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
Dijital anahtarlama çıkışı
IO-Link
Hassasiyet nedir?
Kesinlik | Tekrarlama hassasiyeti olarak da adlandırılan hassasiyet, sabit koşullar altında ardışık ölçümler yapılarak belirlenebilir. Bu nedenle, çok hassas bir değer hemen hemen sabit ölçümler sağlar. Bir sensörün hassasiyeti tekrarlanabilirliği ile ölçülür. |
|---|---|
Doğruluk | Doğruluk niteliksel bir değerdir. Doğrusallık sapması, sıcaklık kayması, devreye girme kayması ve anahtarlama mesafesi sapması ile tanımlanır. |
L'immagine mostra come esattezza, precisione e accuratezza siano correlate tra loro. I punti rossi rappresentano le misure consecutive di un sensore, mentre il target indica il valore corretto. Se i valori misurati sono molto distanti e lontani dal target, la precisione e l'esattezza sono ridotte. Idealmente, le misure dovrebbero essere corrette e accurate, il che significa che sono vicine l’una all’altra all’interno dell’area target.
Riproducibilità e linearità a confronto: Quando viene utilizzato quale valore?
misurazione assoluta
compiti di posizionamento
Situazione di base
Viene eseguita una misurazione della distanza e viene determinato lo scostamento massimo possibile. Viene sempre misurato sullo stesso oggetto, in modo che non si verifichino errori di colore. La temperatura ambiente può variare di 10 °C.
Valori della scheda tecnica:
- Riproducibilità: 3 mm
- Differenza di linearità: 10 mm
- Deriva termica: 0,4 mm/K
Calcolo
Precisione (riproducibilità) + esattezza (deviazione linearità, deriva termica) = precisione
3 mm + 10 mm + (0,4 mm * 10 °C) = 17 mm
Da cosa dipende la precisione dei risultati di misurazione?
I sensori di distanza laser a tempo di volo (ToF) raggiungono elevati campi di misura fino a 10 m su oggetti e 100 m su riflettori. I sensori di distanza laser a triangolazione sono invece molto precisi. Il campo di misurazione è tuttavia limitato a max. 1.000 mm. Per ottimizzare la precisione dei sensori per la misurazione della distanza, esistono diverse impostazioni che possono essere effettuate a seconda dell’applicazione. In questo modo è possibile aumentare ulteriormente l’accuratezza grazie alle funzioni di filtraggio.
Classi laser e loro modalità di azione
Le classi laser forniscono informazioni sui potenziali pericoli del laser per l’uomo. I sensori con luce laser sono suddivisi in diverse classi laser secondo la norma EN 60825-1 a seconda del grado di pericolo. Si distinguono le classi laser 1, 2, 2M, 3R e 3B più comuni. Per i sensori di distanza laser di wenglor vengono utilizzate solo le classi laser 1 e 2 non pericolose per l’occhio umano.
| Descrizione | |
|---|---|
| Classe laser 1 | I dispositivi con classe laser 1 sono assolutamente sicuri per l’occhio umano e non richiedono alcuna protezione. |
| Classe laser 2 | Gli apparecchi con classe laser 2 hanno una potenza maggiore, ma sono sicuri anche in caso di irradiazione breve. Tuttavia, è necessario apporre avvertenze. |
| Classe laser 2M | Anche gli apparecchi con classe laser 2M non sono pericolosi in caso di irraggiamento breve. La differenza rispetto alla classe laser 2 è che con dispositivi ottici, come ad esempio una lente d’ingrandimento che potrebbe costituire un pericolo. |
| Classe laser 3R | Le macchine con classe laser 3R possono essere pericolose se viste direttamente nel raggio laser. Per questo motivo sono necessarie misure di protezione. |
| Classe laser 3B | Gli apparecchi con classe laser 3B sono pericolosi per gli occhi e spesso anche per la pelle. Per questo motivo sono necessarie misure di protezione adeguate. |
Uso previsto dei laser rossi e blu
I sensori di distanza laser di wenglor funzionano con luce laser rossa o blu. L’utilizzo della luce rossa o blu dipende dall’applicazione. La luce laser rossa ha una lunghezza d’onda di 650 nm. I laser blu lavorano con una lunghezza d’onda di 405 nm e hanno quindi una lunghezza d’onda più corta. Di conseguenza, il raggio laser blu penetra meno in profondità nell’oggetto da misurare e fornisce risultati precisi e stabili. In particolare le superfici incandescenti non sono influenzate dal laser blu. I sensori di distanza laser con diodo blu sono particolarmente adatti per superfici organiche, metalli lucidati, superfici in plastica lucida o vernici scure.
Qual è la differenza tra luce normale e luce laser?
Luce normale
| Direzione di propagazione | Le onde luminose diffondono in tutte le direzioni |
|---|---|
| Lunghezze d’onda | Composto da molte lunghezze d’onda diverse |
| Uguaglianza di fase | Onde oscillano fuori fase |
Luce laser
| Le onde luminose sono fortemente orientate |
| Composto da una lunghezza d’onda (monocromaticità) |
| Oscillazione alberi sincrona |
Perché esiste una luce laser rossa e blu?
Lunghezza d’onda colore rosso: 640 – 675 nm
Cos’è la luce
Questo è il colore
Questo è il laser
Il termine “laser” sta per “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (amplificazione della luce attraverso l’emissione stimolata di radiazioni). Un fascio laser può essere generato in un’ampia gamma dello spettro ottico. In parole povere, ciò significa che le onde luminose equidistanti vengono concentrate ad alta concentrazione in un unico raggio.
Differenze tra sensori di distanza laser e sensori a ultrasuoni
Avete delle domande?