Detektory, długość fali

CZUJNIKI DO POWIERZCHNI ODBLASKOWYCH

Rys. 8. Czujnik o konstrukcji zmodyfikowanej do pomiaru obiektów o powierzchni odblaskowej

Wybierając czujniki, uwzględnić należy też specyfikę powierzchni wymiarowanych obiektów. Problemem są szczególnie takie, które charakteryzuje duża refleksyjność. Pomiar odległości od obiektów o powierzchni tego typu jest w przypadku czujnika laserowego w konfiguracji jak na rysunku 2 niemożliwy.

Promień lasera, padając na taką powierzchnię po odbiciu padałby bowiem nie na detektor, ale z powrotem do punktu wyjścia. Rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie czujnika o konstrukcji zmodyfikowanej jak na rysunku 8. Promień lasera jest w nim kierowany na detal pod odpowiednim kątem, tak by po odbiciu od jego powierzchni padał wprost na detektor.

W przypadku czujników laserowych problemem jest też duża zmienność kolorów, a tym samym refleksyjności powierzchni wymiarowanego obiektu. W takim wypadku najlepszym rozwiązaniem jest wykorzystanie czujnika, w którym zaimplementowano rozwiązanie kompensujące wpływ zmian odblaskowości na dokładność pomiaru. Najczęściej polega to na zastosowaniu układu regulacji mocy lasera dostosowywanej do właściwości aktualnie mierzonej powierzchni.

Bezpieczeństwo użytkowania laserów

Skóra i oczy narażone na bezpośrednie oddziaływanie wiązki lasera mogą zostać poważnie uszkodzone. W przypadku skóry promieniowanie laserowe, wnikając w tkanki, powoduje oparzenia, przyspiesza jej starzenie, może również wywołać chorobę nowotworową.

Naświetlenie narządu wzroku również powoduje poparzenia, uszkodzenia tkanek oraz w wyniku powikłań różne choroby oczu. Dlatego pracując z urządzeniami zawierającymi laser, trzeba stosować odpowiednie środki bezpieczeństwa.

Dobierając je, należy opierać się na informacji o potencjalnym zagrożeniu przekazywanej przez producenta urządzenia, który powinien je odpowiednio oznakować. W tym celu laser wykorzystywany w danym urządzeniu należy przypisać do jednej z następujących klas bezpieczeństwa:

1 - lasery bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy,
1M - lasery emitujące promieniowanie o długości fali 302,5nm - 4000nm, mogą stanowić zagrożenie w przypadku patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne,
2 - lasery emitujące promieniowanie widzialne o długości fali 400nm - 700nm, w ich przypadku ochrona oka jest zapewniana przez instynktowne reakcje obronne (na przykład mruganie),
2M - jak lasery należące do klasy 2, z tym że patrzenie w ich wiązkę przez przyrządy optyczne może być niebezpieczne,
3R - lasery o długości fali promieniowania 302,5nm - 10⁶nm, bezpośrednie patrzenie w ich wiązkę jest niebezpieczne,
3B - lasery niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania, zagrożenia nie stanowią odbicia rozproszone
4 - lasery, które są źródłem także niebezpiecznych odbić rozproszonych.

Lasery używane w czujnikach odległości najczęściej zaliczane są do klasy 2.

DETEKTORY, DŁUGOŚĆ FALI

Rys. 9. Detektor PSD to przetwornik fotorezystancyjny, w którym położenie plamki świetlnej określa się na podstawie sygnałów prądowych na wyjściach układu

Warto też sprawdzić, jaki typ detektora wykorzystano w danym modelu czujnika. Najczęściej jest to albo światłoczuła matryca CMOS lub CCD, albo detektor PSD (Position Sensing Detector). Ten drugi wykonuje się jako przetwornik fotorezystancyjny, w którym położenie plamki świetlnej określa się na podstawie sygnałów prądowych na wyjściach detektora (rys. 9).

Jeżeli plamka znajduje się w środku detektora, natężenia prądów przetwornika są równe. W miarę przesuwania się plamki w kierunku krawędzi detektora jego prądy wyjściowe zmieniają się proporcjonalnie. Zaletą detektorów PSD jest krótki czas odpowiedzi, natomiast przetworniki CCD są dokładniejsze.

W przeciwieństwie do PSD matryce CCD są też niewrażliwe na zmianę natężenia padającego na nie światła na przykład na skutek zmiany koloru powierzchni lub jej tekstury. W specyfikacjach czujników laserowych producenci z reguły zamieszczają też informację o długości fali promieniowania lasera (kolorze światła).

Chociaż nie ma ona wpływu na dokładność lub inne znaczące parametry czujnika, w praktyce lepiej, gdy laser emituje promieniowanie w zakresie widzialnym (najczęściej jest to światło czerwone).

Oprócz tego, że operator może wówczas wizualnie stwierdzić, że laser jest włączony, łatwiej może też wychwycić wszelkie nieprawidłowości w działaniu lub ustawieniu czujnika. Barwa światła lasera może mieć jednak znaczenie w pewnych zastosowaniach.

Na przykład w przypadku pomiarów powierzchni żarzących się czujnik z czerwoną plamką świetlną nie jest odpowiedni i lepiej wykorzystać sensor z laserem emitującym promieniowanie o kolorze niebieskim (patrz ramka z przykładami czujników).

Monika Jaworowska

W drugiej części artykułu przedstawimy najpopularniejsze konfiguracje układów pomiarowych z czujnikami laserowymi wykorzystywanymi w pomiarach wielkości geometrycznych oraz wskazówki praktyczne na temat ich realizacji.