Czujnik brzegu papieru – optyczny, ultradźwiękowy, Mutoh, Ricoh, detekcja krawędzi

Pytanie

czujnik brzegu papieru

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Czujnik brzegu papieru (ang. edge sensor) to element pomiarowy, który w czasie rzeczywistym wykrywa położenie krawędzi papieru / wstęgi i przekazuje sygnał do układu regulacji prowadzenia lub do elektroniki urządzenia (drukarki, przewijarki, ploterów itp.).
• Kluczowe parametry: zasada detekcji (optyczna, ultradźwiękowa, pojemnościowa, pneumatyczna, kamera liniowa), rozdzielczość (µm-mm), czas reakcji (< 1 ms do kilkunastu ms) i odporność na medium oraz środowisko.

Szczegółowa analiza problemu

1. Główne funkcje
   • utrzymywanie osiowego położenia wstęgi (guiding)
   • synchronizacja startu druku/cięcia (front edge detection)
   • detekcja braku lub końca rolki
   • diagnostyka zacięć, podwójnego pobrania i pęknięć brzegu (edge-crack)

2. Technologie detekcji
   a) Optyczne transmisyjne (szczelinowe)
   – LED IR ↔ fototranzystor; zanik wiązki = papier; dokładność do ±0,05 mm.
   b) Optyczne odbiciowe
   – nadajnik/odbiornik po tej samej stronie; wrażliwe na kolor i połysk.
   c) Laserowe triangulacyjne / ToF
   – rozdzielczość μm; stosowane w wysokiej klasy cięciu wstęgi.
   d) Kamery liniowe + DSP/AI
   – obraz 2-D, algorytm Canny/Hough; umożliwia pomiar pasera, wad krawędzi.
   e) Ultradźwiękowe (Tx/Rx przez wstęgę)
   – niezależne od koloru, działa z folią czy tkaniną perforowaną.
   f) Pojemnościowe
   – zmiana ε-r materiału; niewrażliwe na kurz, lecz podatne na wilgoć.
   g) Pneumatyczne (air-knife)
   – odporne na wysoką temp. i pył; dokładność umiarkowana.

3. Integracja w pętli sterowania
   \[ e(t)=x{zad}-x{zm},\quad u(t)=K_p e + K_i!!\int e + K_d\dot e \]
   gdzie e – odchyłka krawędzi, u – sygnał dla siłownika (pneumatyczny, elektryczny). Typowa częstotliwość pętli 100–500 Hz.

4. Kryteria doboru
   • medium: gramatura, przezroczystość, barwa
   • prędkość linii (≤ 5 m/s – czujniki dyskretne, > 5 m/s – kamera liniowa)
   • dokładność ± (0,1–0,5) mm vs. ± (5–20) µm dla high-end laser/camera
   • środowisko: IP, temperatura, zapylenie, wyładowania ESD
   • interfejs: 24 V NPN/PNP, 0–10 V, 4-20 mA, IO-Link, EtherCAT

Aktualne informacje i trendy

• Linie Industry 4.0: Banner EG24 (IO-Link, 30 µs), Ryeco Edge-Crack Detection – analiza pęknięć AI.
• W ploterach wielkoformatowych Mutoh PJ-1624NX stosuje się moduły LED IR o plamce 0,3 mm i autokalibrację.
• W urządzeniach biurowych (Ricoh MPC305, Konica Minolta Punch Kit) czujnik można włączyć/wyłączyć programowo; symbol zielonego haczyka przy „EDGE SENSOR” w menu to stan aktywny (Magnapunch 2.0, manual 2023).
• Trend: migracja z dyskretnych fotoczujników do kompaktowych kamer 1k pix × 4 kHz z wbudowanym FPGA.
• Coraz szersze użycie cyfrowych magistrali (EtherNet/IP, PROFINET) i diagnostyki prewencyjnej (status LED, T-codes).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Przykładowy układ optyczny transmissive: LED IR = 870 nm, I_F = 20 mA; fototranzystor z rezystorem obciążenia 10 kΩ generuje 0,2 V (beam) / 4,5 V (block). Komparator LMV393 ustawia próg 2 V.
• Dla czujników ultradźwiękowych typowa częstotliwość 300 kHz, różnica tłumienia przy przejściu przez 80 g/m² ~ 4–6 dB.
• Kamera liniowa: region-of-interest 256 pix, próg adaptacyjny; jitter < 0,03 mm przy 300 m/min.

Aspekty etyczne i prawne

• Zgodność z Dyrektywą Maszynową 2006/42/WE oraz normą EN ISO 13849 (bezpieczeństwo sterowania).
• Lasery klasy 2/3R muszą posiadać oznaczenia ostrzegawcze; wymóg blokady kluczem serwisowym.
• Dane z kamer mogą podlegać polityce prywatności, jeśli w polu widzenia pojawiają się osoby (RODO/GDPR).
• Bezpieczeństwo ESD przy pracy z papierem zawierającym powłoki przewodzące.

Praktyczne wskazówki

1. Montaż
   • utrzymać kąt 90° między wiązką a ruchem papieru; unikać wibracji > 0,5 g.
   • dystans do krawędzi rezerwy: 1,5× szerokości plamki (optyka).
2. Kalibracja
   • tryb auto-teach (5 s): pusty tor –> referencja; następnie papier –> próg.
3. Konserwacja
   • co 1 tydz. wydmuch sprężonego powietrza 0,2 MPa, co 1 msc IPA > 99 %.
4. Diagnostyka
   • oscyloskop: sygnał TTL powinien mieć stromość > 1 V/µs.
   • w trybie serwisowym urządzenia sprawdzić licznik fałszywych detekcji.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Czujniki odbiciowe mogą mylić ciemny papier z brakiem papieru – stosuj modulację 30–40 kHz i filtr górnoprzepustowy.
• Przy folii transparentnej konieczne jest przesłonięcie tła (czarne tworzywo) lub wybór ultradźwięków.
• Pneumatyka niewskazana przy gramaturze < 30 g/m² (ugięcie arkusza).

Sugestie dalszych badań

• Zastosowanie sensorów hyperspektralnych do jednoczesnej kontroli wilgotności i uszkodzeń krawędzi.
• Miniaturowe lidary MEMS 905 nm do pomiaru 3-D krawędzi w linii cięcia.
• Algorytmy uczenia maszynowego (CNN) do predykcji meandrów wstęgi i adaptacyjnego sterowania siłownikiem.
• Standaryzacja wymiany danych (OPC UA Companion Specification for Web Guiding).

Krótkie podsumowanie

Czujnik brzegu papieru to nieodzowny element automatyki w urządzeniach pracujących z wstęgą lub arkuszem. Dobór właściwej technologii (optyka, ultradźwięk, kamera) zależy od medium, wymaganej dokładności i warunków pracy. Aktualne systemy oferują cyfrową komunikację, autodiagnostykę i integrację z koncepcją Przemysł 4.0. Regularna kalibracja i czyszczenie minimalizują przestoje, a znajomość ograniczeń (kolor, transparentność) pozwala uniknąć typowych błędów. Rozwój idzie w kierunku wizyjnych czujników z AI i integracji danych procesowych w chmurze, co otwiera nowe możliwości optymalizacji produkcji.