Laserafstandssensoren, ook wel laserafstandsmeters genoemd, zijn optische afstandsmeters. Ze kunnen de afstand tot een bepaald object meten met behulp van een niet-invasieve laserstraal.
Laserafstandsmeters kunnen ook werken als naderingssensoren om objecten binnen een bepaald bereik te detecteren.
In dit artikel zullen we het hebben over laser afstandssensoren, hun werkingsprincipe en bekijk enkele modellen van enkele van de meest populaire fabrikanten.
Wat is een laserafstandssensor en hoe werkt het?
Laserafstandssensor is een apparaat dat een laserstraal gebruikt om de afstand tot een object te bepalen. Ze zijn ook bekend als laserafstandsmeters, laserafstandsmeters en lasertelemeters.
Er zijn een paar manieren om de afstand te meten, zoals:
- Time-of-Flight-principe
- Triangulatie en soortgelijke technieken
Het time-of-flight principe is de meest voorkomende vorm van opereren. In deze bedrijfsmodus wordt een puls van een laserstraal naar het meetobject gestuurd. Deze bundel wordt versmald met behulp van een lenssysteem.
Wanneer de straal het object raakt, wordt deze vanaf het oppervlak teruggekaatst naar de sensor. De sensor meet de tijd die de straal nodig heeft om naar het doel te reizen en terug te keren.
In veel gevallen bevat de sensor zelf een speciale signaalprocessor om de timing te berekenen en de afstand tussen het object en de sensor te bepalen.
De triangulatiemethode gebruikt de hoek van de gereflecteerde straal om de afstand van het object te bepalen. Dit staat ook wel bekend als verplaatsing techniek. Dit soort sensoren gebruiken een continue straal in plaats van pulsen. De hoek van de gereflecteerde bundel verandert zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:
De verandering in de hoek van de gereflecteerde bundel is evenredig met de afstand tot het object. Het lichtontvangende element bestaat uit een reeks lichtsensoren die de positie van de ontvangen bundel kunnen bepalen.
Afstandssensoren versus naderingssensoren
Het belangrijkste verschil tussen afstands- en naderingssensoren is dat de naderingssensoren de afstand tot een object niet direct kunnen berekenen. Nabijheidssensoren activeren hun output als ze een object binnen hun zangbereik detecteren.
Dit kan ook worden gebruikt om de marginale afstand tot het object te bepalen, maar het is niet nauwkeurig.
Afstandssensoren berekenen de werkelijke afstand tot het doel door gebruik te maken van verschillende principes zoals time-of-flight en triangulatie. In zekere zin kunnen afstandssensoren ook functioneren als naderingssensoren, maar niet andersom.
Afstandssensoren hebben meestal ook een veel groter detectiebereik (enkele centimeters tot een paar honderd meter) dan naderingssensoren.
Hoe nauwkeurig zijn laserafstandssensoren?
Laserafstandssensoren hebben een typische nauwkeurigheid van +/- 1 mm en kunnen afstanden meten van 0.5 tot 150 m. De nauwkeurigheid wordt aangegeven als 'nauwkeurig +/- x.xx% procent van het bereik van de sensor.
Door de extreem hoge lichtsnelheid kunnen laserafstandssensoren nauwkeurig afstanden meten van enkele millimeters tot honderden of zelfs duizenden meters.
Dit wordt echter ook een nadeel bij het meten van afstanden van minder dan een millimeter, aangezien de signaalprocessors mogelijk niet snel genoeg zijn om de informatie te verwerken.
Waar worden laserafstandssensoren voor gebruikt?
Laserafstandssensoren worden gebruikt om afstanden tot objecten te meten zonder fysiek contact. Ze worden gebruikt in toepassingen zoals productie, kwaliteitscontrole en procesbewakingstoepassingen.
In de automobielindustrie worden lasersensoren gebruikt om componenten nauwkeurig in een samenstel te plaatsen. Ze worden ook gebruikt om de toleranties in componenten te meten om ervoor te zorgen dat ze binnen het acceptabele bereik liggen.
In procesbewakingstoepassingen worden lasersensoren gebruikt om het materiaalniveau te bewaken. Lasersensoren hebben geen moeite met het detecteren van niet-transparante en rustende vloeistoffen en vast materiaal die de laserstraal niet afbuigen.
Dit is met name handig in de voedings- en chemische industrie, omdat het noodzakelijk is om contactloze meettechnieken te gebruiken.
Wat is het bereik van lasersensoren?
Afhankelijk van het type en de emissie-intensiteit van de straal, kunnen lasersensoren een bereik hebben van 50 cm tot 300 m. Er bestaan ook krachtigere lasersensoren die afstanden tot duizenden meters kunnen meten. De ILR-RF250 van Micro-epsilon kan bijvoorbeeld afstanden tot 3000 meter meten.
Infraroodafstandssensoren: basiskennis en werkingsprincipe
Infrarood afstandssensoren zijn ook een soort optische afstandssensoren. Het verschil tussen de laserafstandssensoren en de infraroodsensoren is dat de lasersensor de time-of-flight-methode of triangulatiemethode gebruikt, terwijl de infraroodsensor de intensiteit van het gereflecteerde licht gebruikt.
Net als andere optische sensoren hebben infraroodsensoren ook een lichtzenderelement (een IR-led) en een ontvangstelement (infraroodfotodiode) op de sensor.
De zender zendt continu een IR-straal uit naar het object. Afhankelijk van het oppervlak van het object reflecteert het de IR-straal geheel of gedeeltelijk.
De IR-ontvanger meet vervolgens de intensiteit van de gereflecteerde straal en verandert de weerstand proportioneel. Deze uitgang van de sensor is deze weerstand, omgezet in een spannings-/stroomsignaal.
IR-afstandssensoren worden beïnvloed door infraroodbronnen zoals gloeilampen of zelfs zonlicht. Ze zijn ook luidruchtiger dan laserafstandssensoren.
Vanwege hun lage implementatiekosten worden IR-afstandssensoren echter veel gebruikt als nabijheidssensoren en voor kleine, geschatte afstandsmetingen waarbij nauwkeurigheid geen groot probleem is.
Review over Baumer: Laserafstandssensoren - Afstandssensoren met hoge nauwkeurigheid
Baumer biedt een breed scala aan optische laserafstandsmeetsensoren die aan elke eis kunnen voldoen. Hun hoogwaardige reeks afstandssensoren heeft een reeks zeer nauwkeurige sensoren op korte afstand: de OM70-P/L serie laser afstandssensoren.
Deze reeks zeer nauwkeurige sensoren heeft een lineaire fout van slechts 0.06% en werkt goed in het standaard meetbereik van 30-70.
Hun nauwkeurigheid van 0.7-1 µm en respons van 0.8 ms maken ze ideaal voor zeer nauwkeurige meettaken zoals: controle van de maatnauwkeurigheid en tolerantiemetingen.
De sensoren worden geleverd met standaardopties zoals analoge en instelbare hysterese digitale push-pull-schakeluitgang, breder bedrijfsspanningsbereik (15-28VDC) en beveiliging tegen omgekeerde polariteit, samen met beschermingsgraad (IP).
Afgezien van de digitale en analoge uitgangen, ondersteunen sommige modellen ook industriestandaard digitale communicatieprotocollen zoals Profinet (Klasse B), Modbus TCP, OPC UA, UDP-streaming via de TCP/IP-interface.
Review over ifm: laserafstandssensoren – korte afstand
Ifm heeft 3 families korte afstand lasersensoren: OPD, OGD en O6. OPD- en OGD-serie sensoren hebben een bereik van 0-300 mm, terwijl de O6-serie een korter bereik van 100 mm heeft.
OPD en OGD zijn de mainstream laserafstandssensoren en O6 is een diffuse reflectie type objectdetectiesensorfamilie met extra optie voor afstandsmeting.
De OPD-serie sensoren zijn speciale profielsensoren die kunnen worden gebruikt bij inline kwaliteitscontrole van assemblages. Ze zijn eenvoudig te configureren zonder extra software met behulp van het ingebouwde teach-in-mechanisme.
Ze gebruiken de IO-Link-communicatie-interface samen met configureerbare PNP/NPN-uitgangen om signaaluitgangen en metingen te leveren. Sensoren uit de OPD-serie zijn ook immuun voor extern licht. Ze hebben een bereik van 150-300 mm met een nauwkeurigheid van 0.5 mm
De OGD-serie gebruiken het time-of-flight principe en hebben een bereik van 25-300 mm met een bemonsteringsfrequentie van 33 Hz.
Deze serie heeft een nauwkeurigheid van 1-2 mm en geeft afstandsinformatie via de IO-Link-interface. Sommige modellen hebben ook een ingebouwd 2-kleuren LCD-scherm dat de afstandswaarden aangeeft.
Alle families hebben ondersteuning voor IO-Link-communicatie-interfaces en digitale/analoge uitgangen. OPD- en OGD-families hebben optionele LCD-displayfuncties voor eenvoudig inleren en meetweergave.
Deze sensoren werken met 10-30V DC en hebben een beveiliging tegen omgekeerde polariteit en een IP 65/67-classificatie op geselecteerde modellen.
Review over Micro-Epsilon: laserafstandssensoren - lange afstand
Micro-epsilon heeft hun optoNCDT ILR line-up van sensoren met extreem hoge meetafstanden. Hun sensoren van het type lasermeter meten tot 10 meter, terwijl het type laserafstand afstanden van 0.5 m tot 3000 m kan meten.
Deze sensoren gebruiken de time-of-flight principe en hebben de volgende belangrijke kenmerken in de ILR103/118/1191-serie sensoren:
- 2 kHz bemonsteringsfrequentie
- 5-3000m meetbereik (ILR-RF250)
- Configureerbare PNP/NPN-uitgangen
- Instelbare schakelpunten en hysterese
- RS232, 422 seriële interface
- RS485 ProfiBus-ondersteuning
- 10-30VDC werking
- IP67 vocht-/stofbescherming
- Meerdere bewerkingstypes: enkelvoudig, continu, extern getriggerd, snelheidsmeting
Review keyence: Laser verplaatsingssensoren
Laserverplaatsingssensoren zijn een meer geavanceerde, verbeterde versie van laserafstandssensoren.
Ze voelen de verplaatsing van een object met behulp van een techniek genaamd triangulatie. In tegenstelling tot het enkele ontvangerelement in time-of-flight-sensoren, gebruiken ze een positiegevoelig apparaat (PSD) om de afbuiging van de ontvangen straal te detecteren.
Keyence heeft een groot aantal laserverplaatsingssensoren die geschikt zijn voor toepassingen met hoge snelheid en hoge nauwkeurigheid. Hun confocale verplaatsingssensoren uit de CL-3000-serie zijn ideaal voor compacte toepassingen.
Hun signaalverwerkingselektronica is gescheiden van detectie-/emitterende elementen, wat een eenvoudigere installatie op afgelegen locaties met beperkte ruimte mogelijk maakt.
In de categorie ultrasnelle, hoge nauwkeurigheid heeft Keyence hun LK-G5000 serie triangulatie verplaatsingssensoren met slechts 0.02% lineariteitsfout en 0.005um herhaalbaarheid. Deze sensoren hebben een maximale bemonsteringsfrequentie van 393 kHz voor het detecteren van zelfs de kleinste trillingen en hogesnelheidsdoelen.
De sensoren uit de LT-9000-serie bieden mogelijkheden voor oppervlaktescanning met een zeer smalle bundel van 2 um. Deze sensoren zijn ideaal voor het scannen van objectoppervlakken op imperfecties en andere afwijkingen.
Ze hebben een ingebouwde camera voor het vastleggen van afbeeldingen van het oppervlak om de meetlocatie te identificeren en eenvoudige uitlijningsopties te bieden.
Conclusie
Laserafstandssensoren zijn contactloze optische sensoren die worden gebruikt om afstanden tot op de millimeter nauwkeurig te meten. Door de constante snelheid van de laserstraal produceren laserafstandssensoren uiterst nauwkeurige en herhaalbare metingen.
Een laserafstandssensor van industriële kwaliteit kan tussen $ 30 en $ 2000 kosten, afhankelijk van de beschikbare functies.
