Czujniki konfokalne do pomiaru odległości i grubości

CZUJNIK KONFOKALNY - ZASADA POMIARU

 

Fot. 1. Budowa czujnika konfokalnego

Pomiar odbywa się przy użyciu kontrolera, przetwarzającego otrzymane wyniki z optyki, transmitowanych za pomocą światłowodu. Wiązka światła widzialnego, uzyskiwana z wbudowanego źródła LED wewnątrz kontrolera, skupiana jest na powierzchni przez optykę skonstruowaną z zestawu soczewek skupiających, tworzących system konfokalny.

Optyka ustawiona jest w taki sposób, że światło rozszczepiane jest na pojedyncze długości fal, dzięki którym w tej części widma, rozdzielane są i ponownie ustawiane ze względu na zjawisko aberracji chromatycznej. Każdy kontroler jest fabrycznie kalibrowany z konkretną optyką (istnieje możliwość przypisania 20 czujników do jednego kontrolera).

Podczas pomiaru fale światła o określonych długościach, odbite od powierzchni, wracają przez półprzepuszczalne lustro do kontrolera odczytującego obecną pozycję, określaną na światłoczułym elemencie elektroniki. Umożliwia on przetworzenie otrzymanych wartości na sygnał elektryczny i pozwala w prosty sposób określić odległość od interesującego nas obiektu.

BUDOWA SYSTEMU

 

Fot. 2. Pomiar poziomu napełnienia probówek metodą konfokalną

System konfokalny składa się z kontrolera i czujnika połączonych przewodem światłowodowym. Dzięki intuicyjnemu interfejsowi webowemu cały proces konfiguracji kontrolera i czujnika wykonywany jest bez dodatkowego oprogramowania.

Oferta czujników Micro-Epsilon zawiera modele o różnych wymiarach, zakresach pomiarowych i klasie dokładności. Za ich pomocą można mierzyć odległość w wąskich otworach i szczelinach i kontrolować grubość przezroczystych materiałów.

CECHY SPECJALNE

Kontroler zapewnia doskonały stosunek sygnału do zakłóceń i umożliwia wysoką precyzję pomiarową. Szybka kompensacja powierzchni reguluje czas naświetlania, aby uzyskać wysoką stabilność sygnału. W odróżnieniu od systemów wykorzystujących oscylujące soczewki, czujniki ConfocalDT się nie zużywają.

Czujniki są zaprojektowane do pomiarów pasywnych i nie potrzebują komponentów elektrycznych. Nie wydzielają ciepła, dzięki czemu mogą być stosowane w środowiskach wrażliwych na temperaturę. Unikalna zasada działania umożliwia wysoką precyzję pomiarów przemieszczenia i kontroli odległości - włączając w to powierzchnie rozpraszające i odbijające światło.

POMIAR GRUBOŚCI PRZEZROCZYSTYCH MATERIAŁÓW

 

Fot. 3. Jednostronny pomiar grubości szklanych butelek systemem konfokalnym

Metoda konfokalna umożliwia jednostronny pomiar grubości przezroczystych materiałów, takich jak szkło. Wartość grubości materiału jest uzyskiwana w rozdzielczościach rzędu nanometrów przy użyciu tylko jednego czujnika.

Kontroler zapewnia obszerną bazę danych materiałów z informacją o ich przenikalności, którą można edytować i rozbudowywać za pomocą interfejsu internetowego. Ocena do 6 wartości peak umożliwia pomiar obiektów wielowarstwowych, takich jak laminowane szkło, gdzie można wybrać odpowiedni materiał dla każdej warstwy.

POMIAR W OGRANICZONEJ PRZESTRZENI MONTAŻOWEJ

Miniaturowe czujniki realizują pomiary w ciasnych otworach o średnicy 4 mm, np. do kontroli wierconych otworów. Co więcej, wersja czujnika z optyką przystosowaną do pomiaru pod kątem 90° zmierzy najdrobniejszą strukturę wnętrza obiektu.

POMIAR POZIOMU NAPEŁNIENIA

 

Fot. 4. Systemy konfokalne confocalDT firmy Micro-Epsilon

Wiele procesów laboratoryjnych jest zautomatyzowanych, jednak zdarza się, że konieczne jest ręczne napełnianie probówek do testowania niewielkich partii preparatów czy też kontrola jakości poziomu napełnienia w zautomatyzowanym procesie przemysłowym. W takich badaniach niezwykle istotne jest sprawdzenie, czy w każdej z probówek została umieszczona właściwa ilość preparatu.

Pomiar cieczy w niewielkich, szklanych probówkach jest dużym wyzwaniem, jednak nie dla systemu konfokalnego, który jest wprost stworzony do takich zadań. Czujniki konfokalne w aplikacji pomiaru cieczy w probówkach laboratoryjnych kolejno mierzą zawartość każdej z probówek umieszczonych na płytce, a system sprawdza odległość pomiędzy czujnikiem a cieczą w każdej z nich z dokładnością do nanometrów.

Kontroler confocalDT 2451/2471 przetwarza dane z częstotliwością do 70 kHz. Kontroler jest wyposażony w interfejsy Ethernet, EtherCat, RS-422 oraz interfejsy analogowe.

Standardowe czujniki konfokalne mogą być przechylane, a także realizować pomiar pod kątem 90°, co oznacza, że mogą pracować z taką samą skutecznością, nawet jeżeli menisk płynu jest duży. Czujniki konfokalne mogą być stosowane do pomiarów różnego rodzaju cieczy. Dzięki niewielkim rozmiarom można zamocować kilka czujników równolegle do siebie, aby jednocześnie wykonywać kilka pomiarów.

Poza pomiarami cieczy innym ciekawym zastosowaniem dla tego czujnika jest pomiar grubości przezroczystej folii, tektury lub kilku warstw szkła np. w panelach solarnych czy szybach samochodowych. W przeciwieństwie do innych technik ta metoda pomiaru wymaga tylko jednego czujnika, dodatkowo w kontrolerze możliwe jest ustawienie pomiaru aż do sześciu warstw.

W pomiarze grubości analizowane są odbicia z centralnych punktów na przedniej i tylnej powierzchni obiektów. Czujniki mogą być również stosowane w obszarach niebezpiecznych lub zagrożonych wybuchem oraz w środowisku, w którym występuje promieniowanie elektromagnetyczne, a także w próżni.

Więcej przykładów zastosowań oraz szczegóły techniczne można znaleźć na stronie www.wobit.com.pl oraz pod numerem 61 222 74 10.

P.P.H. WObit E.K.J. Ober s.c.