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Mesafe ölçümü için lazer sensörleri teknolojisi

Lazer mesafe sensörleri, pozisyonları ve mesafeleri temassız olarak lazer ışığı ile ölçer. Bunlar hassastır ve hem uzun mesafelerde hem de yakın mesafede kullanılabilir. Bu sensörler hassas pozisyon ve mesafe algılaması ya da renk ve yüzeyden bağımsız olarak objelerin algılanması için idealdir.

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.


          

¿Cuándo se utiliza un sensor de triangulación y cuándo un sensor de distancia láser?

Representación del principio de triangulación

Sensores de triangulación de corto alcance

Cálculo preciso de distancias en corto alcance de hasta 1 m
Detección de objetos muy pequeños o diferencias de distancia
Desviación de linealidad < 1 mm
Mediciones muy rápidas 
Medición en diferentes formas y superficies
Gran precisión hasta el nivel micrométrico

Representación del principio de triangulación

Sensores de distancia láser para grandes distancias

Cálculo de grandes distancias de hasta 100 m con reflectores
Rango de trabajo hasta 10 m con objetos
Desviación de linealidad > 10 mm
Resistentes a la influencia de perturbaciones
Muy alta resistencia a la luz externa
Medición reproducible a grandes distancias

Posibilidades de uso de los sensores láser para la medición de distancias

Control de presencia

Icono control de presencia

Medición de grosores

Icono medición de grosores

Control del diámetro

Icono control del diámetro

Conteo de bordes

Icono conteo de bordes

Posicionamiento

Icono posicionamiento

Posicionamiento de robots

Icono posicionamiento de robots

Control de la altura de apilamiento

Icono supervisión de la altura de apilado

Medición de piezas

Icono 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

Sensori a tempo di volo

Nei centri logistici i sistemi shuttle devono consegnare automaticamente le merci dal magazzino alla produzione. I sensori di distanza laser a tempo di volo ToF con wintec integrati su ciascuna faccia terminale rilevano tempestivamente le posizioni finali o le navette che avanzano nel campo visivo fino a dieci metri, in modo che le navette possano rallentare o fermarsi.

Nell’industria delle bevande, le singole bottiglie e i contenitori di bottiglie devono essere posizionati dai bracci di presa durante il processo di riempimento e confezionamento automatizzato nelle applicazioni pick & place.

Quando si producono formaggi stagionati, è importante assicurarsi che la lastra sagomata a blocchi sia posizionata esattamente sul nastro trasportatore. I sensori laser di distanza a tempo di volo di wintec sono in grado di rilevare i blocchi di formaggio nel loro stato fresco e ancora lucido, indipendentemente dalle posizioni inclinate.

Durante il riempimento e la sigillatura di vassoi per alimenti trasparenti, la loro posizione e presenza su un nastro trasportatore multilinea deve essere rilevata in modo affidabile. 
 

Nell’industria siderurgica, i tubi incandescenti vengono trasportati su linee di trasporto per raffreddarsi dopo essere stati prodotti nei forni di colata. Per controllarli, occorre rilevare in modo affidabile la presenza dei pezzi grezzi caldi da 700 a 1.000 °C 

Dopo la produzione, le piastrelle di argilla cotte e rivestite finite vengono temporaneamente stoccate in magazzini per il raffreddamento e l’asciugatura. Vengono quindi prelevate e sottoposte a un controllo di qualità prima di raggiungere la linea di confezionamento. 

Il principio della triangolazione

Il principio della triangolazione è una procedura di misurazione geometrica che sfrutta la relazione triangolare. Questo metodo proietta un punto luminoso sull’oggetto da misurare. L’oggetto riflette la luce e colpisce un elemento di ricezione CMOS sensibile alla luce all’interno del sensore con un determinato angolo. A seconda della distanza dell’oggetto cambia la posizione del punto luce sulla riga CMOS. In questo modo è possibile determinare con precisione la distanza dall’oggetto da misurare anche a distanze minime. 

Con questa tecnologia i sensori di distanza sono in grado di riconoscere piccoli dettagli. Il principio della triangolazione viene utilizzato dai sensori di distanza CP, OCP, YP, serie P3 e PNBC.  

I sensori di triangolazione hanno una zona cieca?

I sensori che funzionano secondo il principio della triangolazione possiedono una cosiddetta zona cieca. Questo dipende dalla distanza dalla quale la luce riflessa viene riflessa sull’elemento di ricezione (riga CMOS ). Se la luce riflessa non colpisce la riga CMOS, non è possibile effettuare alcuna misurazione. La zona cieca si trova al di sotto dell’area di lavoro e fa sì che gli oggetti che si trovano in quest’area non vengano riconosciuti e non vengano emessi valori di misurazione. 

Esempio CP24MHT80 Sensore di distanza laser a triangolazione: 
Campo di lavoro: 40…160 mm
Zona cieca: 0…40 mm

Barra di ricezione CMOS

La riga CMOS è un ricevitore sensibile alla luce con un’ampia gamma di pixel che consente di valutare in quale posizione la luce laser colpisce la riga. La carica elettrica nei pixel dei sensori CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) viene convertita in tensione. La distribuzione della luce sulla riga CMOS consente di determinare la posizione dell’oggetto. 

La riga CMOS consente una misurazione della distanza ad alta precisione e viene generalmente utilizzata nei sensori di distanza laser che si basano sul procedimento di triangolazione.

Questi aspetti devono essere considerati quando si montano i sensori di triangolazione

Per garantire un rilevamento e una misurazione il più stabili possibile, durante la taratura del sensore si devono osservare le seguenti avvertenze.

Oggetti rotondi, lucidi e riflettenti

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

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:
 
L = ½ × C × T 

Los sensores de distancia P1PY, P2PY, P1KY y OY utilizan el principio de medición del tiempo de vuelo. 

Bir bakışta ışık hızı hakkında en önemli şey

Işık hızı fizikte temel bir sabittir. Vakumda 299.792.458 m/s’dir. Işık kadar hızlı hareket eden bir şey yoktur.

Hangi ışık noktası modelleri mevcuttur?

Çoğu işık hareket süresi sensörü, kırmızı lazer ışığı ile küçük, yuvarlak bir ışık noktası oluşturur. wenglor'un ToF sensörleri portföyünde ayrıca genişletilmiş ışık noktası geometrilerine sahip modeller de mevcuttur. Işık rengi veya dalga boyunun yanı sıra bu sensörler ışık noktasının şekli ve boyutları açısından da farklılık gösterir.

Quali tipi di guaina esistono per le fibre ottiche in vetro?

Punto laser piccolo

Piccolo punto laser collimato per la misura della distanza di oggetti grandi e piccoli con superfici omogenee. Soluzione standard per la maggior parte delle applicazioni.

Punto laser ingrandito

Punto laser rotondo con fuoco modificato e punto luce più grande rispetto alle varianti laser standard. Adatto per applicazioni con superfici leggermente irregolari e piccoli scavi e fori.

Linea laser BlueLine

Ampio punto luce rettangolare per applicazioni su superfici molto irregolari, merci sfuse, strutture a griglia e in caso di fori di grandi dimensioni.

I sensori a tempo de volo ToF hanno una zona cieca?

I sensori a tempo di volo non hanno una zona cieca. Nell’area al di sotto del campo di impostazione è possibile riconoscere oggetti e il sensore commuta, ma non può fornire risultati di misurazione.

A quale copertura del punto luminoso commuta il sensore?

La natura della superficie dell’oggetto gioca un ruolo decisivo nella copertura del punto luminoso da parte del sensore. Le superfici chiare provocano l’attivazione del sensore ToF già con una ridotta copertura del punto luminoso, poiché il numero di fotoni necessario per il riconoscimento dell’impulso luminoso viene raggiunto più rapidamente. Le superfici scure, invece, richiedono una copertura maggiore per ottenere lo stesso effetto.

Con l’aumento della luce estranea, come ad es. la luce solare o l’illuminazione, l’oggetto diventa apparentemente più scuro per il sensore. In questi casi, un’area più ampia del punto luminoso deve colpire l’oggetto per garantire un rilevamento affidabile.

A causa dell’ottica del sensore, c’è anche una piccola quantità di luce diffusa che si verifica al di fuori del punto luce vero e proprio. In caso di superfici molto riflettenti e lucide, ciò può causare il riconoscimento dell’oggetto prima che il punto luce lo raggiunga effettivamente. Pertanto, è importante evitare strutture lucide fastidiose in prossimità del fascio di luce.

Sensori a tempo di volo con catarifrangente

L’uso di catarifrangenti può estendere notevolmente il campo di applicazione dei sensori a tempo di volo. I sensori ToF si focalizzano esclusivamente sulla luce riflessa dal catarifrangente, oscurando efficacemente tutti gli altri segnali. Ciò garantisce che le misure vengano effettuate solo su catarifrangenti, mentre gli oggetti riflettenti e altre superfici lucide non vengono rilevati e quindi ignorati come catarifrangenti.

Questo principio di funzionamento è particolarmente vantaggioso quando si devono evitare misurazioni errate dovute a oggetti sullo sfondo. Un tipico esempio di applicazione è il controllo di trasportatori aerei, in cui la distanza dal veicolo che precede deve essere sempre rilevata in modo affidabile. Soprattutto durante la marcia in curva si evita che le misurazioni vengano eseguite erroneamente su oggetti sullo sfondo, poiché questi potrebbero portare a comandi di comando errati. 

Inoltre, questa tecnologia è ideale per applicazioni che richiedono un ampio campo di lavoro.

I campi di lavoro del tempo di volo e della triangolazione a confronto

Il sensore nella parte superiore dell’immagine è un sensore a tempo di volo, mentre il sensore al di sotto funziona secondo il principio della triangolazione.

Legenda
Zona rossa: Zona cieca (gli oggetti non vengono riconosciuti in modo sicuro)
Zona verde: Area di lavoro (gli oggetti vengono riconosciuti in modo sicuro)
Zona gialla: Campo di regolazione / campo di misurazione (impostazione dei punti d’intervento / emissione dei valori di misura) 

Emissione di valori di distanza

Uscita di commutazione digitale

Tramite le uscite di commutazione digitali è possibile inizializzare le distanze con l’ausilio del teach-in. Non appena viene raggiunta la distanza inizializzata, il sensore emette un segnale di commutazione sull’uscita. In questo modo è possibile riconoscere oggetti e rilevare posizioni.

Uscita analogica

Tramite un’uscita analogica il valore della distanza viene emesso come corrente proporzionale lineare (4…20 mA) o valore di tensione (0…10 V). All’interno dell’intero campo di misurazione la curva caratteristica può essere impostata tramite Teach-in. 

IO-Link

La tecnologia IO-Link viene utilizzata in tutto il mondo per la comunicazione standardizzata con sensori e attuatori. Si tratta di una comunicazione punto a punto.

Industrial ethernet

Industrial Ethernet è un termine generico per tutti gli standard Ethernet per la trasmissione di dati in tempo reale tra il controllo e il sensore. I protocolli appartenenti a Industrial Ethernet sono, ad esempio, EtherCAT, Ethernet/IP o PROFINET.
 

Che cosa si intende per accuratezza?

Un’elevata accuratezza significa che i risultati di misura attesi vengono raggiunti. Questo termine viene utilizzato solo per affermazioni qualitative. Pertanto non è una grandezza tecnica. L’accuratezza è data dalla precisione e dall’esattezza. Fondamentalmente l’accuratezza dipende dal principio di misurazione utilizzato.
 

 Precisione

La precisione, detta anche ripetibilità, può essere determinata con misure consecutive in condizioni costanti. Un valore molto preciso fornisce pertanto misure pressoché costanti. La ripetibilità quantifica la precisione di un sensore.

Esattezza

L’esattezza è un valore qualitativo. Viene definita dalla deviazione di linearità, dalla deriva termica, dalla deriva di commutazione e dalla deviazione della distanza di commutazione.

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

I valori di linearità e riproducibilità sono importanti per le misure assolute, come ad esempio la determinazione della distanza effettiva di un oggetto o di un diametro. Un buon valore di riproducibilità fornisce valori ripetibili. L’elevata linearità garantisce i valori di misura corretti. Nel complesso, sia la linearità che la riproducibilità sono fattori importanti per ottenere valori di misura corretti e precisi nelle misure assolute.

compiti di posizionamento

In caso di misure ripetute, il sensore fornisce valori di misura riproducibili. In questo caso incontra sempre lo stesso punto o la stessa posizione, ovvero è ripetibile. Questo è fondamentale per garantire un posizionamento preciso e affidabile di un oggetto. L’obiettivo principale è posizionare sempre l’oggetto nello stesso punto. La precisione di ripetizione è molto importante, mentre la linearità è meno importante nelle attività di posizionamento. In questo caso è fondamentale un’elevata precisione, la correttezza può essere trascurata. 

 

Başlangıç noktası
Bir mesafe ölçümü gerçekleştirilir ve olası maksimum sapma belirlenir. Renk hatası olmaması için her zaman aynı objede ölçüm yapılır. Ortam sıcaklığı 10 °C değişiklik gösterebilir.

Veri sayfasındaki değerler: 

  • Azami tekrarlanabilirlik: 3 mm
  • Doğrusallık sapması: 10 mm
  • Sıcaklık kayması: 0,4 mm/K

Hesaplama
Hassasiyet (tekrarlanabilirlik) + doğruluk (doğrusallık sapması, sıcaklık kayması) = Doğruluk 
3 mm + 10 mm + (0,4 mm * 10 °C) = 17 mm

Ölçüm sonuçlarının doğruluğu neye bağlıdır?

Time-of-Flight lazer mesafe sensörleri objeler üzerinde 10 m'ye kadar ve reflektörler üzerinde 100 m'ye kadar yüksek ölçüm aralıklarına ulaşır. Buna karşın lazer mesafe sensörleri üçgenleme prensipli çok hassastır. Ancak ölçüm aralığı maksimum 1.000 mm ile sınırlıdır. Mesafe ölçümü sensörlerinin hassasiyetini optimize etmek için uygulama durumuna bağlı olarak farklı ayarlar yapılabilir. Bu şekilde, hassasiyet filtre fonksiyonları ile daha da arttırılabilir.

Laserklassen und ihre Wirkungsweisen

Einsatzzwecke von roten und blauen Lasern

Die Laser-Distanzsensoren von wenglor arbeiten mit rotem oder blauem Laserlicht. Ob rotes oder blaues Licht verwendet wird, hängt von der Anwendung ab. Rotes Laserlicht hat eine Wellenlänge von 650 nm. Blaue Laser arbeiten mit einer Wellenlänge von 405 nm und haben somit eine kürzere Wellenlänge. Daher dringt der blaue Laserstrahl weniger tief in das Messobjekt ein und liefert präzise und stabile Ergebnisse. Insbesondere glühende Oberflächen werden durch den blauen Laser nicht beeinflusst. Laser-Distanzsensoren mit blauer Diode eignen sich sehr gut für organische Oberflächen, polierte Metalle, glänzende Kunststoffoberflächen oder dunkle Lacke.

Was ist der Unterschied zwischen gewöhnlichem Licht und Laserlicht?

Gewöhnliches Licht

AusbreitungsrichtungLichtwellen streuen in alle Richtungen
WellenlängenBestehen aus vielen verschiedene Wellenlängen
PhasengleichheitWellen schwingen phasenverschoben
Divergierender Lichtstrahl mit großem Lichtfleckdurchmesser

Laserlicht

Lichtwellen sind stark gerichtet
Besteht aus einer Wellenlänge (Monochromatizität)
Wellen schwingen synchron
Starke Bündelung ermöglicht kleine Lichtfleckdurchmesser in großer Entfernung.

Warum gibt es rotes und blaues Laserlicht?

Das Lichtspektrum besteht aus verschiedenen Wellenlängen. Jede hat eine andere Farbe. Im Farbspektrum kann jeder Welle eine Farbe zugeordnet werden. Rotes Licht unterscheidet sich von blauem Licht durch die Wellenlänge und die Energiedichte.
 
Wellenlänge Farbe Blau: 380 - 500 nm
Wellenlänge Farbe Rot: 640 - 675 nm

Das ist Licht

Licht ist der für das menschliche Auge sichtbare Teil der elektromagnetischen Strahlung. Die Strahlung breitet sich in verschiedenen Wellenlängenbereichen aus, wenn sie von einer Lichtquelle, beispielsweise einer Glühlampe, emittiert wird. Der Wellenlängenbereich liegt zwischen UV-Strahlung (kürzere Wellenlängen) und Infrarotstrahlung (längere Wellenlängen).

Das ist Farbe

Die Farbe von Gegenständen ist ein subjektiver Eindruck, der dadurch entsteht, dass Gegenstände verschiedene Wellenlängen absorbieren und andere reflektieren. Diese Wellenlängen stellen unterschiedliche Farben dar. Die vom Objekt reflektierte Farbe kann vom menschlichen Auge wahrgenommen werden. 

Das ist Laser

Der Begriff „Laser“ steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). Ein Laserstrahl kann in einem weiten Bereich des optischen Spektrums erzeugt werden. Vereinfacht ausgedrückt bedeutet dies, dass gleichgerichtete Lichtwellen in hoher Konzentration zu einem Strahl gebündelt werden.

Unterschiede zwischen Laserdistanzsensoren und Ultraschallsensoren

  • Distanzsensoren und Ultraschallsensoren unterscheiden sich in der Größe des Erfassungsbereiches

  • Ultraschallsensoren arbeiten mit einer breiten Schallkeule 

  • Laserdistanzsensoren arbeiten mit einem feinen Laserstrahl
     

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