wersja mobilna
Online: 675 Sobota, 2016.12.03

Temat miesiąca

Laserowe pomiary wielkości geometrycznych. Część 1: Czujniki laserowe

środa, 26 października 2011 11:40

Pomiary odległości między czujnikiem i detalem, na podstawie której wyznaczana jest długość, szerokość lub wysokość elementu, są w przemyśle, zwłaszcza wytwórczym, przeprowadzane powszechnie. Dzięki znajomości tych wielkości można wyeliminować wybrakowane produkty oraz w porę skorygować błędne ustawienia maszyn na etapie przygotowywania materiałów do produkcji, w jej trakcie, podczas montażu oraz w czasie kontroli jakości gotowych wyrobów.

Spis treści » Bezkontaktowe sensory odległości
» Czujniki laserowe
» Sensory laserowe - zalety
» I wady
» Parametry czujników triangulacyjnych
» Rozmiar plamki świetlnej
» Czujniki do powierzchni odblaskowych
» Detektory, długość fali
» Pokaż wszystko

Rys. 1. Odległość w czujnikach typu TOF jest wyznaczana na podstawie pomiaru czasu przelotu impulsów świetlnych między czujnikiem i obiektem

W pomiarach wielkości geometrycznych w przemyśle wykorzystywane są sensory kontaktowe oraz, w przypadku gdy zetknięcie się z wymiarowanym obiektem jest utrudnione, niemożliwe lub niepożądane - czujniki bezkontaktowe.

Te ostatnie są niezastąpione na przykład w pomiarach wymiarów części o małych rozmiarach lub łatwo ulegających uszkodzeniu - m.in. obiektów miękkich, odkształcających się pod wpływem dotyku, łamliwych lub o powierzchni podatnej na zarysowania.

Czujników kontaktowych nie stosuje się również, jeżeli w zetknięciu z detalem mogłyby zostać uszkodzone lub zabrudzone. Może tak się zdarzyć w przypadku wymiarowania obiektów gorących, mokrych, klejących się oraz świeżo pomalowanych lub polakierowanych.

BEZKONTAKTOWE SENSORY ODLEGŁOŚCI

Rys. 2. Czujnik triangulacyjny

W bezkontaktowych pomiarach odległości używane są czujniki wiroprądowe, pojemnościowe, ultradźwiękowe, rentgenowskie oraz optyczne. Elementem pomiarowym w tych pierwszych jest cewka, wokół której na skutek przepływu prądu powstaje pole magnetyczne.

Jeżeli w jego zasięgu znajdzie się obiekt przewodzący prąd elektryczny, są w nim indukowane prądy wirowe, które również stają się źródłem pola magnetycznego. W efekcie proporcjonalnie do odległości dzielącej sensor i metalowy detal zmienia się też natężenie prądu cewki czujnika, co jest analizowane w kontrolerze sensora.

Czujnik pojemnościowy stanowi z kolei para elektrod tworzących kondensator. Jeżeli między nimi pojawia się obiekt wykonany z przewodnika, powstaje układ dwóch szeregowo połączonych kondensatorów. Ich pojemność zależy od odległości dzielącej elektrody i detal.

W czujnikach ultradźwiękowych odległość ta wyznaczana jest natomiast na podstawie pomiaru czasu przelotu impulsów ultradźwiękowych między sensorem a detalem i po odbiciu od obiektu z powrotem do detektora. W czujnikach rentgenowskich wykorzystuje się w tym celu zjawisko tłumienia promieni X po przejściu przez mierzony obiekt.

Wymiar obiektu określa się w tym przypadku, porównując natężenie promieniowania źródła umieszczonego z jednej strony z natężeniem promieniowania zarejestrowanym w detektorze znajdującym się po przeciwnej stronie obiektu.

Do grupy sensorów optycznych zalicza się z kolei czujniki laserowe triangulacyjne i typu TOF (Time Of Flight) oraz czujniki konfokalne. W tych ostatnich odległość wyznacza się, analizując długość fali odbitego od obiektu światła polichromatycznego, wcześniej rozszczepionego w układzie optycznym czujnika.

CZUJNIKI LASEROWE

Rys. 3. Ognisko układu optycznego czujnika wyznacza środek zakresu pomiarowego

W sensorach typu TOF, podobnie jak w ultradźwiękowych, bezpośrednio mierzy się czas przelotu impulsu - w tym wypadku świetlnego - między czujnikiem i obiektem. Na tej podstawie z zależności: s = (c·t)/2, gdzie c - prędkość światła, a t to czas przelotu, oblicza się odległość s dzielącą sensor i wymiarowany detal.

Czujnik laserowy TOF (rys. 1) składa się z: lasera emitującego impulsy świetlne, detektora w postaci fotodiody PIN lub fotodiody lawinowej, wzmacniacza sygnału, układu pomiaru czasu oraz jednostki obliczeniowej. Odmianą czujników TOF są sensory fazowe (Phase-Shift TOF), w których wykorzystuje się wiązkę lasera modulowaną sygnałem o częstotliwości f.

Czas przelotu promienia świetlnego między detalem i detektorem oblicza się w tym typie sensorów na podstawie pomiaru przesunięcia fazowego Δφ wiązki odbitej, korzystając z formuły: t = Δφ / (2·π·f). Odległość dzielącą detal i czujnik wyraża wówczas wzór: s = (c·Δφ) / (4·π·f).

Główne komponenty sensorów triangulacyjnych to z kolei: źródło światła, układ optyczny i detektor (rys. 2). Promień lasera po przejściu przez układ soczewek w głowicy czujnika pada na wymiarowany detal. Obraz (A1) plamki świetlnej A wyświetlanej na powierzchni obiektu jest następnie rejestrowany w detektorze.

Na podstawie położenie punktu A1 wyznaczany jest kąt padania wiązki odbitej, co pozwala obliczyć odległość między czujnikiem i obiektem w oparciu o odpowiednie zależności trygonometryczne. Gdy dystans ten zmienia się, również obraz plamki świetlnej w detektorze ulega proporcjonalnemu przesunięciu (punkty B1 i B na rys. 2).

Pomiary wielkości geometrycznych w przemyśle - przykłady

Przykładem wykorzystania czujników laserowych w pomiarach wielkości geometrycznych w przemyśle jest wyznaczanie średnicy bel, w które zwijane są materiały. Znajdują też zastosowanie w kontroli dokładności wykonania różnych detali wycinanych na przykład w drewnie lub w metalu.

Porównując ich wymiary ze wzorcem, można wykryć zniekształcenia powierzchni (wybrzuszenia, wypukłości, niewspółśrodkowość). Laserowe sensory odległości są również używane do monitorowania przebiegu procesu montażu układów scalonych oraz nanoszenia warstw kleju, lakieru lub farby. W tym drugim wypadku są wykorzystywane na przykład do pomiaru szerokości lub grubości nanoszonego spoiwa lub materiału.

W ramach linii automatycznego spawania lub zgrzewania czujniki laserowe dostarczają z kolei informacji pozwalających wykryć brakujące spawy lub zgrzewy, podwójne spoiwa oraz sprawdzić ich grubość, szerokość i położenie. W ten sposób zapobiega się dalszej obróbce wybrakowanych wyrobów.

Pomiary grubości są również przeprowadzane w ramach linii walcowania, gdzie umożliwiają sprawdzenie dokładności wykonania powierzchni arkuszy blach używanych m.in. do produkcji obudów AGD lub w przemyśle motoryzacyjnym.

Czujniki laserowe pozwalają w takim przypadku wykryć nierównomierności i zafalowania, które mogą w czasie walcowania powstawać na brzegach materiału. Sensory laserowe są też niezbędnym elementem wyposażenia linii produkcyjnych w przemyśle spożywczym. Są tam wykorzystywane m.in. do kontroli rozmiaru i kształtu wyrobów, na przykład ciastek przed ich wypiekiem, dzięki czemu zawczasu można oddzielić wyroby wybrakowane.

Odzyskany w ten sposób surowiec może być wykorzystany ponownie. W produkcji wielu produktów spożywczych kluczowa jest ponadto grubość ciasta, z którego później formowane są na przykład ciastka lub placki na pizzę. Wybiórcza kontrola gotowych produktów nie jest optymalnym rozwiązaniem, ponieważ przy wadliwych ustawieniach maszyny może zostać wyprodukowana spora partia produktów.

Lepiej sprawdza się ciągła kontrola z wykorzystaniem czujników odległości na przykład zamontowanych nad i pod przesuwającym się na rolkach ciastem, dzięki której praca urządzeń jest na bieżąco korygowana. Czujniki grubości są też instalowane w obrębie linii porcjowania lub cięcia na plasterki przykładowo mięsa, sera lub chleba.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

2016-12-02   |
Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

Nowe poliestrowe przywieszki do kabli B-7598 firmy Brady zaprojektowano do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych. Po zadruku taśmą barwiącą R-6000 zapewniają one odporność na promieniowanie UV, ekstremalnie wysokie i niskie temperatury, pył, deszcz i środki chemiczne.
czytaj więcej

Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

2016-12-02   |
Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) powiększa ofertę komputerów przemysłowych rodziny SEL-3360 o nowy model z sufiksem "E" różniący się od wcześniejszych modeli dwoma wbudowanymi slotami dla kart PCI. Jest to komputer bezwentylatorowy o szerokim dopuszczalnym zakresie temperatur pracy od -40 do +75°C, odporny na wyładowania ESD do 15 kV i udary mechaniczne do 15 g.
czytaj więcej

Nowy numer APA