Лазерные ( оптические) датчики расстояния – что это такое, принцып работы, виды и сфера применения
Одним из самых популярных датчиков современного производственного процесса является оптический ( лазерный) датчик расстояния. Лазерные датчики расстояния - это оптоэлектронное устройство для определения дистанции до того или иного объекта. Бесконтактное измерение расстояния имеет несчетное количество применений. Например, датчик расстояния оптический используют для определения габаритов (толщины, высоты, длины, ширины), контроля минимального или максимального расстояния, позиционирования, уровня наполнения или опорожнения резервуара и т. д.
Принцип действия лазерного ( оптического ) датчика расстояния:
Принцип измерения времени пролета луча - тоесть лазерный диод датчика излучает импульсы, которые отражаются от цели (объекта измерения) и затем улавливаются фотоприемником того же датчика. Измерив время между моментом излучения импульса и моментом его «возврата», электроника вычисляет расстояние до объекта.
Принцип триангуляции. Излученный свет датчиком отражается объектом и затем «возвращается» в фотоприемник датчика. Методом определения разности фаз посылаемых и принимаемых сигналов вычисляется расстояние. Данный метод также называют фазовым методом измерения.
В зависимости от принципа измерения датчики различаются по сфере применения. Так например, триангуляционный лазерный датчик позволяет производить измерения с точностью до единиц миллиметров и коротким временем измерения (всего несколько миллисекунд), в то время как принцип измерения времени пролета луча позволяет производить измерения на расстояниях превышающих несколько тысяч метров, но точность составит несколько сантиметров.
Выбирая промышленный лазерный дальномер необходимо также обратить внимание на производителя, диапазон измерения, разрешение или точность измерения, время или частота измерения, тип выходного сигнала, напряжение питания, температурный режим эксплуатации.
Назначение лазерных датчиков расстояния и перемещения
Лазерные датчики измерения расстояний обладают высокой разрешающей способностью, точностью и повторяемостью измерений. Они экономичны, легко настраиваются и не требуют значительных затрат на обслуживание. Применяемые материалы и высокая степень защищенности позволяют использовать эти устройства в сложных условиях эксплуатации.
Определение появления в контролируемой зоне предметов и объектов, например, рабочих органов механизмов и машин;
Определение размеров деталей и др. предметов, перемещаемых в ходе технологического процесса;
Измерение величин перемещений предметов и рабочих органов механизмов и машин;
Определение конфигурации и идентификация предметов (деталей);
Определение качества обработки поверхностей деталей.
Достоинства и преимущества оптических лазерных датчиков
Высокая разрешающая способность, повторяемость и точность измерений, не зависящая от цвета и материала предмета;
Высокая оптическая помехозащищенность датчиков ввиду монохромности лазерного излучения;
Возможность при совместном использовании нескольких датчиков определять геометрические характеристики предмета: размеры, разность уровней, гладкость, кривизну поверхности, производить идентификацию предметов;
Экономичность, обусловленная малым энергопотреблением датчиков;
Удобство монтажа и юстировки, технического обслуживания датчиков;
Высокая степень защиты – IP67/69K, позволяющая эксплуатировать датчики в сложных условиях.
Принцип работы лазерных датчиков перемещения
В основе работы лазерных датчиков перемещения лежит хорошо известный триангуляционный принцип. Определение расстояния до поверхности контролируемого объекта производится с использованием свойств подобия треугольников, образуемых оптической схемой датчика. Луч от лазерного источника, содержащегося в головке датчика, направлен на поверхность предмета, перемещение или геометрические характеристики которого контролируются.
В плоскости источника излучения, ортогональной к оси луча источника, размещается оптическая приемная система, которая фокусирует изображение пятна засветки поверхности предмета на линейную матрицу микрофотоэлементов. При перемещении поверхности предмета вдоль оси луча, изменяется угол отражения рассеиваемых лучей лазера, попадающих в оптическую приёмную систему. При этом изменяется положение сфокусированного пятна на линейке микрофотоэлементов. Изменение положения пятна изменяет засветку различных микрофотоэлементов, что преобразуется электронной схемой датчика в выходной сигнал нужного формата. Следует отметить, что освещаемая поверхность предмета должна иметь некоторую шероховатость, поскольку при идеально зеркальной поверхности засветки приёмной оптической системы не происходит. Цвет поверхности значения не имеет.
Область применения оптических лазерных датчиков
Машиностроение: изготовление деталей и сборочное производство. Применяются для контроля размеров деталей, определения качества поверхностей, определение наличия и идентификации деталей при сборке;
Металлургическое производство: контроль геометрических характеристик прокатываемых профилей;
Деревообработка: контроль размеров деталей и заготовок.
Возможные ограничения при использовании оптических лазерных датчиков
Для обеспечения высокой точности измерений при применении лазерных датчиков расстояния и перемещения необходимо выполнять следующие условия при эксплуатации датчиков:
Использовать датчик только в соответствующих условиях окружающей среды: температура и влажность не должны превышать норму;
Наличие пыли на поверхности чувствительных элементов датчиков может привести к некорректности результатов;
При разработке и осуществлении конфигурации системы датчиков должны быть исключены взаимные оптические влияния лазерных сенсоров друг на друга и на фотоэлектрические сенсоры. Для предотвращения влияния посторонней засветки следует применять конструктивные шторки и щелевые маски;
Датчик может некорректно работать с материалами, которые имеют малую степень шероховатостей (с зеркальными поверхностями не используется).
С помощью лазерных датчиков расстояния успешно решаются задачи по бесконтактному измерению расстояния до объекта в промышленности. Такие сенсоры имеют на выходе аналоговый сигнал по току/напряжению или цифровой.
Ключевые преимущества оптических (лазерных) датчиков:
большие диапазоны срабатывания;
высокая точность;
отсутствие физического контакта с измеряемым объектом;
широкий набор выходных сигналов;
возможность подключения напрямую ко многим промышленным сетям;
наличие дисплея или индикации;
малые размеры;
экономичное потребление электроэнергии;
простота настройки и эксплуатации;
пылевлагозащищенный корпус;
разнообразные типы электрического подключения к источникам питания.
Наша компания поставляет промышленные датчики расстояния известных мировых брендов, таких как Balluf, Baumer, Banner, SICK, Leuze Electronic, IFM Electronic, Papperl+Fuchs и других известных производителей.