¿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
Transit Time Sensors
The Triangulation Principle
This technology enables distance sensors to detect very small details. The triangulation principle is used by the distance sensors CP, OCP, YP, P3 series and PNBC.
Do Triangulation Sensors Have a Blind Spot?
Sensors that operate according to the triangulation principle have a so-called blind spot. This is dependent on the distance from which the reflected light meets the receiving element (CMOS line). If the reflected light does not hit the CMOS line, no measurement can be taken. The blind spot is below the working range and means that objects located in this area are not detected and no measured values are output.
The CMOS Receiving Line
The CMOS line is a light-sensitive receiving element with a large number of pixels. It is used to evaluate the position at which the laser light hits the line. The electrical charge in the pixels of the CMOS sensors (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) is converted into a voltage. The position of the object can be determined based on the light distribution on the CMOS line.
How to Install Triangulation Sensors Properly
Round, Glossy, Reflective Objects
When measuring shiny or round surfaces, it should be ensured during sensor installation that no direct reflections fall on the receiving element.
Tip: Align the sensor so that it is positioned in an axis with the round object.
Steps, Edges, Recesses
For all distance sensors, it should be ensured that the receiving beam has a direct line of sight and is not covered by an obstacle such as an edge, step, hole or gap.
Tip: Align the sensor orthogonally to the gap course!
Moving Objects
One example of moving objects to be measured is conveyor belts. It is important that the object moves orthogonally to the sensor. This prevents direct reflections to the receiver.
Tip: Install the sensor orthogonally!
Color Edges
When measuring objects with color transitions, so-called color edges, it is important that the color edge runs orthogonally to the sensor. This prevents color errors.
Tip: Install the sensor orthogonally!
Differences Between Spherical and Aspherical Lenses
Spherical Lens
The lens has a spherical surface
Incoming light on the edge area is more strongly refracted than in the central area
Bundling of the light beams leads to a loss of precision
Aspheric Lens
The lens has an uneven curvature
The light beam is evenly broken over the entire surface
Lens shape reduces imaging errors
Focus point is mapped precisely on the line
Very high measuring accuracy
Time of Flight Principle (ToF)
The ToF (Time-of-Flight) laser sensors for distance measurement combine reproducible measurement results, reliability and a large measuring range. This makes them suitable for a variety of applications at distances of up to one hundred meters with reflectors or ten meters to objects.
The Time-of-Flight measuring principle, also known as transit time measurement, calculates the distance L to the object via light pulses. The diode in the sensor emits laser pulses that are reflected by the object. The time interval from the emission of the light pulse to the object and back again is measured. The time T and the light speed C then provide the corresponding distance to the object.
The following physical formula is used to determine the distance:
The Time-of-Flight measuring principle is used by the distance sensors P1PY, P2PY, P1KY and OY.
The Most Important Facts About the Speed of Light at a Glance
Do ToF Sensors Have a Blind Spot?
ToF sensors have no blind spot. Objects can be detected below the setting range and the sensor switches, but cannot provide any measurement results.
At What Coverage of the Light Spot Does the Sensor Switch?
If ambient light, such as sunlight or illumination, increases, the object appears to become darker for the sensor. In such cases, a larger area of the light spot must hit the object to ensure reliable detection.
Due to the optics of the sensor, there is also a small proportion of scattered light that occurs outside the actual light spot. With highly reflective, glossy surfaces, this can lead to the object being detected before the light spot actually reaches it. It is therefore important to avoid disturbing, shiny structures near the light beam.
Transit Time Sensors with Reflector
This functional principle is particularly advantageous if incorrect measurements due to background objects are to be avoided. A typical application example is the control of overhead conveyor systems, where the distance to the vehicle in front must always be reliably recorded. Especially when cornering, measurements are prevented from being taken erroneously on objects in the background, as these could lead to incorrect control commands.
This technology is also ideal for applications requiring large working ranges.
Comparison of Transit Time and Triangulation Working Ranges
Key
Red area: Blind spot (objects are not reliably detected)
Green area: Working range (objects are reliably detected)
Yellow range: Setting range/measuring range (set switching points/measured values are displayed)
Output of Distance Values
Digital Switching Output
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. |
Die Abbildung verdeutlicht, wie Richtigkeit, Präzision und Genauigkeit miteinander in Zusammenhang stehen. Die roten Punkte stellen aufeinanderfolgende Messungen eines Sensors dar, während die Zielscheibe den richtigen Wert angibt. Wenn die Messwerte weit auseinander und weit vom Ziel entfernt liegen, bedeutet dies eine geringe Präzision und Richtigkeit. Im Idealfall sollten die Messungen richtig und genau sein, was bedeutet, dass sie innerhalb des Zielbereichs dicht beieinander liegen.
Reproduzierbarkeit und Linearität im Vergleich: Wann wird welcher Wert verwendet?
Absolute Messung
Positionieraufgaben
Ausgangslage
Es wird eine Abstandsmessung durchgeführt und die maximal mögliche Abweichung bestimmt. Es wird immer am gleichen Objekt gemessen, sodass keine Farbfehler auftreten. Die Umgebungstemperatur kann um 10 °C abweichen.
Werte aus dem Datenblatt:
- Reproduzierbarkeit: 3 mm
- Linearitätsabweichung: 10 mm
- Temperaturdrift: 0,4 mm/K
Berechnung
Präzision (Reproduzierbarkeit) + Richtigkeit (Linearitätsabweichung, Temperaturdrift) = Genauigkeit
3 mm + 10 mm + (0,4 mm * 10 °C) = 17 mm
Von was hängt die Genauigkeit der Messergebnisse ab?
Laserdistanzsensoren Time-of-Flight erreichen hohe Messbereiche bis zu 10 m auf Objekte und 100 m auf Reflektoren. Laser-Distanzsensoren Triangulation sind dagegen sehr genau. Der Messbereich ist jedoch auf maximal 1.000 mm begrenzt. Um die Genauigkeit der Sensoren zur Distanzmessung zu optimieren, gibt es verschiedene Einstellungen, die je nach Anwendungsfall vorgenommen werden können. So kann die Genauigkeit durch Filterfunktionen weiter erhöht werden.
Laserklassen und ihre Wirkungsweisen
Laserklassen geben Auskunft über die potenzielle Gefährdung des Lasers für den Menschen. Sensoren mit Laserlicht werden nach EN 60825-1 je nach Gefährdungsgrad in verschiedene Laserklassen eingeteilt. Man unterscheidet die gängigen Laserklassen 1, 2, 2M, 3R und 3B. Bei den Laser-Distanzsensoren von wenglor kommen nur die für das menschliche Auge ungefährlichen Laserklassen 1 und 2 zum Einsatz.
| Beschreibung | |
|---|---|
| Laserklasse 1 | Geräte mit Laserklasse 1 sind absolut unbedenklich für das menschliche Auge und es sind keine Schutzmaßnahmen erforderlich. |
| Laserklasse 2 | Geräte mit Laserklasse 2 verfügen über eine höhere Leistung, sind jedoch bei kurzzeitiger Bestrahlung ebenfalls sicher. Es müssen allerdings Warnhinweise angebracht werden. |
| Laserklasse 2M | Geräte mit Laserklasse 2M sind bei kurzzeitiger Bestrahlung ebenfalls ungefährlich. Der Unterschied zur Laserklasse 2 besteht darin, dass mit optischen Geräten, wie z. B. einer Lupe, eine Gefährdung entstehen kann. |
| Laserklasse 3R | Geräte mit Laserklasse 3R können bei direktem Blick in den Laserstrahl gefährlich sein. Aufgrund dessen sind hierfür Schutzmaßnahmen erforderlich. |
| Laserklasse 3B | Geräte mit Laserklasse 3B sind für die Augen und häufig auch für die Haut gefährlich. Aufgrund dessen sind entsprechende Schutzmaßnahmen erforderlich. |
Einsatzzwecke von roten und blauen Lasern
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?
Gewöhnliches Licht
| Ausbreitungsrichtung | Lichtwellen streuen in alle Richtungen |
|---|---|
| Wellenlängen | Bestehen aus vielen verschiedene Wellenlängen |
| Phasengleichheit | Wellen schwingen phasenverschoben |
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.
