Area Sensor란? 여러 광축으로 물체 검출 원리

Area Sensor란 여러 개의 송광·수광 광축을 일정한 간격으로 배열하고 물체가 통과하면서 차단하는 빛을 감지하는 센서입니다. 다중 광축의 검출 원리와 광축 간격, 활용방법을 알아봅니다.

Area Sensor란 무엇이며 어떤 역할을 할까?

Area Sensor는 하나의 광축만 사용하는 일반 Photoelectric Sensor와 달리 여러 개의 Optical Beam을 일정한 간격으로 배열하여 일정한 높이나 폭의 검출영역을 만드는 광학센서입니다. 일반적으로 Emitter와 Receiver를 서로 마주 보도록 설치하고 두 장치 사이에 여러 개의 적외선 또는 가시광 Beam을 형성합니다. 물체가 검출영역 안으로 들어오면서 하나 이상의 광축을 차단하면 Receiver가 수광량의 변화를 감지하고 Output Signal을 전환합니다. 하나의 점이 아니라 일정한 Area를 감시할 수 있기 때문에 위치가 조금씩 달라지는 제품이나 크기가 다양한 물체를 검출하는 데 유리합니다. Conveyor에서 제품의 통과 여부 확인, 부품 낙하검출, 제품 높이 확인, 불규칙한 물체의 존재감지 등에 활용됩니다. 다만 산업현장에서 Area Sensor라는 표현은 일반적인 물체검출용 다중광축 센서를 의미하기도 하고 안전용 Light Curtain과 혼용되기도 하므로 제품이 일반 검출용인지 안전인증을 받은 Safety Device인지 반드시 구분해야 합니다.

여러 광축으로 물체를 어떻게 검출할까?

Area Sensor의 Emitter에는 여러 개의 발광소자가 배열되어 있으며 Receiver에는 각각의 광축에 대응하는 수광소자가 배치됩니다. 센서 Controller는 각 Emitter를 순차적으로 구동하거나 지정된 방식으로 광신호를 발생시키고 Receiver는 대응하는 Beam이 정상적으로 도달하는지 확인합니다. 검출영역에 물체가 없을 때는 모든 또는 설정된 광축에서 정상적인 수광신호가 확인됩니다. 물체가 들어오면 해당 위치의 Beam이 차단되고 Receiver는 이를 Beam Interruption으로 판단합니다. 내부 Signal Processing Circuit은 차단된 광축의 수와 위치, 설정된 검출조건 등을 분석하여 Digital Output을 ON 또는 OFF합니다. 여러 Beam을 개별적으로 처리하는 제품에서는 어느 위치의 광축이 차단되었는지를 데이터로 제공하거나 물체의 대략적인 높이와 위치를 판단할 수도 있습니다. 따라서 Area Sensor는 단순히 광축의 개수를 늘린 센서라기보다 여러 개의 광신호를 이용해 선 또는 면 형태의 검출영역을 구성하는 장치라고 이해할 수 있습니다.

광축 간격과 최소 검출물체는 어떤 관계가 있을까?

Area Sensor에서 중요한 사양 중 하나가 Beam Pitch 또는 Optical Axis Pitch입니다. 이는 인접한 광축 사이의 간격을 의미하며 센서가 얼마나 작은 물체를 안정적으로 검출할 수 있는지와 밀접한 관계가 있습니다. 광축 간격이 넓으면 작은 물체가 Beam과 Beam 사이를 지나가면서 어느 광축도 충분히 차단하지 않을 가능성이 있습니다. 반대로 광축 간격이 좁으면 작은 물체를 검출하거나 대상물의 위치와 크기를 보다 세밀하게 파악하는 데 유리합니다. 그러나 최소 검출물체 크기는 단순히 Beam Pitch 하나만으로 결정되지 않습니다. Beam Diameter, 센서 사이의 거리, 광학구조 및 제조사가 적용한 신호처리 방식도 영향을 줍니다. 따라서 실제 설계에서는 카탈로그의 Minimum Detectable Object 사양을 확인해야 합니다. Conveyor에서 작은 부품을 검출한다면 제품이 어느 위치로 통과하는지와 이동방향도 함께 고려해야 하며 매우 빠르게 이동한다면 Response Time이 충분한지도 확인해야 합니다.

Area Sensor와 Safety Light Curtain은 무엇이 다를까?

두 장치는 여러 개의 광축을 사용한다는 점에서 외형과 기본적인 검출개념이 비슷하지만 사용목적은 크게 다릅니다. 일반 Area Sensor는 제품의 유무, 통과, 높이 또는 위치 등을 검출하여 생산공정을 제어하기 위한 Automation Sensor입니다. 반면 Safety Light Curtain은 작업자의 손이나 신체가 위험영역에 접근하는 것을 검출하고 기계를 안전한 상태로 전환하기 위해 설계된 Safety Device입니다. Safety Light Curtain에는 자체진단, 이중화된 안전출력(OSSD), 고장감시 등 기능안전 요구사항을 충족하기 위한 구조가 적용됩니다. 따라서 일반 Area Sensor의 Output을 PLC에 연결했다고 해서 작업자 보호용 안전장치가 되는 것은 아닙니다. Press나 Robot처럼 사람의 접근이 위험을 발생시킬 수 있는 설비에서는 위험성평가와 관련 안전요구사항에 맞는 Safety Light Curtain이나 다른 안전장치를 사용해야 합니다. 즉 물체검출과 사람보호는 목적 자체가 다르므로 다중광축이라는 외형만 보고 같은 센서로 판단해서는 안 됩니다.

Area Sensor를 설치할 때 무엇을 확인해야 할까?

Area Sensor를 선정할 때는 Detection Height, Number of Beams, Beam Pitch, Minimum Detectable Object, Sensing Distance와 Response Time을 우선 확인해야 합니다. Emitter와 Receiver는 서로 정확하게 마주 보도록 설치해야 하며 장거리 모델일수록 광축 Alignment가 중요합니다. 기계진동으로 센서 위치가 변하면 일부 Beam의 수광량이 감소하여 불안정한 검출이 발생할 수 있으므로 Mounting Bracket도 견고하게 고정해야 합니다. 여러 센서를 인접하게 설치하면 다른 Emitter의 빛이 Receiver에 들어가는 Optical Interference가 발생할 수 있어 설치간격이나 Interference Prevention 기능을 확인해야 합니다. 렌즈에 먼지와 Oil Mist가 쌓이는 환경에서는 정기적인 청소와 수광 Margin 확인도 필요합니다. PLC에 연결할 때는 NPN·PNP Output과 Light ON·Dark ON 등의 출력조건을 확인합니다. 결국 Area Sensor는 여러 광축으로 넓은 검출영역을 만들어 하나의 Beam으로 놓치기 쉬운 물체까지 안정적으로 감지할 수 있는 산업자동화용 광학센서입니다.