Lazer mesafe sensörleri nasıl çalışır?
Lazer sensörleri optoelektronik sensörler grubuna aittir ve temassız ölçüm prensibi ve yüksek hassasiyet sayesinde obje algılama, yol, pozisyon ve mesafe ölçümü için uygundur. wenglor'un lazer mesafe sensörleri, gönder-al süresi ölçümü prensibine ve lazer triangülasyon yöntemine göre çalışır. Her iki yöntemde de uzaklıklar lazer ışığıyla ölçülür ve mesafe değeri olarak verilir.
Triangülasyon sensörü ne zaman kullanılır ve ışık hareket süresi sensörü ne zaman kullanılır?
Yakın alanda triangülasyon sensörleri
Uzun mesafeler için gönder-al süresi sensörleri
Mesafe ölçümü için lazer sensörlerinin kullanım olanakları
Varlık kontrolü
Kalınlık ölçümü
Çap kontrolü
Kenar sayımı
Konumlandırma
Robot konumlandırması
İstif yüksekliği denetimi
Parça ölçümü
Fark ölçümü
Kontrast algılama
Çift katman kontrolü
Lazer mesafe sensörlerin kullanıldığı sektörler ve endüstriler
Triangülasyon sensörleri
Gönder-al süresi sensörleri
Triangülasyon prensibi
Bu teknolojiyle mesafe sensörleri çok küçük ayrıntıları algılayabilir. Triangülasyon prensibi CP, OCP, YP, P3 serileri ve PNBC mesafe sensörleri tarafından kullanılır.
Triangülasyon sensörlerinin kör alanı var mı?
Triangülasyon prensibine göre çalışan sensörler kör alana sahiptir. Bu, yansıtılan ışığın alıcı elemana (CMOS satırı) yansıtıldığı mesafeye bağlıdır. Yansıtılan ışık CMOS satırına gelmiyorsa, ölçüm yapılamaz. Kör alan çalışma aralığının altında bulunduğundan, bu alanda bulunan objelerin tanınmadığı ve ölçüm değerlerinin çıkmadığı anlamına gelir.
Çalışma aralığı: 40…160 mm
Kör alan: 0…40 mm
CMOS alıcı satırı
CMOS satırı, çok sayıda piksel içeren ışığa duyarlı bir alıcı elemandır. Bunun üzerinden lazer ışığının satıra hangi pozisyonda geldiği değerlendirilir. CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensörlerinin piksellerindeki elektrik yükü bir gerilime dönüştürülür. CMOS satırındaki ışık dağılımı yardımıyla objenin pozisyonu belirlenebilir.
Triangülasyon sensörlerinin montajında bu hususa dikkat edilmelidir
Yuvarlak, parlak, yansıtıcı objeler
Parlak veya yuvarlak yüzeyler ölçüldüğünde, sensörün montajı sırasında alıcı elemana doğrudan yansımalar oluşmamasına dikkat edilmelidir.
Öneri: Sensörü, yuvarlak objeyle aynı eksende konumlanacak şekilde hizalayın.
Basamaklar, kenarlar, girintiler
Tüm mesafe sensörlerinde alıcı ışınının doğrudan görülebilmesine ve kenar, basamak, delik veya boşluk gibi bir engelle kapatılmamasına dikkat edilmelidir.
Öneri: Sensörü boşluğun yönüne göre dikey hizalayın!
Hareketli objeler
Hareketli ölçüm objeleri örneğin taşıma bantlarıdır. Önemli olan, objenin sensöre dikey olarak hareket etmesidir. Böylece alıcıya doğrudan yansımalar önlenir.
Öneri: Sensörü dikey olarak kurun!
Renk kenarları
Renk kenarları olarak adlandırılan renk geçişleri olan objeleri ölçerken, renk kenarının sensöre dikey olarak uzanması önemlidir. Bu, renk hatalarını önler.
Öneri: Sensorü dikey olarak kurun!
Sferik ve asferik mercekler arasındaki fark
Sferik mercek
Merceğin küre şeklinde yüzeyi vardır
Kenar alana gelen ışık, merkezi alana göre daha fazla kırılır
Işık hüzmelerinin demetlenmesi hassasiyet kaybına neden olur
Asferik mercek
Merceğin eğriliği düzensizdir
Işık hüzmesi tüm yüzey boyunca eşit şekilde kırılır
Mercek şekli görünüm hatalarını azaltır
Odak noktası tam olarak satırda gösterilir
Çok yüksek ölçüm hassasiyeti
Gönder-al süresi prensibi (Time-of-Flight)
ToF (Time-of-Flight) mesafe ölçümü için lazer sensörleri, tekrarlanabilir ölçüm sonuçlarını, güvenilirliği ve geniş bir ölçüm aralığını bir araya getirir. Bu sayede, reflektörlerle yüz metreye kadar mesafelerde veya objeler üzerinde on metreye kadar farklı uygulamalar için uygundurlar.
Gönder-al süresi ölçümü olarak da adlandırılan Time-of-Flight ölçüm prensibi, ışık darbeleri ile objeye olan L mesafesini belirler. Sensördeki diyot, obje tarafından yansıtılan lazer darbeleri gönderir. Işık darbesinin objeye gönderilmesinden ve tekrar geri dönüşü arasındaki zaman aralığı ölçülür. Bu durumda T süresinden ve C ışık hızından objeye karşılık gelen mesafe elde edilir.
Mesafeyi belirlemek için aşağıdaki fizik formülü kullanılır:
Time-of-Flight ölçüm prensibi P1PY, P2PY, P1KY ve OY mesafe sensörleri tarafından kullanılır.
Bir bakışta ışık hızı hakkında en önemli şey
ToF sensörlerinde kör alan var mı?
Gönder-al süresi sensörlerinin kör alanı yoktur. Ayar aralığının altındaki alanda objeler algılanabilir ve sensör devreye girer, ancak herhangi bir ölçüm sonucu veremez.
Işık noktasının hangi kapağında sensör devreye girer?
Örneğin güneş ışığı veya aydınlatma gibi ortam ışığı arttığında, obje sensör için daha koyu görünür. Bu gibi durumlarda, güvenilir bir algılama sağlamak için ışık noktasının daha geniş bir alanı objeye çarpmalıdır.
Sensörün optiği nedeniyle, asıl ışık noktasının dışında ortaya çıkan az miktarda dağınık ışık da vardır. Yüksek yansıtıcı, parlak yüzeylerde bu, objenin ışık noktası gerçekten ulaşmadan önce algılanmasına neden olabilir. Bu nedenle, ışık huzmesine yakın parlak yapılardan kaçınmak önemlidir.
Reflektörlü ışık hareket süresi sensörleri
Bu çalışma prensibi, arka plan objeleri nedeniyle hatalı ölçümlerin önlenmesi gerektiğinde özellikle avantajlıdır. Tipik bir uygulama örneği, önde giden araca olan mesafenin her zaman güvenilir bir şekilde tespit edilmesi gereken askılı konveyör sistemlerinin kontrolüdür. Özellikle virajlı sürüşlerde yanlışlıkla arka plandaki objeler üzerinde ölçümler yapılması önlenir, çünkü bunlar hatalı kumanda komutlarına yol açabilir.
Ayrıca, bu teknoloji geniş çalışma aralıkları gerektiren uygulamalar için idealdir.
Işık hareket süresi ve triangülasyon çalışma aralıklarının karşılaştırması
Lejantı
Kırmızı alan: Kör nokta (nesneler güvenli şekilde algılanmaz)
Yeşil alan: Çalışma aralığı (nesneler güvenli şekilde algılanır)
Sarı alan: Ayar aralığı/ölçüm aralığı (anahtarlama noktaları belirlenir/ölçüm değerleri yayınlanır)
Mesafe değerlerinin verilmesi
Sortie de commutation numérique
Sortie analogique
IO-Link
Ethernet industriel
Qu’entend-on par exactitude?
Précision | La précision, également appelée répétabilité, peut être déterminée par des mesures successives dans des conditions constantes. Une valeur très précise fournit donc des mesures presque constantes. La précision d’un capteur est quantifiée par sa reproductibilité. |
|---|---|
Justesse | La justesse est une valeur qualitative. Elle est définie par l’écart de linéarité, la dérive en température, la dérive au démarrage et l’écart de distance de commutation. |
Le graphique illustre la manière dont la justesse, la précision et l’exactitude sont liées. Les points rouges représentent les mesures successives d’un capteur, tandis que la cible indique la valeur correcte. Si les valeurs mesurées sont très espacées et éloignées de la cible, cela signifie que la précision et l’exactitude sont faibles. Idéalement, les mesures devraient être correctes et précises, ce qui signifie qu’elles devraient être proches les unes des autres dans la fourchette cible.
Tableau comparatif des valeurs de reproductibilité et de linéarité : Quand utiliser quelle valeur ?
mesure absolue
tâches de positionnement
Situation de départ
Une mesure de distance est effectuée et l’écart maximal possible est déterminé. La mesure est toujours effectuée sur le même objet, de sorte qu’il n’y a pas d’erreur de couleur. La température ambiante peut varier de 10 °C.
Valeurs tirées de la fiche technique :
- Reproductibilité : 3 mm
- Écart de linéarité : 10 mm
- Dérive en température : 0,4 mm/K
Calcul
Précision (reproductibilité) + justesse (écart de linéarité, dérive en température) = exactitude
3 mm + 10 mm + (0,4 mm * 10 °C) = 17 mm
De quoi dépend la précision des résultats de mesure ?
Les capteurs de distance laser à temps de vol atteignent des plages de mesure élevées allant jusqu’à 10 m sur des objets et 100 m sur des réflecteurs. Les capteurs de distance laser à triangulation sont en revanche très précis. La plage de mesure est toutefois limitée à 1 000 mm maximum. Afin d’optimiser la précision des capteurs pour la mesure de la distance, il existe différents réglages qui peuvent être effectués en fonction de l’application. Ainsi, la précision peut encore être améliorée grâce à des fonctions de filtre.
Les classes de laser et leurs modes d’action
Les classes de laser donnent des informations sur le danger potentiel du laser pour l’homme. Les capteurs à lumière laser sont répartis en différentes classes de laser selon le degré de dangerosité, conformément à la norme EN 60825-1. On distingue les classes de laser courantes 1, 2, 2M, 3R et 3B. Les capteurs de distance laser de wenglor n’utilisent que des lasers de classe 1 et 2, inoffensifs pour l’œil humain.
| Description | |
|---|---|
| Laser de classe 1 | Les appareils de classe laser 1 sont absolument inoffensifs pour l’œil humain et aucune mesure de protection n’est nécessaire. |
| Laser de classe 2 | Les appareils de classe laser 2 disposent d’une puissance plus élevée, mais sont également sûrs en cas d’exposition de courte durée. Des avertissements doivent toutefois être apposés. |
| Laser de classe 2M | Les appareils de classe laser 2M sont également inoffensifs en cas d’exposition de courte durée. La différence avec la classe laser 2 réside dans le fait qu’un danger peut survenir avec des appareils optiques tels qu’une loupe. |
| Laser der classe 3R | Les appareils de classe laser 3R peuvent être dangereux si l’on regarde directement dans le faisceau laser. Des mesures de protection sont donc nécessaires à cet effet. |
| Laser de classe 3B | Les appareils de classe laser 3B sont dangereux pour les yeux et souvent aussi pour la peau. Des mesures de protection appropriées sont donc nécessaires. |
Utilisations des lasers rouges et bleus
Les capteurs de distance laser de wenglor fonctionnent avec une lumière laser rouge ou bleue. L’utilisation de la lumière rouge ou bleue dépend de l’application. La lumière laser rouge a une longueur d’onde de 650 nm. Les lasers bleus fonctionnent avec une longueur d’onde de 405 nm et ont donc une longueur d’onde plus courte. Par conséquent, le faisceau laser bleu pénètre moins profondément dans l’objet mesuré, ce qui permet d’obtenir des résultats précis et stables. Les surfaces incandescentes, en particulier, ne sont pas affectées par le laser bleu. Les capteurs de distance laser à diode bleue sont très bien adaptés aux surfaces organiques, aux métaux polis, aux surfaces plastiques brillantes ou aux peintures foncées.
Quelle est la différence entre la lumière ordinaire et la lumière laser ?
Lumière ordinaire
| Direction de la propagation | Les ondes lumineuses se dispersent dans toutes les directions |
|---|---|
| Longueurs d’onde | Composées de nombreuses longueurs d’onde différentes |
| Égalité de phase | Les ondes vibrent en déphasage |
Lumière laser
| Les ondes lumineuses sont fortement dirigées |
| Consiste en une longueur d’onde (monochromaticité) |
| Les ondes vibrent de manière synchrone |
Pourquoi existe-t-il une lumière laser rouge et une lumière laser bleue ?
Longueur d’onde Couleur rouge : 640 – 675 nm
C’est de la lumière
C’est la couleur
C’est du laser
Le terme « laser » signifie « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation » (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement). Un faisceau laser peut être généré dans une large partie du spectre optique. Pour simplifier, cela signifie que des ondes lumineuses de même direction sont concentrées en un seul faisceau.
Différences entre les capteurs de distance laser et les capteurs à ultrasons
Avez-vous des questions ?