Laserowe czujniki optyczne

Dlaczego warto stosować czujniki laserowe?

Wąska, skupiona plamka lasera pozwala wykrywać bardzo małe obiekty oraz krawędzie z dużą powtarzalnością, a także „sięgnąć” wiązką do miejsc niedostępnych dla klasycznych czujników. Pozwala to skrócić czas instalacji czujnika w gęsto zabudowanych systemach automatyki przemysłowej.

Poza tym bezkontaktowa detekcja ogranicza zużycie i błędy wynikające z histerezy elementów mechanicznych, a to oznacza stabilną pracę czujnika w długim okresie.

Jak działają czujniki laserowe?

Laserowe czujniki optyczne działają jako bezkontaktowe układy pomiarowo–detekcyjne, które emitują wiązkę lasera i analizują światło powracające z obszaru pomiarowego. W zależności od zastosowanej metody i architektury mogą na tej podstawie wyznaczyć odległość lub wykryć obiekt.

W praktyce używane są dwa główne mechanizmy pomiarowe (triangulacja i ToF) oraz trzy podstawowe architektury: odbiciowa, refleksyjna i barierowa.

​Metody pomiaru odległości

• Triangulacja: źródło światła laserowego rzutuje punkt lub linię na obiekt, a detektor (np. matryca CMOS/CCD lub PSD) "obserwuje" odbitą plamkę. Zmiana odległości obiektu powoduje przewidywalne przesunięcie plamki przeliczane przez czujnik na odległość. Metoda zapewnia bardzo wysoką rozdzielczość i czułość przy pomiarach na niewielkich odległościach.
• Time of Flight (ToF): nadajnik emituje impuls świetlny, a czujnik mierzy czas jego powrotu po odbiciu od obiektu i na tej podstawie wylicza odległość. Metoda ToF doskonale sprawdza się przy pomiarze większych odległości.

​Architektury detekcji laserowych czujników fotoelektrycznych

• Odbiciowe: znajdujące się w jednej obudowie emiter i odbiornik analizują światło odbite od obiektu. Rozwiązanie przeznaczone dla stanowisk o ograniczonej przestrzeni montażowej.
• Refleksyjne: układ wykorzystuje oddzielny reflektor (odbłyśnik), a czujnik jest uaktywniany w wyniku przerwania wiązki powrotnej. Rozwiązanie stosowane w bramkach kontrolnych i wykrywania obiektów znajdujących się w większej odległości.
• Barierowe (bariery optyczne): nadajnik i odbiornik są rozdzielone i umieszczane po dwóch stronach obszaru. Detekcja następuje po przerwaniu wiązki światła lasera.

Wspólnym mianownikiem metod pomiaru i architektur jest precyzyjna optyka i kalibracja: czujnik emituje wiązkę o znanych parametrach, rejestruje sygnał powrotny w detektorze i przelicza go w czasie rzeczywistym na informację pomiarową. Czasami z zastosowaniem filtracji tła i ekspozycją dostosowanymi do powierzchni obiektu.

Przykładowe zastosowania

• Kontrola obecności i prawidłowego ułożenia detali w zastosowaniach przemysłowych,
• Zliczanie elementów na liniach produkcyjnych,
• Pomiar odległości/offsetu w prowadzeniu wizyjnym,
• Inspekcja i kontrola jakości krawędzi i szczelin,
• Monitorowanie obiektów przez wąskie szczeliny na maszynach pakujących.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są wady czujników laserowych?

Czujniki laserowe, jak wszystkie czujniki optyczne, są wrażliwe na pył, zadymienie, wilgoć i zanieczyszczenie układu optycznego. Dlatego wymagają regularnej konserwacji i odpowiedniego ekranowania strefy pomiaru.

W pewnych warunkach na dokładność pomiaru mogą mieć wpływ także silne światło, odbicia lub bardzo błyszczące powierzchnie. Dlatego istotny jest przemyślany wybór technologii (triangulacja vs ToF), a także stosowanie filtrów.

Co to jest laserowy czujnik odległości i do czego służy?

Laserowy czujnik odległości mierzy odległość do obiektu wykorzystując metodę triangulacji lub pomiaru czasu przelotu impulsu. Czujniki te umożliwiają precyzyjną kontrolę położenia, ale także pomiar wysokości, grubości lub pozycji detali w systemach automatyki. Stosuje się je m.in. do ustawiania offsetu narzędzi, pomiaru ugięcia, prowadzenia krawędzi, kontroli położenia elementów linii i w systemach zrobotyzowanych.

Jak działają czujniki laserowe?

W układach triangulacyjnych odległość obliczana jest na podstawie zmiany położenia plamki lasera wynikającej z przesunięcia obiektu. „Obserwowane” przez detektor przesunięcie plamki przeliczane jest przez czujnik na odległość w oparciu o znaną geometrię toru optycznego. Metoda pozwala uzyskać bardzo wysoką rozdzielczość na krótkich dystansach.

W układach ToF dystans liczony jest na podstawie czasu przelotu impulsu pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Metoda ta umożliwia dokładne pomiary na dużych odległościach.