¿Cómo funcionan los sensores de distancia láser?
Los sensores láser forman parte de los sensores optoelectrónicos y, gracias al principio de medición sin contacto y a su elevada precisión, son adecuados para la detección de objetos, la medición de recorridos, posiciones y distancias. Los sensores de distancia láser de wenglor funcionan según el principio de medición del tiempo de tránsito y el procedimiento de triangulación láser. En ambos métodos se miden distancias con luz láser y se emiten como valor de distancia.
¿Cuándo se utiliza un sensor de triangulación y cuándo un sensor de distancia láser?
Sensores de triangulación de corto alcance
Sensores de distancia láser para grandes distancias
Posibilidades de uso de los sensores láser para la medición de distancias
Control de presencia
Medición de grosores
Control del diámetro
Conteo de bordes
Posicionamiento
Posicionamiento de robots
Control de la altura de apilamiento
Medición de piezas
Medición diferencial
Detección de contraste
Control de doble capa
Sectores e industrias donde se utilizan los sensores de ultrasonidos
Sensores de triangulación
Sensores de distancia láser
El principio de triangulación
Con esta tecnología, los sensores de distancia pueden detectar detalles muy pequeños. El principio de triangulación se utiliza en los sensores de distancia CP, OCP, YP, serie P3 y PNBC.
¿Tienen los sensores de triangulación una zona ciega?
Los sensores que funcionan según el principio de triangulación disponen de lo que se conoce como zona ciega. Esta depende de la distancia a la que se representa la luz reflejada sobre el elemento de recepción (línea CMOS ). Si la luz reflejada no incide en la línea CMOS, no se puede realizar la medición. La zona ciega está por debajo del área de trabajo y hace que los objetos que se encuentran en esta zona no se detecten y no se emitan valores de medición.
Zona de trabajo: 40…160 mm
Zona ciega: 0…40 mm
La línea de recepción CMOS
La línea CMOS es un elemento de recepción sensible a la luz con un gran número de píxeles. A través de esta se evalúa en qué posición alcanza la luz láser la línea. La carga eléctrica en los píxeles de los sensores CMOS (semiconductores de óxido metálico complementario) se transforma en una tensión. Mediante la distribución de luz en la línea CMOS se puede determinar la posición del objeto.
Esto debe tenerse en cuenta al instalar los sensores de triangulación
Objetos redondos, brillantes y reflectantes
Si se miden superficies brillantes o redondas, durante el montaje del sensor se debe tener en cuenta que no se produzcan reflexiones directas sobre el elemento receptor.
Consejo: Orientar el sensor de forma que quede posicionado en un eje con el objeto redondo.
Escalones, cantos, hendiduras
En todos los sensores de distancia debe prestarse atención a que el haz de recepción sea visible directamente y no esté cubierto por un obstáculo, como, por ejemplo, un borde, escalón, orificios o rendijas.
Consejo: ¡Alinear el sensor ortogonalmente al recorrido de la hendidura!
Objetos en movimiento
Los objetos de medición móviles son, por ejemplo, cintas transportadoras. Es importante que el objeto se mueva ortogonalmente hacia el sensor. De este modo se evitan reflexiones directas hacia el receptor.
Consejo: Montar el sensor ortogonalmente.
Bordes de color
Al medir en objetos con transiciones de color, los llamados bordes de color, es importante que el borde de color sea ortogonal al sensor. De este modo, se evitan los errores de color.
Consejo: montar el sensor ortogonalmente.
Diferencia entre lentes esféricas y asféricas
Lente esférica
La lente tiene una superficie esférica
La luz incidente en la zona del borde se refracta más que en la zona central
La concentración de los rayos de luz provoca una pérdida de precisión
Lente asférica
La lente presenta una curvatura irregular
El haz de luz se refleja uniformemente en toda la superficie
La forma de la lente reduce los errores de imagen
El punto focal se representa con precisión en la línea
Precisión de medida muy alta
El principio de tiempo de tránsito (Time-of-Flight)
Los sensores láser para la medición de distancias a tiempo de vuelo (ToF o Time-of-Flight) combinan resultados de medición reproducibles, fiabilidad y un amplio rango de medición. De este modo, son adecuados para diferentes aplicaciones en distancias de hasta cien metros con reflectores o diez metros con objetos.
El principio de medición del tiempo de vuelo, también conocido como medición del tiempo de tránsito, determina la distancia L al objeto mediante impulsos de luz. El diodo del sensor emite impulsos láser reflejados por el objeto. El intervalo de tiempo se mide desde la emisión del pulso de luz al objeto y de vuelta. A partir del tiempo T y de la velocidad de la luz C resulta la distancia correspondiente al objeto.
Para calcular la distancia se utiliza la siguiente fórmula física:
Los sensores de distancia P1PY, P2PY, P1KY y OY utilizan el principio de medición del tiempo de vuelo.
Lo más importante sobre la velocidad de la luz de un vistazo
¿Tienen los sensores ToF una zona ciega?
Los sensores de distancia láser no tienen zona ciega. En el área por debajo del rango de ajuste se pueden detectar objetos y el sensor conmuta, pero no puede proporcionar ningún resultado de medición.
¿Con qué cobertura del punto luminoso conmuta el sensor?
Si aumenta la luz externa, p. ej., la luz solar o la iluminación, el objeto se oscurece aparentemente para el sensor. En estos casos, debe incidir un área más grande del punto de luz sobre el objeto para garantizar una detección fiable.
Debido a la óptica del sensor, también hay una pequeña cantidad de luz difusa que se produce fuera del punto de luz real. En el caso de superficies muy reflectantes y brillantes, esto puede provocar que el objeto ya se reconozca antes de que el punto luminoso llegue a él. Por lo tanto, es importante evitar estructuras brillantes molestas cerca del haz de luz.
Sensores de tiempo de tránsito con espejo
Este principio de funcionamiento es especialmente ventajoso cuando se deben evitar mediciones erróneas por objetos de fondo. Un ejemplo de aplicación típico es el control de transportadores suspendidos, donde la distancia respecto del vehículo precedente debe registrarse siempre de forma fiable. Especialmente en recorridos con curvas, se evita que las mediciones se realicen erróneamente sobre objetos en segundo plano, ya que estos podrían provocar órdenes de control erróneas.
Además, esta tecnología es ideal para aplicaciones que requieren amplios rangos de trabajo.
Comparación de los rangos del tiempo de propagación de la luz y la triangulación
Leyenda
Zona roja: Zona ciega (los objetos no se detectan de forma segura)
Zona verde: Rango de trabajo (los objetos se detectan de forma segura)
Zona amarilla: Distancia de ajuste/Rango de medición (fijar puntos de conmutación/se emiten valores de medición)
Salida de valores de distancia
Salida de conmutación digital
IO-Link
¿Qué es la exactitud?
Precisión | La precisión, también conocida como precisión de repetición, puede determinarse mediante mediciones consecutivas en condiciones constantes. Por lo tanto, un valor muy preciso proporciona mediciones casi constantes. La reproducibilidad cuantifica la precisión de un sensor. |
|---|---|
Veracidad | La veracidad es un valor cualitativo. Se define por la desviación de linealidad, la deriva de temperatura, la deriva de activación y la desviación de distancia de conmutación. |
La ilustración muestra cómo la veracidad, la precisión y la exactitud están relacionadas entre sí. Los puntos rojos representan mediciones consecutivas de un sensor, mientras que la diana indica el valor correcto. Si los valores de medición están muy separados y alejados del objetivo, significa que la precisión y la veracidad son bajas. Lo ideal es que las mediciones sean correctas y precisas, lo que significa que se encuentren cerca una de la otra dentro del intervalo objetivo.
Comparación de la reproducibilidad y la linealidad: ¿Cuándo se utiliza cada valor?
medición absoluta
tareas de posicionamiento
Situación de salida
Se realiza una medición de distancia y se calcula la divergencia máxima posible. Se mide siempre en el mismo objeto, de modo que no se producen defectos de color. La temperatura ambiente puede variar 10 °C.
Valores de los datos técnicos :
- Reproducibilidad: 3 mm
- Desviación de linealidad: 10 mm
- Deriva de temperatura: 0,4 mm/K
Cálculo
Precisión (reproducibilidad) + veracidad (desviación de linealidad, deriva de temperatura) = exactitud
3 mm + 10 mm + (0,4 mm * 10 °C) = 17 mm
¿De qué depende la precisión de los resultados de medición?
Los sensores de distancia láser de tiempo de vuelo (ToF) alcanzan elevados rangos de medición de hasta 10 m en objetos y 100 m en reflectores. Por el contrario, los sensores de distancia con triangulación láser son muy precisos. Sin embargo, el margen de medición está limitado a un máximo de 1.000 mm. Para optimizar la precisión de los sensores para la medición de distancias, existen diferentes ajustes que se pueden realizar en función del caso de aplicación. De este modo, se puede aumentar aún más la precisión mediante funciones de filtro.
Clases de láser y sus efectos
Las clases de láser proporcionan información sobre los peligros potenciales del láser para las personas. Según la norma EN 60825-1, los sensores con luz láser se dividen en diferentes clases de láser en función del grado de peligro. Se distingue entre las clases de láser habituales 1, 2, 2M, 3R y 3B. En los sensores de distancia láser de wenglor solo se utilizan los láseres de clase 1 y 2 que no son peligrosos para el ojo humano.
| Descripción | |
|---|---|
| Clase láser 1 | Los equipos con clase láser 1 son absolutamente inofensivos para el ojo humano y no requieren ninguna medida de protección. |
| Clase láser 2 | Los equipos con clase láser 2 disponen de una mayor potencia, pero también son seguros en caso de radiación breve. Sin embargo, se deben colocar advertencias. |
| Clase láser 2M | Los aparatos con clase láser 2M tampoco son peligrosos en caso de radiación breve. La diferencia con respecto a la clase láser 2 es que con equipos ópticos, como una lupa, por ejemplo, puede suponer un peligro. |
| Clase láser 3R | Los equipos con clase láser 3R pueden ser peligrosos si se mira directamente al rayo láser. Debido a ello, se requieren medidas de protección para ello. |
| Clase láser 3B | Los equipos con clase láser 3B son peligrosos para los ojos y, a menudo, también para la piel. Debido a ello son necesarias las correspondientes medidas de protección. |
Las clases de láser proporcionan información sobre los peligros potenciales del láser para las personas. Según la norma EN 60825-1, los sensores con luz láser se dividen en diferentes clases de láser en función del grado de peligro. Se distingue entre las clases de láser habituales 1, 2, 2M, 3R y 3B. En los sensores de distancia láser de wenglor solo se utilizan los láseres de clase 1 y 2 que no son peligrosos para el ojo humano.
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Clase láser 1
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Descripción
Los equipos con clase láser 1 son absolutamente inofensivos para el ojo humano y no requieren ninguna medida de protección.
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Clase láser 2
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Descripción
Los equipos con clase láser 2 disponen de una mayor potencia, pero también son seguros en caso de radiación breve. Sin embargo, se deben colocar advertencias.
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Clase láser 2M
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Descripción
Los aparatos con clase láser 2M tampoco son peligrosos en caso de radiación breve. La diferencia con respecto a la clase láser 2 es que con equipos ópticos, como una lupa, por ejemplo, puede suponer un peligro.
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Clase láser 3R
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Descripción
Los equipos con clase láser 3R pueden ser peligrosos si se mira directamente al rayo láser. Debido a ello, se requieren medidas de protección para ello.
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Clase láser 3B
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Descripción
Los equipos con clase láser 3B son peligrosos para los ojos y, a menudo, también para la piel. Debido a ello son necesarias las correspondientes medidas de protección.
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Finalidades de uso de los láseres rojo y azul
Los sensores de distancia láser de wenglor funcionan con luz láser roja o azul. La utilización de una luz roja o azul depende de la aplicación. La luz láser roja tiene una longitud de onda de 650 nm. Los láseres azules funcionan con una longitud de onda de 405 nm y, por lo tanto, tienen una longitud de onda más corta. Por lo tanto, el haz de láser azul penetra menos en el objeto de medición y ofrece resultados precisos y estables. En particular, las superficies incandescentes no se ven afectadas por el láser azul. Los sensores de distancia láser con diodo azul son muy adecuados para superficies orgánicas, metales pulidos, superficies de plástico brillante o pinturas oscuras.
¿Cuál es la diferencia entre la luz normal y la luz láser?
Luz normal
| Dirección de propagación | Las ondas de luz se dispersan en todas direcciones |
|---|---|
| Longitudes de onda | Constan de muchas longitudes de onda diferentes |
| Igualdad de fases | Las ondas oscilan desfasadas |
Luz láser
| Las ondas de luz están muy orientadas |
| Compuesto por una longitud de onda (monocromático) |
| Oscilación sincrónica de las ondas |
¿Por qué hay luz láser roja y azul?
Longitud de onda, color rojo: 640–675 nm
Esto es luz
Esto es color
Esto es láser
El término “láser” significa “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (amplificación de la luz mediante emisión de radiación estimulada). Se puede generar un haz de láser en un amplio rango del espectro óptico. En pocas palabras, esto significa que las ondas de luz rectificada se concentran en un haz en una concentración alta.
