Sensores de distância a laser, também conhecidos como telêmetros a laser, são dispositivos ópticos de medição de distância. Eles podem medir a distância até um determinado objeto usando um feixe de laser não invasivo.
Os medidores de distância a laser também podem funcionar como sensores de proximidade para detectar objetos dentro de um determinado intervalo.
Neste artigo, discutiremos sobre sensores de distância a laser, seu princípio de funcionamento e analise alguns modelos de alguns dos fabricantes mais populares.
O que é um sensor de distância a laser e como ele funciona?
O sensor de distância a laser é um dispositivo que usa um feixe de laser para determinar a distância a um objeto. Eles também são conhecidos como telêmetros a laser, medidores de distância a laser e telêmetros a laser.
Existem algumas maneiras de medir a distância, como:
- Princípio do tempo de voo
- Triangulação e técnicas semelhantes
O princípio do tempo de voo é a forma mais comum de operação. Neste modo de operação, um pulso de feixe de laser é enviado para o objeto de medição. Este feixe é reduzido usando um sistema de lentes.
Quando o feixe atinge o objeto, ele é refletido da superfície de volta para o sensor. O sensor mede o tempo que o feixe leva para viajar até o alvo e retornar.
Em muitos casos, o próprio sensor contém um processador de sinal dedicado para calcular o tempo e determinar a distância entre o objeto e o sensor.
O método de triangulação usa o ângulo do feixe refletido para determinar a distância do objeto. Isso também é conhecido como técnica de deslocamento. Esses tipos de sensores usam um feixe contínuo em vez de pulsos. O ângulo do feixe refletido muda conforme mostrado na imagem abaixo:
A mudança no ângulo do feixe refletido é proporcional à distância ao objeto. O elemento receptor de luz consiste em uma série de sensores de luz que podem determinar a posição do feixe recebido.
Sensores de distância vs sensores de proximidade
A principal diferença entre os sensores de distância e proximidade é que os sensores de proximidade não podem calcular diretamente a distância de um objeto. Os sensores de proximidade ativam sua saída se sentirem um objeto dentro de seu alcance de canto.
Isso também pode ser usado para determinar a distância marginal até o objeto, mas não é preciso.
Sensores de distância calculam a distância real até o alvo usando vários princípios como tempo de vôo e triangulação. De certa forma, os sensores de distância também podem funcionar como sensores de proximidade, mas não vice-versa.
Os sensores de distância também tendem a ter um alcance de detecção muito maior (alguns centímetros a algumas centenas de metros) do que os sensores de proximidade.
Quão precisos são os sensores de distância a laser?
Os sensores de distância a laser têm uma precisão típica de +/- 1 mm e podem medir distâncias de 0.5 a 150 m. A precisão é indicada como 'precisos +/- x, xx% por cento da amplitude do sensor'.
Devido à velocidade extremamente rápida da luz, os sensores de distância a laser podem medir com precisão distâncias de alguns milímetros a centenas ou mesmo milhares de metros.
No entanto, isso também se torna uma desvantagem ao medir distâncias abaixo de um milímetro (menos de um milímetro), pois os processadores de sinal podem não ser rápidos o suficiente para processar as informações.
Para que são usados os sensores de distância a laser?
Sensores de distância a laser são usados para medir distâncias a objetos sem a necessidade de um contato físico. Eles são encontrados em aplicações como manufatura, controle de qualidade e aplicações de monitoramento de processos.
Na indústria de fabricação de automóveis, os sensores a laser são usados para posicionar componentes com precisão em uma montagem. Eles também são usados para medir as tolerâncias em componentes para garantir que estejam dentro da faixa aceitável.
Em aplicações de monitoramento de processo, sensores a laser são usados para monitorar o nível de material. Os sensores a laser não têm problemas para detectar líquidos não transparentes e em repouso e materiais sólidos que não desviam o feixe de laser.
Isso é particularmente útil nas indústrias de alimentos e química, pois é necessário o uso de técnicas de medição sem contato.
Qual é a gama de sensores a laser?
Dependendo do tipo e da intensidade de emissão do feixe, os sensores a laser podem ter uma faixa de 50cm a 300m. Também existem sensores a laser mais poderosos que podem medir distâncias de até milhares de metros. Por exemplo, o ILR-RF250 da Micro-epsilon pode medir distâncias de até 3000m.
Sensores de distância infravermelhos: conhecimento básico e princípio de funcionamento
Os sensores de distância infravermelhos também são um tipo de sensores ópticos de distância. A diferença entre os sensores de distância a laser e os sensores infravermelhos é que o sensor a laser usa o método de tempo de voo ou método de triangulação, enquanto o sensor infravermelho usa a intensidade da luz refletida.
Semelhante a outros sensores ópticos, os sensores infravermelhos também têm um elemento emissor de luz (um LED IV) e um elemento receptor (fotodiodo infravermelho) no sensor.
O emissor emite continuamente um feixe de infravermelho para o objeto. Dependendo da superfície do objeto, ele reflete o feixe de infravermelho total ou parcialmente.
O receptor IR mede então a intensidade do feixe refletido e muda sua resistência proporcionalmente. Essa saída do sensor é essa resistência, convertida em um sinal de tensão / corrente.
Os sensores de distância IR são afetados por quaisquer fontes infravermelhas, como lâmpadas ou mesmo a luz solar. Eles também tendem a ser mais barulhentos do que os sensores de distância a laser.
No entanto, devido ao seu baixo custo de implementação, os sensores de distância IR são amplamente usados como sensores de proximidade e para medições de distâncias pequenas e aproximadas, onde a precisão não é uma grande preocupação.
Revisão sobre Baumer: Sensores de distância a laser - Sensores de distância de alta precisão
Baumer oferece uma ampla gama de sensores ópticos de medição de distância a laser que podem lidar com qualquer necessidade. Sua linha de sensores de distância de alto desempenho possui um conjunto de sensores de alta precisão e de curto alcance: o OM70-P / L sensores de distância a laser em série.
Esta linha de sensores de alta precisão tem um erro linear tão baixo quanto 0.06% e funciona bem na faixa de medição padrão de 30-70.
Sua precisão de 0.7-1 µm e resposta de 0.8 ms os torna ideais para tarefas de medição de alta precisão, como verificação da precisão dimensional e medidas de tolerância.
Os sensores vêm com opções padrão como saída de comutação digital push-pull analógica e de histerese ajustável, faixa de tensão operacional mais ampla (15-28 VCC) e proteção de polaridade reversa junto com classificação de proteção de entrada (IP).
Além das saídas digitais e analógicas, alguns modelos também suportam protocolos de comunicação digital padrão da indústria, como Profinet (Classe B), Modbus TCP, OPC UA, UDP streaming sobre interface TCP / IP.
Revisão sobre ifm: Sensores de distância a laser - curto alcance
Ifm tem 3 famílias de sensores de laser de curto alcance: OPD, OGD e O6. Os sensores das séries OPD e OGD têm uma faixa de 0-300 mm, enquanto a série O6 tem uma faixa mais curta, 100 mm.
OPD e OGD são os principais sensores de distância a laser e O6 é um reflexão difusa tipo família de sensores de detecção de objetos com opção de medição de distância adicional.
A Série OPD sensores são sensores de perfil dedicados que podem ser usados no controle de qualidade da montagem em linha. Eles são facilmente configuráveis sem software adicional usando o mecanismo de programação integrado.
Eles usam interface de comunicação IO-Link junto com saídas PNP / NPN configuráveis para fornecer saídas e medições de sinal. Os sensores da série OPD também são imunes à luz externa. Eles têm uma faixa de 150-300 mm com uma precisão de 0.5 mm
A Série OGD usam o princípio do tempo de voo e têm uma faixa de 25-300 mm com uma taxa de amostragem de 33Hz.
Esta série tem uma precisão de 1-2 mm e fornece informações de distância por meio da interface IO-Link. Alguns modelos também possuem um display LCD de 2 cores embutido que indica os valores de distância.
Todas as famílias possuem suporte para interface de comunicação IO-Link e saídas digitais / analógicas. As famílias OPD e OGD possuem recursos opcionais de display LCD para fácil programação e exibição de medição.
Esses sensores operam com 10-30 Vcc e têm proteção de polaridade reversa e classificação IP 65/67 em modelos selecionados.
Revisão sobre Micro-Epsilon: Sensores de distância a laser - Longo alcance
Micro-épsilon tem o deles optoNCDT ILR linha de sensores com distâncias de medição extremamente altas. Seus sensores do tipo medidor de laser medem até 10 metros, enquanto o tipo de distância do laser pode medir distâncias de 0.5 m até 3000 m.
Esses sensores usam o time-of-flight princípio e têm as seguintes características principais nos sensores da série ILR103 / 118/1191:
- Taxa de amostragem de 2kHz
- Faixa de medição 5-3000m (ILR-RF250)
- Saídas configuráveis do tipo PNP / NPN
- Pontos de comutação ajustáveis e histerese
- RS232, interface serial 422
- Suporte RS485 ProfiBus
- Operação 10-30VDC
- Proteção IP67 de umidade / poeira
- Vários tipos de operação: medição de velocidade única, contínua, acionada externamente
Keyence da revisão: Sensores de deslocamento a laser
Os sensores de deslocamento a laser são uma versão mais avançada e aprimorada dos sensores de alcance a laser.
Eles sentem o deslocamento de um objeto usando uma técnica chamada triangulação. Ao contrário do elemento receptor único em sensores de tempo de voo, eles usam um dispositivo sensível à posição (PSD) para detectar a deflexão do feixe recebido.
Keyence possui uma infinidade de sensores de deslocamento a laser que se adaptam a aplicações de alta velocidade e alta precisão. Os sensores de deslocamento confocal da série CL-3000 são ideais para aplicações compactas.
Seus componentes eletrônicos de processamento de sinal são separados dos elementos de detecção / emissão, o que permite uma instalação mais fácil em locais remotos com espaço limitado.
Na categoria de velocidade ultra-alta e alta precisão, a Keyence tem seus sensores de deslocamento de triangulação da série LK-G5000 com apenas 0.02% de erro de linearidade e repetibilidade de 0.005um. Esses sensores têm uma taxa de amostragem máxima de 393 kHz para detectar até mesmo as menores vibrações e alvos de alta velocidade.
Os sensores da série LT-9000 fornecem recursos de varredura de superfície com um ponto de feixe muito estreito de 2um. Esses sensores são ideais para escanear superfícies de objetos em busca de imperfeições e outras anormalidades.
Eles têm uma câmera embutida para capturar imagens da superfície para identificar o local de medição e fornecer opções de alinhamento fáceis.
Conclusão
Os sensores de distância a laser são sensores ópticos sem contato usados para medir distâncias com uma precisão de nível milimétrico. Devido à velocidade constante do feixe de laser, os sensores de alcance do laser produzem medições extremamente precisas e repetíveis.
Um sensor de distância a laser de nível industrial pode custar de $ 30 a $ 2000, dependendo dos recursos disponíveis.
