiosos
incluyen la inspección, la verificación, el reconocimiento, la identificación,
y el análisis de posición.
En aplicaciones de empaque, los sensores de visión son usados
frecuentemente para verificar que únicamente las partes o productos correctos
están en la banda transportadora antes de ser empacados.
Los sensores de visión también pueden verificar la posición de las etiquetas en
objetos en una línea de empaque. Por ejemplo, las botellas de un gel de afeitar
son conducidas a lo largo de un sensor de visión que verifica que la etiqueta
está presente y correctamente posicionada.
Las herramientas de visión del color, permiten a los sensores de visión
inspeccionar los productos para que los colores concuerden en tono e
intensidad, lo que ofrece beneficios en muchas aplicaciones.
La misma tecnología puede aplicarse a aplicaciones de clasificación. En vez
de conectar las salidas a mecanismos de rechazo de producto, se usan para
clasificar las piezas con diferentes características. Por ejemplo, una pieza roja
podría dirigirse para enviarse por un carril, mientras que una pieza azul puede
dirigirse por un carril separado.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES CROMÁTICOS – FUNCIONAMIENTO (I)
El sensor cromático detecta los
colores basándose en el hecho de
que la proporción de reflexión de un
color primario (es decir, el rojo, verde
o azul) reflejada por un objeto varía
con la cromaticidad del objeto.
Mediante un filtro polarizado de
varias capas de tecnología
avanzada
llamado FAO (óptica de ángulo libre),
el dispositivo emite luz roja, verde y
azul en un solo eje óptico. El sensor
cromático recibe la luz reflejada por
los objetos detectados a través del
receptor y procesa la proporción de
luz roja, verde y azul para discriminar
el color del objeto detectable.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES CROMÁTICOS – FUNCIONAMIENTO (II)
Los indicadores de nivel de detección se encienden según el grado
de conformidad entre los colores registrados y detectados. Las
diferencias de color finas se discriminan ajustando el umbral a un nivel
superior. (Se prevé una discriminación precisa). Los errores en el
sensor que pueden derivarse de diferencias menores en el tinte o
retenciones de impurezas pueden evitarse ajustando el umbral a un
nivel inferior. (Se prevé una discriminación imprecisa).
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES CROMÁTICOS – APLICACIONES
Ejemplos de aplicaciones en las que los sensores cromáticos son
beneficiosos incluyen la identificación, comprobación y selección
según colores. El sensor de color es utilizado ampliamente en el
campo de la robótica, automatización, control de calidad, y en
diversos procesos de producción.
Ejemplos:
• Detección de una mezcla de piezas de diferente color.
• Detección de marcas difíciles de discriminar (marcas amarillas
sobre un
fondo blanco, etc.)
•Discriminación de color y clasificación de botellas mediante un
tipo de sensor de fibra óptica de barrera.
• Extracción y clasificación por color.
• Detección de alineación direccional para packing.
• Detección de marcas pequeñas mediante un tipo de fibra óptica
reflectiva.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES LÁSER – INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la acelerada evolución de los sensores en
general – y de los sensores láser en particular- ha estado motivada
por las necesidades del mercado industrial que ha demandado
equipos para mejorar los controles de calidad, maximizar los tiempos
de producción con menos tiempos de interrupción, aumentar la
velocidad en las inspecciones y conseguir una mayor versatilidad en
las soluciones de detección. En definitiva, una mayor flexibilidad en la
fabricación de maquinaria gracias a la capacidad de detección a
grandes distancias y haces homogéneos y lineales y un ahorro de
espacio en la instalación.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES LÁSER – FUNCIONAMIENTO
Los sensores láser pueden utilizarse como
detectores de distancias por análisis de
interferencias (interferometría LASER). El
principio de funcionamiento se basa en la
superposición de dos ondas de igual
frecuencia, una directa y la otra reflejada.
La onda resultante pasa por valores
máximos y mínimos al variar la fase de la
señal reflejada.
Los sensores industriales generan un haz de luz que se divide en dos
partes ortogonales mediante un separador. Un haz se aplica sobre un
espejo plano fijo, mientras el otro refleja sobre el objeto cuya distancia se
quiere determinar. Los dos haces se superponen de nuevo en el
separador, de forma que al separarse el objeto se generan máximos y
mínimos a cada múltiplo de la longitud de onda del haz. La distancia se
mide contando dichas oscilaciones o franjas, obteniéndose una salida
digital de elevada precisión.
Sensores industriales
avanzados
 SENSORES LÁSER – APLICACIONES (I)
Los sensores láser tienen un amplio uso en aplicaciones
industriales, especialmente en las tareas de medición de
objetos y en sistemas de discriminación de piezas:
- Sistemas de discriminación: Este tipo de
sensores láser incorporan una única cabeza
sensora que, combinada con los conversores de
haz disponibles, puede trabajar con tres tipos de
haz láser: haz de punto, para detectar elementos
diminutos en posicionamientos muy precisos; haz
de línea, para la detección de objetos
en movimiento, y haz de área, para la detección de
marcas impresas.
Con una distancia de detección de hasta 1 metro se
puede alejar el sensor de las piezas móviles en una
línea de producción sin riesgo de ser dañado,
reduciéndose así los costes de mantenimiento y
facilitando su instalación.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
 SENSORES LÁSER – APLICACIONES (II)
- Sistemas de medición de objetos: suelen emplearse principalmente en
aplicaciones de gran precisión en 3 áreas de medida:
1)DESPLAZAMIENTO/DISTANCIA: La medición
precisa de las distancias se puede llevar a cabo
mediante principios de triangulación láser,
inductivos o táctiles. Los sensores láser
representan una potente plataforma que ofrece
precisión y tecnología.
2)MEDICIÓN DE PERFILES: El perfil de un
objeto se analiza con un haz láser. Según la
altura, el haz láser se refleja de forma distinta y
crea la información de perfil. Al mover el
sensor o el objeto, se puede inspeccionar la
superficie completa.
3)POSICIÓN/DIÁMETRO/ANCHO: Determinar de
forma precisa la posición o el diámetro de un
objeto. El objeto interrumpe el haz láser, lo que
permite determinar los bordes de dicho objeto.
Sensores industriales
avanzados
Sensores.
Actuadores
Tecnologías de actuadores
Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los
elementos del robot según las ordenes dadas por la unidad de control.
Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía
neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presenta
características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de
seleccionar el tipo de actuador más conveniente.
Las características a considerar son entre otras:
-Potencia.
-Controlabilidad.
-Peso y volumen.
-Precisión.
-Velocidad.
-Mantenimiento.
-Coste.
Actuadores
Tecnologías de actuadores
Los actuadores neumáticos usan el aire comprimido como
fuente de energía y son muy indicados en el control de
movimientos rápidos, pero de precisión limitada.
Los motores hidráulicos son recomendables en los
manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a
una precisa regulación de velocidad.
Los motores eléctricos son los mas utilizados, por su fácil
y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas
que establece su funcionamiento, como consecuencia del
empleo de la energía eléctrica.
Tecnologías de actuadores
Actuadores
Neumáticos
Los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido para su
accionamiento y se usan extensamente para realizar los
movimientos típicos de abrir y cerrar las mordazas en el
sujetador (gripper) de un robot, como se muestra en la figura, o
bien para su accionamiento de brazos de robot sencillos en
aplicaciones donde el control continuo de movimientos no sea
una preocupación.
Tecnologías de actuadores
Actuadores
Hidráulicos
Los actuadores hidráulicos también son dispositivos de
potencia de fluidos para robots industriales. Ellos utilizan
fluidos de alta presión, como aceite, para transmitir fuerzas
al punto de aplicación deseado. Un actuador hidráulico es
muy similar en aspecto a uno accionado neumáticamente.
Tecnologías de actuadores
Actuadores
Eléctricos
Las características de control, sencillez y precisión de los
accionamientos eléctricos han hecho que sean los mas
usados en los robots industriales actuales.
Tecnologías de actuadores
Actuadores
Eléctricos
Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:
●
Motores de corriente continua
Controlados por inducción
Controlados por excitación
Motores de corriente alterna
Síncrono
Asíncrono
Motores paso a paso
–
–
●
–
–
●
Tecnologías de actuadores
Actuadores
Neumático
Aireapresion(5–10Bar)
Hidráulico
Aceitemineral(50-10 bar)
Eléctrico
Corienteeléctrica
Ventajas:
Baratos
Rápidos
Senci los
Robustos
Desventajas:
Dificultaddecontrolcontinuo
Instalaciónespecial
Ruidoso
Ventajas:
Rápidos
Altarelaciónpotencia–peso
Autolubricantes
Altacapacidaddecarga
Estabilidadfrenteacargas
estáticas
Desventajas:
Difícil mantenimiento
Instalaciónespecial
Frecuentesfugas
Caros
Ventajas:
Precisos
Fiables
Fácilcontrol
Sencilainstalación
Silenciosos
Desventajas:
Potencialimitada
Actuadores y sensores
Fusión
Un ejemplo practico puede ser el carrito seguidor de linea.
El dispositivo utiliza sensores de deteccion de linea negra o
blanca dependiendo de su configuración y el actuador
utilizado es el eléctrico, donde cada motor actuara conforme
a lo que le indique el sensor.
Fus ión
Diseñodeunseguidordelineautilizandohardwareadicional
comoArdruinoymotoressecuencialesconPWM.
53
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales.
 Para que un sistema electrónico de control pueda controlar
un proceso o producto es necesario que pueda actuar
sobre el mismo.
 Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos
nombres, entre ellos: accionamientos y actuadores.
 No existe una única definición de actuador aceptada de
manera universal. Se considera, en general, que es todo
“dispositivo que convierte una magnitud eléctrica en una
salida, generalmente mecánica, que puede provocar un
efecto sobre el proceso automatizado”.
 Tipos de accionamientos más comunes en la industria:
 Eléctricos
 Neumáticos
 Hidráulico
s
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
54
 Tipos de accionamientos eléctricos:
 Motor de corriente continua
 Motor de corriente alterna (asíncrono, jaula de
ardilla)
 Motor de corriente alterna (rotor bobinado)
 Motor paso a paso
 Servomotores
Servomotor brushless DC
Servomotor brushless AC
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente
continua
55
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente continua.
Características:
56
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente continua.
Aplicaciones:
57
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna
(asíncrono)
58
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (asíncrono).
Características:
59
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (asíncrono).
Aplicaciones:
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (rotor
bobinado)
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (rotor
bobinado)
62
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (rotor bobinado).
Características:
63
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor de corriente alterna (rotor bobinado).
Aplicaciones:
64
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a
paso
65
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Características:
66
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Funcionamiento:
67
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Funcionamiento:
68
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Funcionamiento:
69
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Funcionamiento:
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Motor paso a paso.
Aplicaciones:
71
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor
72
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor.
Características:
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor.
Características:
74
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor.
Características:
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor.
Aplicaciones:
76
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor. Brushless DC /
AC:
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Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor. Características Brushless DC /
AC:
79
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor. Características Brushless DC /
AC:
80
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Servomotor. Características Brushless DC /
AC:
81
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Actuadores eléctricos en la fábrica de
ayer
83
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Análisis comparativo:
costes
84
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Análisis comparativo:
dinámica
85
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Análisis comparativo:
conclusiones
86
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Análisis comparativo:
conclusiones
87
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Situación actual en la
industria
88
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Situación actual en la
industria
89
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Situación actual en la
industria
90
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Situación futura en la
industria
91
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos
Situación futura en la
industria
92
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
 Componentes básicos de un sistema neumático:
 Compresores y depósitos de aire
 Sistemas de preparación del aire
comprimido
 Actuadores neumáticos
 Válvulas neumáticas
 Otros elementos y accesorios …
93
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
Compresores neumáticos
industriales
Tornill
o
rotativ
o 94
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
Preparación del aire comprimido
 Filtros, reguladores, lubricadores, purgas de
condensado, secadores, válvulas de arranque progresivo y
descarga, …
95
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
Actuadores
neumáticos
 Cilindros con vástago
 Cilindros sin vástago
 Cilindros con guía lineal
 Cilindros con medición de recorrido
 Amortiguadores
 Giratorios
 Con membrana (músculo)
 Elementos de manipulación (pinzas,
ventosas)
96
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
Actuadores neumáticos: neumática
proporcional
 Servoneumática
97
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Neumáticos
Válvulas
neumáticas
 Válvulas mecánicas
 Válvulas eléctricas (electroválvulas)
 Válvulas proporcionales
 Reguladores de caudal
98
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
 Componentes básicos de un sistema
hidráulico:
 Bombas hidráulicas
 Acumuladores
 Actuadores hidráulicos
 Válvulas hidráulicas
 Otros elementos y accesorios …
99
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
Bombas
hidráulicas
100
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
Acumuladores
101
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
Actuadores
hidráulicos
 Cilindros hidráulicos
 Motores hidráulicos
102
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
Válvulas hidráulicas
 Válvulas todo-nada
 Válvulas proporcionales (dirección, presión y
flujo)
 Servoválvulas
103
Sensores y Actuadores Industriales.
Actuadores Industriales. Actuadores
Hidráulicos
Sistemas electrohidráulicos. Control en bucle
cerrado:
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  • 2. 3 Sensores y Actuadores Industriales.  Sensores Industriales  Finales de carrera  Detectores inductivos  Detectores capacitivos  Detectores ultrasónicos  Detectores fotoeléctricos  Detectores de presión  Actuadores Industriales  Accionamientos eléctricos  Accionamientos neumáticos  Accionamientos hidráulicos
  • 3. 4 Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales.  Para que un sistema electrónico de control pueda controlar un proceso o producto es necesario que reciba información de la evolución de determinadas variables físicas del mismo, que en su mayoría no son eléctricas (temperatura, presión, nivel, fuerza, posición, velocidad, desplazamiento, …)  Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos nombres: captador, detector, transductor, transmisor, sonda y sensor.  No existe una única definición de sensor aceptada de manera universal. Se considera, en general, que es todo “dispositivo que tiene algún parámetro que es función del valor de una determinada variable física del medio en el cual está situado”.
  • 4.  DESCRIPCIÓN (I). Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc. Sensores.
  • 5.  DESCRIPCIÓN (II). Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, 1 a 5VDC…) para tener una relación lineal con los cambios de la variable medida dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso. Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
  • 6.  CARACTERÍSTICAS GENERALES (I). Entre las características técnicas típicas de un sensor destacan las siguientes: - Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. - Precisión: es el error de medida máximo esperado. - Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. -Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. -Linealidad o correlación lineal: tiene que ver con el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada. Sensores.
  • 7.  CARACTERÍSTICAS GENERALES (II). -Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. -Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. -Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. - Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida. Sensores.
  • 8. Necesidad e importancia de sensores Existe una amplía gama de sensores o dispositivos diseñados para percibir la información externa e interna, la magnitud física es transformada en un valor electrónico que sea posible introducir al circuito de control, de modo que el robot sea capaz de cuantificarla y reaccionar en consecuencia. Un sensor consta de un elemento sensible a una magnitud física, y debe ser capaz por sus propias características, o por medio de dispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un cambio eléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la utilice directamente.
  • 9. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. 5
  • 10. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. 6
  • 11. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales.  En general, convierten una señal física no eléctrica en otra eléctrica que, en algunos de sus parámetros (nivel de tensión, nivel de corriente, frecuencia, …) contiene la información correspondiente a la primera.  Por otra parte, es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento con el objeto de que éste genere una señal eléctrica normalizada (ya sea por el fabricante o siguiendo pautas de organismos de normalización como IEC, IEEE, …). 7
  • 12. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Variables físicas medibles / principios de funcionamiento 8
  • 13. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Grados de protección ambiental IP (norma IEC 144) 9
  • 14. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Tipos de contacto Interruptores de limite Interruptores neumáticos Sensores piezoeléctric os Transductore s de presión Tipos sin contacto Sensores de proximidad Sensores efecto Hall Sensores ultrasónicos Sensores de visión Sensores laser Sensores ultrasónicos Sensores microondas Externos Internos Posición Lineal y rotativo Encoder incremental Encoder absoluto Potenciómetr o LVDT Resolver Velocidad Todos los sensores de posición Tacómetro Sensor de efecto hall Aceleración Todos los sensores de fuerza Fuerza Galgas extenso métricas Interruptores de efecto hall Interruptores piezoeléctric os
  • 15. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos Los sensores internos se emplean para monitorear el estado interno de un robot, es decir, su posición, velocidad, aceleración, etc., en un momento determinado. Basado en estas informaciones, el controlador decide acerca del comando de control. Dependiendo de las diferentes cantidades que miden, los sensores se denominan como de posición, velocidad, aceleración o fuerza.
  • 16. Sensores Internos de posición Encóders El encóder es un dispositivo óptico digital que convierte el movimiento en una secuencia de pulsos digitales. Mediante el conteo de un solo bit o la decodificación de un conjunto de bits, los pulsos pueden convertirse en medidas relativas o absolutas. De este modo, los encóders son de tipo incremental o absoluto. Además, cada tipo puede ser lineal y rotatorio a su vez. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
  • 17. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de posición Potenciómetro El potenciómetro es un dispositivo de resistencia variable que expresa desplazamientos lineales o angulares en términos de voltaje. Consiste en una clavija deslizante que hace contacto con un elemento resistivo; conforme se mueve este punto de contacto, la resistencia entre el contacto deslizante y las conexiones de los extremos del dispositivo cambia en proporción al desplazamiento, x y θ para potenciómetros lineales y angulares, respectivamente.
  • 18. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de posición LVD T El transformador diferencial lineal variable (LVDT) es uno de los transductores de desplazamiento que más extensamente se usa, particularmente cuando se necesita alta precisión. Genera una señal de CA cuya magnitud se relaciona con el desplazamiento de un núcleo móvil. El concepto básico es el de un núcleo férrico que se mueve en un campo magnético, donde el campo se produce de un modo similar al campo de un transformador estándar. Existe un núcleo central, rodeado por dos bobinas secundarias idénticas y una bobina principal.
  • 19. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de posición Sinconizadores y resólvers Mientras que los encóders producen salidas digitales, los sincronizadores y resólvers proporcionan señales análogas como salida. Éstos consisten en un eje (flecha) giratorio (rotor) y una carcasa estacionaria (estátor). Sus señales tienen que convertirse a la forma digital por medio de un convertidor analógico a digital antes de que la señal sea introducida a la computadora.
  • 20. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de velocidad Todos los sensores de posición Básicamente todos los sensores de posición, cuando se utilizan con ciertos límites de tiempo, pueden dar la velocidad, por ejemplo, el número de pulsos proporcionados por un encóder de posición incremental dividido entre el tiempo consumido en hacerlo. Sin embargo, este método impone una carga computacional sobre el controlador, que podrá estar ocupado por algunas otras operaciones.
  • 21. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de velocidad Tacómetro Estos sensores pueden encontrar directamente la velocidad en cualquier momento y sin mucha carga computacional. Éstos miden la velocidad de rotación de un elemento. Hay varios tipos de tacómetros en uso, pero un diseño sencillo se basa en la regla de Fleming, que declara que “el voltaje producido es proporcional al índice del acoplamiento inductivo”. Aquí un conductor (básicamente una bobina) se sujeta al elemento rotativo que gira en un campo magnético (estator). Conforme incrementa la velocidad del eje, el voltaje producido en las terminales de las bobinas también aumenta.
  • 22. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de velocidad Sensor de efecto Hall Si una pieza plana de material conductivo llamada chip Hall se sujeta a una diferencia de potencial en sus dos lados opuestos entonces el voltaje que se genera a través de las caras perpendiculares es cero. Pero si un campo magnético se induce en ángulos rectos al conductor, el voltaje se genera en las otras dos caras perpendiculares. Entre más alto sea el valor de campo, más lo será el nivel de voltaje. Si se utiliza un imán anular, el voltaje producido será proporcional a la velocidad de rotación del imán.
  • 23. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de aceleración De manera parecida a las mediciones de velocidad que se dan a partir de la información de los sensores de posición, pueden encontrarse las aceleraciones como la razón de cambio respecto al tiempo de las velocidades obtenidas por los sensores de velocidad o calculado a partir de las informaciones de posición. Pero ésta no es una manera eficiente para calcular la aceleración, puesto que impondrá una carga de trabajo pesada sobre la computadora, lo que puede reducir la velocidad de operación del sistema. Otra forma de medir la aceleración es calculando la fuerza que resulta de multiplicar masa por aceleración.
  • 24. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de fuerza Galgas extensométricas El principio de este sensor es que el alargamiento de un conductor aumenta su resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica normal para galgas es de 50-100 ohmios. El incremento de resistencia se debe a: ● Incremento de la longitud del conductor; y decremento en el área del conductor. ● Las galgas están hechas de conductores eléctricos, usualmente de alambre o papel metálico grabado sobre un material base
  • 25. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Internos de fuerza Sensor piezoeléctrico Un material piezoeléctrico presenta un fenómeno conocido como efecto piezoeléctrico. Este efecto señala que cuando cristales elásticos asimétricos se deforman mediante una fuerza, se desarrollará un potencial eléctrico dentro de la red cristalina deformada, Este efecto es reversible. Esto quiere decir que si se aplica un voltaje entre las superficies del cristal, éste cambiará sus dimensiones físicas. La magnitud y polaridad de las cargas inducidas son proporcionales a la magnitud y dirección de la fuerza aplicada.
  • 26. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Externos Los sensores externos se utilizan principalmente para saber más acerca del ambiente del robot, especialmente sobre los objetos que se va a manipular. Los sensores externos pueden dividirse en las siguientes categorías: ● Tipo de contacto Tipo sin contacto ●
  • 27. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Externos de contacto Interruptor de límite Un interruptor de límite se construye de modo muy parecido al interruptor de luz común que se usa en casas y oficinas. Tiene las mismas características de encendido/apagado. El interruptor de límite tiene generalmente un brazo mecánico sensible a la presión. Cuando un objeto aplica presión sobre el brazo mecánico, se activa el interruptor. Es posible que un objeto tenga un imán que cause que un contacto suba y cierre cuando el objeto pase sobre el brazo.
  • 28. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Externos sin contacto Sensor de proximidad La detección de proximidad es la técnica que se usa para detectar la presencia o ausencia de un objeto por medio de un sensor electrónico sin contacto. Hay dos tipos de sensores de proximidad: inductivo y capacitivo. Los sensores de proximidad inductivos se usan en lugar de interruptores de límite para la detección sin contacto de objetos metálicos. Los sensores de proximidad capacitivos se usan sobre la misma base que los sensores de proximidad inductivos, pero también pueden detectar objetos no metálicos.
  • 29. Sensor de proximidad inductivo Todos los sensores de proximidad inductivos consisten en cuatro elementos básicos, a saber: ● Bobina de sensor y núcleo férrico Circuito detector Circuito oscilador Circuito de salida de estado sólido ● ● ● Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos) Sensores Externos sin contacto
  • 30. Sensores Externos sin contacto Sensor de proximidad capacitivo Un sensor de proximidad capacitivo trabaja de manera muy parecida a un sensor de proximidad inductivo. Sin embargo, el medio de detección es bastante distinto. La detección Salida capacitiva se basa en la capacitancia dieléctrica. La capacitancia es la propiedad de los materiales aislantes para almacenar una carga. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
  • 31. Sensores Externos sin contacto Sensor de desplazamiento de semiconductor El sensor de desplazamiento de semiconductor utiliza un diodo de emisión de luz (LED) de semiconductor o láser como fuente de luz, así como un detector sensible a la posición (PSD). El rayo láser se enfoca sobre el objeto por medio de un lente. El objeto refleja al rayo, que luego se enfoca sobre el PSD creando un punto de luz. Tipos de sensores y funcionamiento (internos y externos)
  • 32. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. 10
  • 33. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Tipos de sensores de salida todo- nada Dos hilos Tres hilos Cuatro hilos 11
  • 34. 12 Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales.  ALIMENTACION PARA DOS HILOS POSITIVO MARRO N (1) NEGATIVO AZUL (3)  SALIDA PARA TRES HILOS NEGRO (4) PARA CUATRO HILOS NORMALMENTE ABIERTO (NO) NEGRO (4) NORMALMETE (NC) BLANCO (2) Codificación de colores/números
  • 35. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. 13
  • 36. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Finales de Carrera Finales de carrera: 14
  • 37. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Finales de Carrera Principio de funcionamiento: 15
  • 38. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Finales de Carrera Modos de funcionamiento: 16
  • 39. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Finales de Carrera Ventajas e Inconvenientes: 17
  • 40. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Detectores inductivos: 18
  • 41. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Principio de funcionamiento: 19
  • 42. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Versiones funcionales: 20
  • 43. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Terminología : 21
  • 44. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Campos de aplicación: 22
  • 45. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Inductivos Ventajas e Inconvenientes: 23
  • 46. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Detectores capacitivos 24
  • 47. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Principio de funcionamiento 25
  • 48. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Versiones industriales 26
  • 49. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Instalació n 27
  • 50. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Aplicaciones industriales 28
  • 51. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Capacitivos Ventajas e Inconvenientes 29
  • 52. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Detectores ultrasónicos 30
  • 53. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Principio de funcionamiento 31
  • 54. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Estructuras funcionales 32
  • 55. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Terminología 33
  • 56. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Aplicaciones industriales 34
  • 57. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Ultrasónicos Ventajas e Inconvenientes 35
  • 58. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Detectores fotoeléctricos 36
  • 59. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Tecnología s 37
  • 60. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Aplicaciones industriales 38
  • 61. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Principios de funcionamiento: emisión 39
  • 62. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Principios de funcionamiento: recepción 40
  • 63. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Procedimientos de detección 41
  • 64. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Procedimientos de detección 42
  • 65. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Opciones comerciales 43
  • 66. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Opciones comerciales 44
  • 67. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Opciones comerciales 45
  • 68. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Ventajas e Inconvenientes 46
  • 69. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Ventajas e Inconvenientes 47
  • 70. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Ventajas e Inconvenientes 48
  • 71. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores Fotoeléctricos Ventajas e Inconvenientes 49
  • 72. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores de Presión Detectores de Presión 50
  • 73. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores de Presión Terminología 51
  • 74. Sensores y Actuadores Industriales. Sensores Industriales. Detectores de Presión Gama industrial 52
  • 75.  SENSORES MAGNÉTICOS FINAL DE CARRERA Existen dos tipos principales de detectores magnéticos para actuadores neumáticos: + Tipo Reed: Conmutador con contactos mecánicos. Los actuadores neumáticos internamente tienen un anillo magnético, el contacto del detector consiste en una chapa metálica que ante la proximidad del campo magnético generado por el anillo del actuador es atraída hacia él, cerrando el contacto. + Tipo estado sólido: Contienen una resistencia magneto-sensible que reacciona ante un campo magnético de la misma manera que la resistencia de un elemento fotosensible cuando recibe la influencia de la luz. Un circuito electrónico convierte el cambio de resistencia en un comportamiento ON/OFF. Estos detectores pueden ser de 2 ó 3 hilos, clasificándose estos últimos en tipo PNP y NPN. La diferencia fundamental entre los tipos reside en la forma de conexión de la carga de los mismos. Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 76. Sensores. Sensores industriales convencionales  SENSORES CAPACITIVOS Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico. La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan la presencia de objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector. Cuando un objeto conductor se acerca a la cara activa del detector, el objeto actúa como un condensador. El cambio de la capacitancia es significativo durante una larga distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un cambio pequeño en la constante dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es muy pequeño comparado con los materiales conductores. Hay que tomar nota de los factores de corrección, al comparar las distintas distancias de detección.
  • 77.  SENSORES INDUCTIVOS Los sensores inductivos son un tipo de sensor eléctrico. Sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo). Han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos férricos y no férricos. El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido o la posición "ON" y "OFF". Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 78.  SENSORES FOTOELÉCTRICOS - PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los sensores fotoeléctricos son un tipo de sensor eléctrico. Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor (fotodetectores). La construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser etc.) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos, o fototransistores. Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de sensores en: sensores por barrera, o sensores por reflexión. Los sensores por barrera detectan la existencia de un objeto porque interfiere la recepción de la señal luminosa. En los sensores por reflexión la señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que finalmente indica al sistema la presencia de un objeto. Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 79.  SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (I) Existen diferentes variantes de sensores fotoeléctricos en base a su medio físico y formato de presentación.Algunos de ellos son: + Cilíndricos M18: Existen tanto en versión de barrera como en versión de reflexión; tanto sobre espejo como sobre objeto. Sus principales características son: • IP67, IP69K para la máxima resistencia al agua •Alta inmunidad al ruido electromagnético y a la luz ambiental • Modelos de barrera especiales • LED de alta potencia para compensar la suciedad en el ambiente y la alineación incorrecta Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 80.  SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (II) + Ultracompactos: Existen tanto en versión de barrera como en versión de reflexión; tanto sobre espejo como sobre objeto. Su encapsulado es en miniatura y de plástico, ofreciendo una solución ideal para detección cuando el espacio es mínimo. Sus principales características son: •Tamaño compacto: Dimensiones del modelo plano: 19 alt. x 12 anch. x 3.5 prof. (mm) •Rayo rojo visible: Simplifica la alineación para la instalación y el servicio • Circuito integrado fotoeléctrico en una pastilla • Capaz de detectar objetos extremadamente pequeños, con preciso rayo de 0.8 mm • Modelo coaxial retrorreflectante • Alojamiento IP67 Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 81.  SENSORES FOTOELÉCTRICOS – TIPOS (III) + Fibra óptica: Existen tanto en versión de barrera como en versión de reflexión; tanto sobre espejo como sobre objeto. Se usan en entornos donde se necesita trabajar a altas temperaturas y con sustancias químicas agresivas, caracterizados por una combinación de necesidades de alta precisión con espacio de montaje limitado. Sus principales características son: • Detección de objetos de alta precisión muy fiable • Instalación sencilla •Larga vida útil del sensor para todas las aplicaciones comunes. •Fibras de alta flexibilidad y salida de cable de 90° para evitar roturas •Modelos hexagonales para un montaje mucho mas sencillo • Tamaños desde M3 a M6 Sensores industriales convencionales Sensores.
  • 82.  SENSORES DE VISIÓN – INTRODUCCIÓN (I) Los sensores de visión son sistemas de procesamiento de imágenes en formato de fotocélula, pero en contraste con los sensores fotoeléctricos tradicionales, ayudan a las máquinas a inspeccionar, analizar y rechazar partes o productos defectuosos. Los sensores son una parte crítica de los procesos industriales de manufactura, optimizando la productividad y la calidad, por medio de la detección de partes y productos defectuosos antes que de abandonen la línea de producción. Mientras que los tradicionales sensores fotoeléctricos interpretan datos solo de un único punto, los sensores de visión ofrecen una solución alternativa integral para aplicaciones más demandantes. Los sensores de visión funcionan básicamente adquiriendo una escena entera en imagen, y entregando una señal de aprobar o rechazar. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 83.  SENSORES DE VISIÓN – INTRODUCCIÓN (II) Este proceso incluye tres pasos principales: 1)Adquisición: la cámara toma una foto de la parte o producto a evaluar. 2)Análisis: esta imagen se transfiere a una memoria, se procesa, se examina y se compara con parámetros previamente establecidos. 3)Determinación: el sensor de visión toma una decisión para cada parámetro basado en tolerancias definidas por el usuario, para finalmente entregar los resultados como salida. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 84.  SENSORES DE VISIÓN – FUNCIONAMIENTO (I) Los sensores de visión se componen de dos elementos principales, hardware y software. La cámara y el controlador constituyen el hardware, y el software consiste en el sistema de control, la interfaz de usuario y los algoritmos de procesamiento de imágenes. Mientras que el hardware determina un rango de características y eficiencias del producto, es el software el que implementa el conjunto de características funcionales, la interfaz de usuario gráfica, y en últimas el rendimiento real. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 85.  SENSORES DE VISIÓN – APLICACIONES Ejemplos de aplicaciones en las que los sensores de visión son beneficiosos incluyen la inspección, la verificación, el reconocimiento, la identificación, y el análisis de posición. En aplicaciones de empaque, los sensores de visión son usados frecuentemente para verificar que únicamente las partes o productos correctos están en la banda transportadora antes de ser empacados. Los sensores de visión también pueden verificar la posición de las etiquetas en objetos en una línea de empaque. Por ejemplo, las botellas de un gel de afeitar son conducidas a lo largo de un sensor de visión que verifica que la etiqueta está presente y correctamente posicionada. Las herramientas de visión del color, permiten a los sensores de visión inspeccionar los productos para que los colores concuerden en tono e intensidad, lo que ofrece beneficios en muchas aplicaciones. La misma tecnología puede aplicarse a aplicaciones de clasificación. En vez de conectar las salidas a mecanismos de rechazo de producto, se usan para clasificar las piezas con diferentes características. Por ejemplo, una pieza roja podría dirigirse para enviarse por un carril, mientras que una pieza azul puede dirigirse por un carril separado. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 86.  SENSORES CROMÁTICOS – FUNCIONAMIENTO (I) El sensor cromático detecta los colores basándose en el hecho de que la proporción de reflexión de un color primario (es decir, el rojo, verde o azul) reflejada por un objeto varía con la cromaticidad del objeto. Mediante un filtro polarizado de varias capas de tecnología avanzada llamado FAO (óptica de ángulo libre), el dispositivo emite luz roja, verde y azul en un solo eje óptico. El sensor cromático recibe la luz reflejada por los objetos detectados a través del receptor y procesa la proporción de luz roja, verde y azul para discriminar el color del objeto detectable. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 87.  SENSORES CROMÁTICOS – FUNCIONAMIENTO (II) Los indicadores de nivel de detección se encienden según el grado de conformidad entre los colores registrados y detectados. Las diferencias de color finas se discriminan ajustando el umbral a un nivel superior. (Se prevé una discriminación precisa). Los errores en el sensor que pueden derivarse de diferencias menores en el tinte o retenciones de impurezas pueden evitarse ajustando el umbral a un nivel inferior. (Se prevé una discriminación imprecisa). Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 88.  SENSORES CROMÁTICOS – APLICACIONES Ejemplos de aplicaciones en las que los sensores cromáticos son beneficiosos incluyen la identificación, comprobación y selección según colores. El sensor de color es utilizado ampliamente en el campo de la robótica, automatización, control de calidad, y en diversos procesos de producción. Ejemplos: • Detección de una mezcla de piezas de diferente color. • Detección de marcas difíciles de discriminar (marcas amarillas sobre un fondo blanco, etc.) •Discriminación de color y clasificación de botellas mediante un tipo de sensor de fibra óptica de barrera. • Extracción y clasificación por color. • Detección de alineación direccional para packing. • Detección de marcas pequeñas mediante un tipo de fibra óptica reflectiva. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 89.  SENSORES LÁSER – INTRODUCCIÓN En los últimos años, la acelerada evolución de los sensores en general – y de los sensores láser en particular- ha estado motivada por las necesidades del mercado industrial que ha demandado equipos para mejorar los controles de calidad, maximizar los tiempos de producción con menos tiempos de interrupción, aumentar la velocidad en las inspecciones y conseguir una mayor versatilidad en las soluciones de detección. En definitiva, una mayor flexibilidad en la fabricación de maquinaria gracias a la capacidad de detección a grandes distancias y haces homogéneos y lineales y un ahorro de espacio en la instalación. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 90.  SENSORES LÁSER – FUNCIONAMIENTO Los sensores láser pueden utilizarse como detectores de distancias por análisis de interferencias (interferometría LASER). El principio de funcionamiento se basa en la superposición de dos ondas de igual frecuencia, una directa y la otra reflejada. La onda resultante pasa por valores máximos y mínimos al variar la fase de la señal reflejada. Los sensores industriales generan un haz de luz que se divide en dos partes ortogonales mediante un separador. Un haz se aplica sobre un espejo plano fijo, mientras el otro refleja sobre el objeto cuya distancia se quiere determinar. Los dos haces se superponen de nuevo en el separador, de forma que al separarse el objeto se generan máximos y mínimos a cada múltiplo de la longitud de onda del haz. La distancia se mide contando dichas oscilaciones o franjas, obteniéndose una salida digital de elevada precisión. Sensores industriales avanzados
  • 91.  SENSORES LÁSER – APLICACIONES (I) Los sensores láser tienen un amplio uso en aplicaciones industriales, especialmente en las tareas de medición de objetos y en sistemas de discriminación de piezas: - Sistemas de discriminación: Este tipo de sensores láser incorporan una única cabeza sensora que, combinada con los conversores de haz disponibles, puede trabajar con tres tipos de haz láser: haz de punto, para detectar elementos diminutos en posicionamientos muy precisos; haz de línea, para la detección de objetos en movimiento, y haz de área, para la detección de marcas impresas. Con una distancia de detección de hasta 1 metro se puede alejar el sensor de las piezas móviles en una línea de producción sin riesgo de ser dañado, reduciéndose así los costes de mantenimiento y facilitando su instalación. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 92.  SENSORES LÁSER – APLICACIONES (II) - Sistemas de medición de objetos: suelen emplearse principalmente en aplicaciones de gran precisión en 3 áreas de medida: 1)DESPLAZAMIENTO/DISTANCIA: La medición precisa de las distancias se puede llevar a cabo mediante principios de triangulación láser, inductivos o táctiles. Los sensores láser representan una potente plataforma que ofrece precisión y tecnología. 2)MEDICIÓN DE PERFILES: El perfil de un objeto se analiza con un haz láser. Según la altura, el haz láser se refleja de forma distinta y crea la información de perfil. Al mover el sensor o el objeto, se puede inspeccionar la superficie completa. 3)POSICIÓN/DIÁMETRO/ANCHO: Determinar de forma precisa la posición o el diámetro de un objeto. El objeto interrumpe el haz láser, lo que permite determinar los bordes de dicho objeto. Sensores industriales avanzados Sensores.
  • 93. Actuadores Tecnologías de actuadores Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot según las ordenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son entre otras: -Potencia. -Controlabilidad. -Peso y volumen. -Precisión. -Velocidad. -Mantenimiento. -Coste.
  • 94. Actuadores Tecnologías de actuadores Los actuadores neumáticos usan el aire comprimido como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión limitada. Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad. Los motores eléctricos son los mas utilizados, por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica.
  • 95. Tecnologías de actuadores Actuadores Neumáticos Los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido para su accionamiento y se usan extensamente para realizar los movimientos típicos de abrir y cerrar las mordazas en el sujetador (gripper) de un robot, como se muestra en la figura, o bien para su accionamiento de brazos de robot sencillos en aplicaciones donde el control continuo de movimientos no sea una preocupación.
  • 96. Tecnologías de actuadores Actuadores Hidráulicos Los actuadores hidráulicos también son dispositivos de potencia de fluidos para robots industriales. Ellos utilizan fluidos de alta presión, como aceite, para transmitir fuerzas al punto de aplicación deseado. Un actuador hidráulico es muy similar en aspecto a uno accionado neumáticamente.
  • 97. Tecnologías de actuadores Actuadores Eléctricos Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos han hecho que sean los mas usados en los robots industriales actuales.
  • 98. Tecnologías de actuadores Actuadores Eléctricos Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes: ● Motores de corriente continua Controlados por inducción Controlados por excitación Motores de corriente alterna Síncrono Asíncrono Motores paso a paso – – ● – – ●
  • 99. Tecnologías de actuadores Actuadores Neumático Aireapresion(5–10Bar) Hidráulico Aceitemineral(50-10 bar) Eléctrico Corienteeléctrica Ventajas: Baratos Rápidos Senci los Robustos Desventajas: Dificultaddecontrolcontinuo Instalaciónespecial Ruidoso Ventajas: Rápidos Altarelaciónpotencia–peso Autolubricantes Altacapacidaddecarga Estabilidadfrenteacargas estáticas Desventajas: Difícil mantenimiento Instalaciónespecial Frecuentesfugas Caros Ventajas: Precisos Fiables Fácilcontrol Sencilainstalación Silenciosos Desventajas: Potencialimitada
  • 100. Actuadores y sensores Fusión Un ejemplo practico puede ser el carrito seguidor de linea. El dispositivo utiliza sensores de deteccion de linea negra o blanca dependiendo de su configuración y el actuador utilizado es el eléctrico, donde cada motor actuara conforme a lo que le indique el sensor.
  • 102. 53 Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales.  Para que un sistema electrónico de control pueda controlar un proceso o producto es necesario que pueda actuar sobre el mismo.  Los dispositivos que realizan esta función reciben diversos nombres, entre ellos: accionamientos y actuadores.  No existe una única definición de actuador aceptada de manera universal. Se considera, en general, que es todo “dispositivo que convierte una magnitud eléctrica en una salida, generalmente mecánica, que puede provocar un efecto sobre el proceso automatizado”.  Tipos de accionamientos más comunes en la industria:  Eléctricos  Neumáticos  Hidráulico s
  • 103. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos 54  Tipos de accionamientos eléctricos:  Motor de corriente continua  Motor de corriente alterna (asíncrono, jaula de ardilla)  Motor de corriente alterna (rotor bobinado)  Motor paso a paso  Servomotores Servomotor brushless DC Servomotor brushless AC
  • 104. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente continua 55
  • 105. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente continua. Características: 56
  • 106. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente continua. Aplicaciones: 57
  • 107. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (asíncrono) 58
  • 108. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (asíncrono). Características: 59
  • 109. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (asíncrono). Aplicaciones: 60
  • 110. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (rotor bobinado) 61
  • 111. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (rotor bobinado) 62
  • 112. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (rotor bobinado). Características: 63
  • 113. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor de corriente alterna (rotor bobinado). Aplicaciones: 64
  • 114. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso 65
  • 115. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Características: 66
  • 116. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Funcionamiento: 67
  • 117. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Funcionamiento: 68
  • 118. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Funcionamiento: 69
  • 119. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Funcionamiento: 70
  • 120. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Motor paso a paso. Aplicaciones: 71
  • 121. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor 72
  • 122. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características: 73
  • 123. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características: 74
  • 124. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características: 75
  • 125. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Aplicaciones: 76
  • 126. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Brushless DC / AC: 77
  • 127. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características Brushless DC / AC: 79
  • 128. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características Brushless DC / AC: 80
  • 129. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Servomotor. Características Brushless DC / AC: 81
  • 130. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Actuadores eléctricos en la fábrica de ayer 83
  • 131. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Análisis comparativo: costes 84
  • 132. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Análisis comparativo: dinámica 85
  • 133. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Análisis comparativo: conclusiones 86
  • 134. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Análisis comparativo: conclusiones 87
  • 135. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Situación actual en la industria 88
  • 136. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Situación actual en la industria 89
  • 137. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Situación actual en la industria 90
  • 138. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Situación futura en la industria 91
  • 139. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Eléctricos Situación futura en la industria 92
  • 140. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos  Componentes básicos de un sistema neumático:  Compresores y depósitos de aire  Sistemas de preparación del aire comprimido  Actuadores neumáticos  Válvulas neumáticas  Otros elementos y accesorios … 93
  • 141. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos Compresores neumáticos industriales Tornill o rotativ o 94
  • 142. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos Preparación del aire comprimido  Filtros, reguladores, lubricadores, purgas de condensado, secadores, válvulas de arranque progresivo y descarga, … 95
  • 143. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos Actuadores neumáticos  Cilindros con vástago  Cilindros sin vástago  Cilindros con guía lineal  Cilindros con medición de recorrido  Amortiguadores  Giratorios  Con membrana (músculo)  Elementos de manipulación (pinzas, ventosas) 96
  • 144. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos Actuadores neumáticos: neumática proporcional  Servoneumática 97
  • 145. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Neumáticos Válvulas neumáticas  Válvulas mecánicas  Válvulas eléctricas (electroválvulas)  Válvulas proporcionales  Reguladores de caudal 98
  • 146. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos  Componentes básicos de un sistema hidráulico:  Bombas hidráulicas  Acumuladores  Actuadores hidráulicos  Válvulas hidráulicas  Otros elementos y accesorios … 99
  • 147. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos Bombas hidráulicas 100
  • 148. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos Acumuladores 101
  • 149. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos Actuadores hidráulicos  Cilindros hidráulicos  Motores hidráulicos 102
  • 150. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos Válvulas hidráulicas  Válvulas todo-nada  Válvulas proporcionales (dirección, presión y flujo)  Servoválvulas 103
  • 151. Sensores y Actuadores Industriales. Actuadores Industriales. Actuadores Hidráulicos Sistemas electrohidráulicos. Control en bucle cerrado: 104