Лазерні (оптичні) датчики відстані – що це таке, принцип роботи, види та сфера застосування
Одним із найпопулярніших датчиків сучасного виробничого процесу є оптичний ( лазерний) датчик відстані. Лазерні датчики відстані - це оптоелектронний пристрій визначення дистанції до того чи іншого об'єкта. Безконтактний вимір відстані має незліченну кількість застосувань. Наприклад, датчик відстані оптичний використовують для визначення габаритів (товщини, висоти, довжини, ширини), контролю мінімальної або максимальної відстані, позиціонування, рівня наповнення або випорожнення резервуару і т.д.
Принцип дії лазерного (оптичного) датчика відстані:
Принцип вимірювання часу прольоту променя - тобто лазерний діод датчика випромінює імпульси, які відбиваються від мети (об'єкта вимірювання) і потім уловлюються фотоприймачем того ж датчика. Вимірявши час між моментом випромінювання імпульсу і його «повернення», електроніка обчислює відстань до об'єкта.
Принцип тріангуляції. Випромінене світло датчиком відбивається об'єктом і потім «повертається» у фотоприймач датчика. Методом визначення різниці фаз посилаються і приймаються сигналів обчислюється відстань. Цей метод також називають фазовим методом вимірювання.
Залежно від принципу вимірювання датчики різняться у сфері застосування. Так наприклад, тріангуляційний лазерний датчик дозволяє проводити вимірювання з точністю до одиниць міліметрів і коротким часом вимірювання (всього кілька мілісекунд), тоді як принцип вимірювання часу прольоту променя дозволяє проводити вимірювання на відстанях понад тисячу метрів, але точність складе кілька сантиметрів.
Вибираючи промисловий лазерний далекомір необхідно також звернути увагу на виробника, діапазон вимірювання, роздільну здатність або точність вимірювання, час або частота вимірювання, тип вихідного сигналу, напруга живлення, температурний режим експлуатації.
Призначення лазерних датчиків відстані та переміщення
Лазерні датчики вимірювання відстаней мають високу роздільну здатність, точність і повторюваність вимірювань. Вони економічні, легко налаштовуються та не вимагають значних витрат на обслуговування. Матеріали, що застосовуються, і високий ступінь захищеності дозволяють використовувати ці пристрої в складних умовах експлуатації.
Визначення появи в контрольованій зоні предметів та об'єктів, наприклад, робочих органів механізмів та машин;
Визначення розмірів деталей та ін предметів, що переміщуються в ході технологічного процесу;
Вимірювання величин переміщень предметів та робочих органів механізмів та машин;
Визначення конфігурації та ідентифікація предметів (деталей);
Визначення якості обробки поверхонь деталей.
Переваги та переваги оптичних лазерних датчиків
Висока роздільна здатність, повторюваність і точність вимірювань, що не залежить від кольору та матеріалу предмета;
Висока оптична перешкодозахищеність датчиків через монохромність лазерного випромінювання;
Можливість при спільному використанні кількох датчиків визначати геометричні характеристики предмета: розміри, різницю рівнів, гладкість, кривизну поверхні, проводити ідентифікацію предметів;
Економічність, зумовлена малим енергоспоживанням датчиків;
Зручність монтажу та юстування, технічного обслуговування датчиків;
Високий рівень захисту – IP67/69K, що дозволяє експлуатувати датчики в складних умовах.
Принцип роботи лазерних датчиків переміщення
В основі роботи лазерних датчиків переміщення лежить добре відомий тріангуляційний принцип. Визначення відстані до поверхні об'єкта, що контролюється, проводиться з використанням властивостей подібності трикутників, утворених оптичною схемою датчика. Промінь від лазерного джерела, що міститься в головці датчика, спрямований на поверхню предмета, переміщення або характеристики яких контролюються.
У площині джерела випромінювання, ортогональної до осі джерела променя, розміщується оптична приймальна система, яка фокусує зображення плями засвітлення поверхні предмета на лінійну матрицю мікрофотоелементів. При переміщенні поверхні предмета вздовж осі променя, змінюється кут відбиття променів лазера, що розсіюються, що потрапляють в оптичну приймальну систему. При цьому змінюється положення сфокусованої плями на лінійці мікрофотоелементів. Зміна положення плями змінює засвічення різних мікрофотоелементів, що перетворюється електронною схемою датчика у вихідний сигнал потрібного формату. Слід зазначити, що поверхня предмета, що освітлюється, повинна мати деяку шорсткість, оскільки при ідеально дзеркальній поверхні засвітки приймальної оптичної системи не відбувається. Колір поверхні не має значення.
Область застосування оптичних лазерних датчиків
Машинобудування: виготовлення деталей та складальне виробництво. Застосовуються для контролю розмірів деталей, визначення якості поверхонь, визначення наявності та ідентифікації деталей під час складання;
Металургійне виробництво: контроль геометричних характеристик прокатів, що прокочуються;
Деревообробка: контроль розмірів деталей та заготовок.
Можливі обмеження при використанні оптичних лазерних датчиків
Для забезпечення високої точності вимірювань при застосуванні лазерних датчиків відстані та переміщення необхідно виконувати такі умови при експлуатації датчиків:
Використовувати датчик лише у відповідних умовах навколишнього середовища: температура та вологість не повинні перевищувати норму;
Наявність пилу поверхні чутливих елементів датчиків може призвести до некоректності результатів;
При розробці та здійсненні конфігурації системи датчиків повинні бути виключені взаємні оптичні впливи лазерних сенсорів один на одного та на фотоелектричні сенсори. Для запобігання впливу стороннього засвічення слід застосовувати конструктивні шторки та щілинні маски;
Датчик може некоректно працювати з матеріалами, які мають малий ступінь шорсткості (із дзеркальними поверхнями не використовується).
За допомогою лазерних датчиків відстані успішно вирішуються завдання щодо безконтактного вимірювання відстані до об'єкта в промисловості. Такі сенсори мають на виході аналоговий сигнал струму/напрузі або цифровий.
Ключові переваги оптичних (лазерних) датчиків:
великі діапазони спрацьовування;
висока точність;
відсутність фізичного контакту з об'єктом, що вимірювається;
широкий набір вихідних сигналів;
можливість підключення безпосередньо до багатьох промислових мереж;
наявність дисплея чи індикації;
малі розміри;
економічне споживання електроенергії;
простота налаштування та експлуатації;
пиловологозахищений корпус;
різноманітні типи електричного підключення до джерел живлення.
Наша компанія постачає промислові датчики відстані відомих світових брендів, таких як Balluf, Baumer, Banner, SICK, Leuze Electronic, IFM Electronic, Papperl+Fuchs та інших відомих виробників.