Bezkontaktowe czujniki optyczne do pomiaru odległości i przemieszczenia

W ofercie WObit dostępne są czujniki optyczne firmy Micro-Epsilon o różnych zasadach działania, w tym czujniki triangulacyjne, skanery laserowe, czujniki czasu przelotu światła oraz czujniki konfokalne. Najpopularniejszym rozwiązaniem z wymienionych wcześniej są czujniki triangulacyjne. Służą one do bezkontaktowego pomiaru przemieszczenia oraz pozycji i wykorzystują zasadę triangulacji optycznej.

Metoda ta polega na obliczaniu odległości badanego obiektu używając twierdzenia sinusów. Wiązka światła jest generowana przez nadajnik, następnie jest odbijana od powierzchni obiektu podlegającego pomiarowi i trafia na światłoczułą matrycę odbiornika, gdzie jest przetwarzana w czasie rzeczywistym.

Do zalet tej metody zaliczyć można duży zakres pomiarowy - czujnik może być umieszczony w większej odległości od obiektu i mieć bardzo małą plamkę pomiarową. Rozdzielczość i dokładność pomiarów jest bardzo wysoka aż do 0,0015% F. S.O. Do zastosowań w szybkich procesach odpowiednie są czujniki z serii optoNCDT2300 charakteryzujące się wysoką częstotliwością pomiarów do 49,02 kHz.

Ta sama zasada pomiarowa stosowana jest w skanerach laserowych, jednak zamiast punktu pomiarowego nadajnik skanera generuje linijkę laserową, na którą składa się do 1280 punktów/profil. Dodatkowo wraz z informacją o odległości (oś z), kontroler na podstawie obrazu z kamery CCD oblicza również rzeczywistą pozycję wzdłuż linii lasera (oś x) i wysyła obie wartości do dwuwymiarowego układu współrzędnych czujnika.

Przy poruszających się obiektach lub przy przemieszczaniu czujnika w określony sposób możliwe jest uzyskanie trójwymiarowego obrazu. W ofercie WObit dostępne są trzy klasy produktów scanCONTROL przeznaczonych do różnorodnych aplikacji. Seria Compact to standardowe skanery o szybkości pomiarów do 200 Hz i maksymalnej rozdzielczości do dwóch mikrometrów.

Do bardzo szybkich pomiarów przeznaczona jest seria High Speed charakteryzująca się, jak nazwa wskazuje, wysoką częstotliwością pomiarową do 4 kHz. Do wymagających aplikacji przeznaczona jest seria Smart, która jest wstępnie zaprogramowana do danego zadania lub podstawowych zadań pomiarowych. Główny akcent w serii Smart położony jest na uzyskiwanie specjalnych wyników pomiarów np. szerokości oraz wysokości szczeliny na podstawie oceny profilu. Skanery wykorzystywane są przede wszystkim do pomiarów geometrycznych oraz w kontroli jakości.

Firma Micro-Epsilon przygotowała również skanery z niebieskim laserem, przeznaczone głównie do pomiarów czerwonych, gorących metali, jak również elementów transparentnych i materiałów organicznych. Mniejsza długość fali niebieskiego lasera gwarantuje większą stabilność pomiarów. Skanery laserowe scanCONTROL BL mają tak samo doskonałą charakterystykę jak seria scanCONTROL, która wykorzystuje czerwoną diodę laserową.

Do pomiarów na dużych dystansach przeznaczone są czujniki czasu przelotu światła z serii ILR. Nadajnik generuje wiązkę laserową i jednocześnie rozpoczyna pomiar czasu, jaki upłynie od tego momentu do odbicia się impulsu od mierzonego obiektu i jego powrotu do odbiornika. Odbiornik porównuje przesunięcie fazy nadanego sygnału z odebranym, dzięki czemu można dokładnie obliczyć odległość.

Zasięg może być mierzony w oparciu o prędkość światła i okres mierzonego czasu. W zależności od aplikacji i wymaganego zakresu pomiarowego czujniki działają na rozproszonych powierzchniach odbijających światło lub na specjalnych lustrach odblaskowych. Mogą być stosowane w różnorodnych aplikacjach takich jak pomiar szerokości paczek na liniach transportowych, wymiarowanie opakowań, pomiar poziomu materiałów sypkich, odległości palet od czujnika, wyznaczanie ilości materiału nawiniętego na rulon czy pomiar długości ścian budynków.

Jedną z ciekawszych aplikacji, w której użyto czujników ILR1181, jest pomiar odległości w hucie stali. Czujnik został zamontowany na wózku (wagonie) służącym do transportu materiału wsadowego (tzw. wstępniaka) z pieca do prasy kuźniczej. Służy on do precyzyjnego określenia odległości wózka od pieca oraz prasy kuźniczej podczas przewożenia wstępniaka. Ze względu na trudne warunki zewnętrzne (wysoka temperatura) czujnik został zabudowany w osłonie termicznej. Zastosowany czujnik ma zakres pomiarowy do 30 m i liniowość 2 mm.

Do czujników optycznych, w ofercie WObit zaliczają się również czujniki konfokalne, które realizują pomiar w oparciu o zasadę konfokalno-chromatyczną. Wykorzystuje ona właściwość rozpraszania światła białego na różne długości fali przez soczewkę lub układ optyczny czyli tzw. aberrację chromatyczną. System pomiarowy confocalDT składa się z kontrolera ze źródłem światła LED i czujnika.

Czujnik jest połączony z kontrolerem przez światłowód na dystansie maksymalnie do 50 m. Odległość punktu ogniskowej jest zróżnicowana z powodu aberracji chromatycznej optyki czujnika. W sterowniku do każdej długości fali przypisana jest pewna odległość. Światło odbite od powierzchni pomiarowej jest przekazywane do optyki odbiornika, gdzie oceniana jest spektralna intensywność rozproszonego światła. Ta unikalna metoda pomiaru pozwala z najwyższą precyzją mierzyć przemieszczenie i odległość. Możliwy jest pomiar zarówno transparentnych, jak i lustrzanych powierzchni.

Przy użyciu jednego czujnika można zrealizować jednostronny pomiar grubości przezroczystych materiałów lub zmierzyć przestrzeń między wieloma przezroczystymi warstwami wraz z jednoczesnym pomiarem odległości. Czujniki te sprawdzają się doskonale w pomiarach poziomu cieczy np. w probówkach laboratoryjnych.

Innym ciekawym zastosowaniem 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.

P.P.H. WObit E.K.J. Ober s.c.
www.wobit.com.pl