Tecnologia e funzionamento dei sensori di distanza ottici

Triangolazione

Il fascio di luce urta l’oggetto come piccolo punto. Il ricevitore del sensore (array di fotodiodi) rileva la posizione di tale punto. In base alla distanza cambia l’angolo di incidenza e quindi la posizione del punto luminoso sul ricevitore. L’array di fotodiodi viene letto da un microcontrollore integrato. In base alla distribuzione delle luce sull’array di fotodiodi, il controller calcola esattamente l’angolo e, in base a questo, calcola la distanza dall’oggetto. Tale distanza vene trasmessa alla porta seriale o convertita in una corrente di uscita proporzionale alla distanza. Il microcontrollore garantisce l’elevata linearità e precisione di misura. La combinazione di array di fotodiodi e microcontrollore consente la soppressione dei riflessi di disturbo restituendo così dati affidabili su superfici critiche. Il sensore si adatta a diversi colori modificando la sua sensibilità interna, condizione che lo rende pressoché indipendente in riferimento al colore dell’oggetto. Un’uscita digitale viene attivata se all’interno del range di misura non è presente alcun oggetto o se non viene ricevuta abbastanza luce per rilevare un oggetto correttamente se, ad esempio, il sensore è imbrattato. La possibile risoluzione e la precisione variano con la distanza. La stessa distanza Δd, che vicino al sensore provoca una variazione angolare elevata α1, a distanza ne provoca una molto più piccola α2 (vedi disegno). Questo comportamento non lineare viene corretto dal microcontrollore affinché il segnale di uscita si muova lineare alla distanza.

Prodotti: Sensori di distanza laser

Funzioni di misura

Misurazioni di distanza

In una misurazione della distanza, il sensore è immediatamente pronto all’uso e fornisce la distanza dal sensore all’oggetto. Il valore misurato può, ad esempio, essere impiegato per il posizionamento accurato degli oggetti o nella regolazione di un impianto. Facoltativamente è possibile parametrare un’uscita digitale.

Misurazioni di tolleranza

Se, ad esempio, occorre verificare la stabilità dimensionale degli oggetti, tramite l’apprendimento di un riferimento è possibile rilevare direttamente una misurazione di tolleranza e quindi lo scostamento dalla dimensione nominale. Anche in questo caso è possibile parametrare un’uscita digitale corrispondente.

Conformazioni del fascio

Oltre alle svariate dimensioni e portate, soprattutto la conformazione del fascio riveste un ruolo importante. La continua evoluzione consente a Baumer di offrire ora tre diverse conformazioni del fascio all’interno del suo portfolio con il nuovo principio di misurazione “multi-spot”:

Laser point

Misurazioni accurate di oggetti piccoli grazie allo spot laser focalizzato da < 0,4 mm.

Laser line

Misurazioni stabili su superfici ruvide e superfici strutturate cromaticamente grazie a una linea laser sottile < 10 mm.

Multi-spot

Misurazioni stabili con oltre 600 valori misurati su superfici molto ruvide o lucide in modo non omogeneo grazie a una linea laser estremamente lunga < 72 mm.

Campi di misurazione

I sensori di distanza a laser consentono una misurazione della posizione e della distanza altamente accurata con una risoluzione sotto un micrometro. Nella pratica, esistono tuttavia effetti di disturbo che possono ridurre la ripetibilità delle misurazioni ottiche della distanza. Con l’introduzione di campi di misurazione regolabili, i sensori di distanza a laser OM70 di Baumer consentono una ripetibilità in logo sensibilmente migliore provvedendo, quindi, a risultati di misurazione più affidabili e una sicurezza di processo superiore con operazioni di misura automatizzate.

Particolarità

Elevata immunità alla luce ambientale

Gli algoritmi efficienti, integrati nel sensore rendono i sensori di distanza a laser estremamente resistenti a sorgenti luminose esterne. Ciò garantisce un esercizio più robusto e sicuro dal punto di vista del processo.

Regolazione automatica dell’esposizione

I sensori di distanza ottici di Baumer si adattano automaticamente ai diversi colori degli oggetti e ai diversi livelli di luminosità modificando l’intensità di emissione ed ottimizzando la durata di esposizione. Questo li rende indipendenti dal fattore di riflessione di un oggetto. Sono possibili anche misurazioni su oggetti con una reflettività fino al 2%.

Synch-in/Attivazione

L’ingresso Synch-in consente di sincronizzare le misurazioni di diversi sensori. Con una misurazione dello spessore, è possibile attivare contemporaneamente due sensori nella modalità sincrona tramite l’ apposito ingresso. Nella modalità asincrona, invece, i diversi sensori a effetti reciproci di disturbo in un’applicazione vengono consapevolmente azionati in successione temporale.

Funzioni di filtro regolabili

L’attivazione dei filtri consente di ridurre il rumore del segnale di uscita e quindi di aumentare la risoluzione. Un filtro viene utilizzato anche per sopprimere gli errori di misurazione. L’uscita cambia solo dopo un numero definito di valori misurati. La frequenza di misurazione non viene influenzata da tale filtro, ma il tempo di risposta. La funzione di filtro può essere parametrata selezionando modalità di precisione predefinite.

Range di misura impostabili

Il range di misura può essere corretto dall’utente entro quello massimo con il tasto teach, tramite il cavo teach o dal display. L’uscita analogica dispone di una sua corsa completa all’interno di questo intervallo appreso e quindi presenta una precisione di misura superiore. L’impostazione di fabbrica e il range di misura massimo.

Uscita di commutazione configurabile

Un’uscita di commutazione deve attivarsi non appena un valore misurato definito viene superato o non raggiunto. Per un segnale di commutazione affidabile è possibile parametrare l’isteresi (differenza tra punto di commutazione e punto di reinserzione) assolutamente in millimetri. È garantito un esercizio sicuro dell’impianto indipendentemente dalla posizione dell’oggetto nel campo di misura.

Time of flight (misurazione della durata)

La misurazione della durata è un processo per la misurazione indiretta della distanza tramite misurazione del tempo necessario a un segnale per attraversare il tratto di misurazione. Nella pratica vuol dire che un trasmettitore invia un pacchetto di segnali che riflette sull’oggetto e viene ricevuto dal ricevitore. Nel sensore viene analizzata la durata e/o sfasatura e convertita in distanza. Con la tecnologia della durata è possibile rilevare oggetti su grosse distanze in modo preciso ed affidabile.

Sensori a sezione ottica multi-spot

L’innovativo principio di misurazione multi-spot di Baumer si basa sul processo di sezione ottica. Sulla base del principio di triangolazione, il raggio laser largo fino a 62 mm viene riprodotto su una matrice del ricevitore e vengono rilevate fino a 600 informazioni di distanza. L’analisi intelligente di tali informazioni avviene direttamente nel sensore che calcola la distanza risultante. Il sensore offre, grazie a una risoluzione di max 2 µm a una frequenza di misurazione di 500 Hz, risultati di misurazione eccezionalmente stabili ed accurati.

Prodotto: Sensori di bordo e di altezza – OX7

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