Лазерные датчики расстояния, также известные как лазерные дальномеры, представляют собой оптические устройства измерения расстояния. Они могут измерять расстояние до заданного объекта с помощью неинвазивного лазерного луча.
Лазерные дальномеры также могут работать как датчики приближения для обнаружения объектов в определенном диапазоне.
В этой статье мы обсудим лазерные датчики расстояния, принцип их работы и обзор нескольких моделей от самых популярных производителей.
Что такое лазерный датчик расстояния и как он работает?
Лазерный датчик расстояния - это устройство, которое использует лазерный луч для определения расстояния до объекта. Они также известны как лазерные дальномеры, лазерные дальномеры и лазерные телеметры.
Существует несколько способов измерения расстояния, например:
- Принцип времени пролета
- Триангуляция и аналогичные методы
Принцип времени пролета является наиболее распространенной формой работы. В этом режиме работы импульс лазерного луча направляется на объект измерения. Этот луч сужается с помощью системы линз.
Когда луч попадает на объект, он отражается от поверхности обратно к датчику. Датчик измеряет время, необходимое лучу, чтобы добраться до цели и вернуться.
Во многих случаях сам датчик содержит специальный процессор сигналов для расчета времени и определения расстояния между объектом и датчиком.
Метод триангуляции использует угол отраженного луча для определения расстояния до объекта. Это также известно как техника смещения. В датчиках этих типов используется непрерывный луч, а не импульсы. Угол отраженного луча изменяется, как показано на изображении ниже:
Изменение угла отраженного луча пропорционально расстоянию до объекта. Светоприемный элемент состоит из набора световых датчиков, которые могут определять положение принятого луча.
Датчики расстояния и датчики приближения
Основное различие между датчиками расстояния и приближения заключается в том, что датчики приближения не могут напрямую рассчитывать расстояние до объекта. Датчики приближения активируют свой выход, если они обнаруживают объект в пределах своего диапазона пения.
Это также можно использовать для определения маргинального расстояния до объекта, но это неточно.
Датчики расстояния рассчитывают фактическое расстояние до цели, используя различные принципы, такие как время пролета и триангуляция. В некотором смысле датчики расстояния также могут работать как датчики приближения, но не наоборот.
Датчики расстояния также имеют гораздо больший диапазон чувствительности (от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров), чем датчики приближения.
Насколько точны лазерные датчики расстояния?
Лазерные датчики расстояния имеют типичную точность +/- 1 мм и могут измерять расстояния от 0.5 до 150 м. Точность обозначается как 'точность +/- x.xx% процента диапазона датчика.
Благодаря чрезвычайно высокой скорости света лазерные датчики расстояния могут точно измерять расстояния от нескольких миллиметров до сотен и даже тысяч метров.
Однако это также становится недостатком при измерении субмиллиметровых (менее миллиметра) расстояний, поскольку процессоры сигналов могут быть недостаточно быстрыми для обработки информации.
Для чего используются лазерные датчики расстояния?
Лазерные датчики расстояния используются для измерения расстояний до объектов без необходимости физического контакта. Они используются в таких приложениях, как производство, контроль качества и мониторинг процессов.
В автомобильной промышленности лазерные датчики используются для точного размещения компонентов в сборке. Они также используются для измерения допусков компонентов, чтобы убедиться, что они находятся в приемлемом диапазоне.
В приложениях для мониторинга процесса используются лазерные датчики для контроля уровня материала. Лазерные датчики без проблем обнаруживают непрозрачные и неподвижные жидкости и твердые материалы, которые не отклоняют лазерный луч.
Это особенно полезно в пищевой и химической промышленности, поскольку необходимо использовать бесконтактные методы измерения.
Какой диапазон лазерных датчиков?
В зависимости от типа и интенсивности излучения луча лазерные датчики могут иметь диапазон от 50 см до 300 м. Существуют также более мощные лазерные датчики, которые могут измерять расстояния до тысяч метров. Например, ILR-RF250 от Micro-epsilon может измерять расстояния до 3000 м.
Инфракрасные датчики расстояния: базовые знания и принцип работы
Инфракрасные датчики расстояния также являются разновидностью оптических датчиков расстояния. Разница между лазерными датчиками расстояния и инфракрасными датчиками заключается в том, что в лазерном датчике используется метод времени пролета или метод триангуляции, в то время как инфракрасный датчик использует интенсивность отраженного света.
Подобно другим оптическим датчикам, инфракрасные датчики также имеют элемент излучения света (ИК-светодиод) и приемный элемент (инфракрасный фотодиод) на датчике.
Излучатель непрерывно излучает инфракрасный луч на объект. В зависимости от поверхности объекта он полностью или частично отражает ИК-луч.
Затем ИК-приемник измеряет интенсивность отраженного луча и пропорционально изменяет его сопротивление. Этот выходной сигнал датчика представляет собой это сопротивление, преобразованное в сигнал напряжения / тока.
На ИК-датчики расстояния влияют любые источники инфракрасного излучения, такие как лампочки или даже солнечный свет. Они также имеют тенденцию быть более шумными, чем лазерные датчики расстояния.
Однако из-за низкой стоимости реализации ИК-датчики расстояния широко используются в качестве датчиков приближения и для небольших приблизительных измерений расстояния, где точность не является большой проблемой.
Обзор на Baumer: лазерные датчики расстояния - датчики расстояния высокой точности
Baumer предлагает широкий спектр оптических лазерных датчиков расстояния, которые могут удовлетворить любые требования. Их линейка высокопроизводительных датчиков расстояния включает набор высокоточных датчиков ближнего действия: OM70-P / L лазерные дальномеры серии.
Эта линейка высокоточных датчиков имеет линейную погрешность всего 0.06% и хорошо работает в стандартном диапазоне измерений 30-70.
Их точность 0.7-1 мкм и время отклика 0.8 мс делают их идеальными для высокоточных измерительных задач, таких как проверка точности размеров и измерения допусков.
Датчики поставляются со стандартными опциями, такими как аналоговый и регулируемый гистерезисный цифровой двухтактный переключающий выход, более широкий диапазон рабочего напряжения (15–28 В постоянного тока) и защита от обратной полярности, а также степень защиты от проникновения (IP).
Помимо цифровых и аналоговых выходов, некоторые модели также поддерживают стандартные протоколы цифровой связи, такие как Profinet (класс B), Modbus TCP, OPC UA, потоковая передача UDP через интерфейс TCP / IP.
Обзор на ifm: лазерные датчики расстояния - ближнего действия
Ifm предлагает 3 семейства лазерных датчиков ближнего действия: OPD, OGD и O6. Датчики серий OPD и OGD имеют диапазон 0–300 мм, в то время как серии O6 имеют более короткий диапазон, 100 мм.
OPD и OGD - основные лазерные датчики расстояния, а O6 - рассеянное отражение Типовое семейство датчиков обнаружения объектов с дополнительной опцией измерения расстояния.
Ассоциация Серия OPD Датчики - это специализированные профильные датчики, которые можно использовать для встроенного контроля качества сборки. Их легко настроить без дополнительного программного обеспечения с помощью встроенного механизма обучения.
Они используют интерфейс связи IO-Link вместе с настраиваемыми выходами PNP / NPN для обеспечения выходных сигналов и измерений. Датчики серии OPD также невосприимчивы к постороннему свету. У них диапазон 150-300 мм с точностью 0.5 мм.
Ассоциация Серия OGD использовать принцип времени пролета и иметь диапазон 25–300 мм с частотой дискретизации 33 Гц.
Эта серия имеет точность 1-2 мм и предоставляет информацию о расстоянии через интерфейс IO-Link. Некоторые модели также имеют встроенный двухцветный ЖК-дисплей, на котором отображаются значения расстояния.
Все семейства имеют поддержку интерфейса связи IO-Link и цифровые / аналоговые выходы. Семейства OPD и OGD имеют дополнительные функции ЖК-дисплея для облегчения обучения и отображения результатов измерений.
Эти датчики работают с напряжением 10–30 В постоянного тока и имеют защиту от обратной полярности и степень защиты IP 65/67 на некоторых моделях.
Обзор Micro-Epsilon: лазерные датчики расстояния - большие расстояния
Микро-эпсилон имеет свои оптоNCDT ILR линейка датчиков с очень большими расстояниями измерения. Их датчики с лазерным датчиком измеряют до 10 метров, в то время как лазерный датчик расстояния может измерять расстояния от 0.5 м до 3000 м.
Эти датчики используют время пролета принципах и имеют следующие ключевые характеристики в датчиках серии ILR103 / 118/1191:
- Частота дискретизации 2 кГц
- Диапазон измерения 5-3000 м (ILR-RF250)
- Настраиваемые выходы типа PNP / NPN
- Регулируемые точки переключения и гистерезис
- RS232, 422 последовательный интерфейс
- Поддержка RS485 ProfiBus
- 10-30 В постоянного тока
- Защита от влаги и пыли IP67
- Несколько типов операций: одиночный, непрерывный, с внешним запуском, измерение скорости
Обзор keyence: лазерные датчики смещения
Лазерные датчики перемещения представляют собой более совершенную улучшенную версию лазерных датчиков дальности.
Они ощущают смещение объекта с помощью техники под названием триангуляция. В отличие от одиночного приемного элемента во времяпролетных датчиках, они используют позиционно-чувствительное устройство (PSD) для обнаружения отклонения принятого луча.
Keyence имеет множество лазерных датчиков перемещения, которые подходят для высокоскоростных и высокоточных приложений. Конфокальные датчики перемещения серии CL-3000 идеально подходят для компактных приложений.
Их электроника обработки сигналов отделена от чувствительных / излучающих элементов, что упрощает установку в удаленных местах с ограниченным пространством.
В категории сверхвысоких скоростей и высокой точности Keyence предлагает триангуляционные датчики перемещения серии LK-G5000 с погрешностью линейности всего 0.02% и воспроизводимостью 0.005 мкм. Эти датчики имеют максимальную частоту дискретизации 393 кГц для обнаружения даже мельчайших вибраций и высокоскоростных целей.
Датчики серии LT-9000 обеспечивают возможность сканирования поверхности с очень узким световым пятном размером 2 мкм. Эти датчики идеально подходят для сканирования поверхностей объектов на наличие дефектов и других аномалий.
У них есть встроенная камера для захвата изображений поверхности, чтобы определить место измерения и обеспечить легкие возможности выравнивания.
Заключение
Лазерные датчики расстояния - это бесконтактные оптические датчики, которые используются для измерения расстояний с точностью до миллиметра. Благодаря постоянной скорости лазерного луча лазерные дальномеры обеспечивают чрезвычайно точные и повторяемые измерения.
Лазерный датчик расстояния промышленного уровня может стоить от 30 до 2000 долларов в зависимости от доступных функций.
