Cảm biến khoảng cách laser, còn được gọi là máy đo khoảng cách laser, là thiết bị đo khoảng cách quang học. Họ có thể đo khoảng cách đến một đối tượng nhất định bằng cách sử dụng chùm tia laze không xâm lấn.
Máy đo khoảng cách laser cũng có thể hoạt động như cảm biến khoảng cách để phát hiện các đối tượng trong một phạm vi nhất định.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về cảm biến khoảng cách laser, nguyên lý hoạt động của chúng và điểm qua một vài mẫu của một số nhà sản xuất phổ biến nhất.
Cảm biến Khoảng cách Laser là gì và hoạt động như thế nào?
Cảm biến khoảng cách bằng tia laze là một thiết bị sử dụng chùm tia laze để xác định khoảng cách đến một vật thể. Chúng còn được gọi là máy đo khoảng cách laser, máy đo khoảng cách laser và máy đo khoảng cách laser.
Có một số cách đo khoảng cách như:
- Nguyên tắc thời gian bay
- Phương pháp tam giác và các kỹ thuật tương tự
Nguyên tắc thời gian bay là hình thức hoạt động phổ biến nhất. Trong chế độ hoạt động này, một xung chùm tia laze được gửi tới đối tượng đo. Chùm tia này được thu hẹp bằng cách sử dụng một hệ thống thấu kính.
Khi chùm tia chiếu vào vật thể, nó sẽ bị phản xạ khỏi bề mặt về phía cảm biến. Cảm biến đo thời gian chùm tia di chuyển đến mục tiêu và quay trở lại.
Trong nhiều trường hợp, bản thân cảm biến chứa bộ xử lý tín hiệu chuyên dụng để tính toán thời gian và xác định khoảng cách giữa vật thể và cảm biến.
Phương pháp tam giác sử dụng góc của chùm tia phản xạ để xác định khoảng cách của vật thể. Điều này còn được gọi là kỹ thuật dịch chuyển. Các loại cảm biến này sử dụng chùm tia liên tục chứ không phải dạng xung. Góc của chùm tia phản xạ thay đổi như trong hình dưới đây:
Sự thay đổi góc của chùm tia phản xạ tỷ lệ với khoảng cách đến vật thể. Phần tử nhận ánh sáng bao gồm một dãy các cảm biến ánh sáng có thể xác định vị trí của chùm tia nhận được.
Cảm biến khoảng cách so với cảm biến tiệm cận
Sự khác biệt cơ bản giữa cảm biến khoảng cách và cảm biến tiệm cận là cảm biến tiệm cận không thể tính toán trực tiếp khoảng cách đến một đối tượng. Cảm biến tiệm cận sẽ kích hoạt đầu ra của chúng nếu chúng cảm nhận được một đối tượng trong phạm vi ca hát của chúng.
Điều này cũng có thể được sử dụng để xác định khoảng cách biên tới đối tượng, nhưng nó không chính xác.
Cảm biến khoảng cách tính toán khoảng cách thực tế tới mục tiêu bằng cách sử dụng các nguyên tắc khác nhau như thời gian bay và tam giác. Theo một cách nào đó, cảm biến khoảng cách cũng có thể hoạt động như cảm biến tiệm cận, nhưng không phải ngược lại.
Cảm biến khoảng cách cũng có xu hướng có phạm vi cảm biến cao hơn nhiều (vài cm đến vài trăm mét) so với cảm biến khoảng cách.
Cảm biến Khoảng cách Laser Chính xác đến mức nào?
Cảm biến khoảng cách laser có độ chính xác điển hình là +/- 1mm và có thể đo khoảng cách từ 0.5 đến 150m. Độ chính xác được biểu thị là 'chính xác +/- x.xx% phần trăm khoảng thời gian của cảm biến'.
Do tốc độ ánh sáng cực nhanh, cảm biến khoảng cách laser có thể đo chính xác khoảng cách từ vài mm đến hàng trăm, thậm chí hàng nghìn mét.
Tuy nhiên, điều này cũng trở thành một nhược điểm khi đo khoảng cách dưới milimét (dưới milimét) vì bộ xử lý tín hiệu có thể không đủ nhanh để xử lý thông tin.
Cảm biến Khoảng cách Laser được sử dụng để làm gì?
Cảm biến khoảng cách laser được sử dụng để đo khoảng cách đến các vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý. Chúng được tìm thấy trong các ứng dụng như sản xuất, kiểm soát chất lượng và các ứng dụng giám sát quy trình.
Trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô, cảm biến laser được sử dụng để đặt các thành phần chính xác trong một bộ phận lắp ráp. Chúng cũng được sử dụng để đo dung sai trong các bộ phận để đảm bảo rằng chúng nằm trong phạm vi chấp nhận được.
Trong các ứng dụng giám sát quá trình, cảm biến laser được sử dụng để giám sát mức vật liệu. Cảm biến laser không gặp khó khăn khi cảm nhận chất lỏng không trong suốt và nghỉ và vật liệu rắn không làm chệch hướng chùm tia laser.
Điều này đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp thực phẩm và hóa chất vì cần sử dụng các kỹ thuật đo không tiếp xúc.
Phạm vi của cảm biến Laser là gì?
Tùy thuộc vào loại và cường độ phát xạ của chùm tia, cảm biến laser có thể có phạm vi từ 50cm đến 300m. Các cảm biến laser mạnh hơn có thể đo khoảng cách lên đến hàng nghìn mét cũng tồn tại. Ví dụ, ILR-RF250 của Micro-epsilon có thể đo khoảng cách lên đến 3000m.
Cảm biến khoảng cách hồng ngoại: Kiến thức cơ bản và nguyên lý làm việc
Cảm biến khoảng cách hồng ngoại cũng là một loại cảm biến khoảng cách quang học. Sự khác biệt giữa cảm biến khoảng cách laser và cảm biến hồng ngoại là cảm biến laser sử dụng phương pháp thời gian bay hoặc phương pháp tam giác trong khi cảm biến hồng ngoại sử dụng cường độ của ánh sáng phản xạ.
Tương tự như các cảm biến quang học khác, cảm biến hồng ngoại cũng có phần tử phát sáng (đèn LED hồng ngoại) và phần tử nhận (điốt quang hồng ngoại) trên cảm biến.
Bộ phát liên tục phát ra chùm tia hồng ngoại về phía vật thể. Tùy thuộc vào bề mặt của vật thể, nó phản xạ chùm tia IR toàn phần hay một phần.
Máy thu IR sau đó đo cường độ của chùm phản xạ và thay đổi điện trở của nó theo tỷ lệ. Đầu ra này của cảm biến là điện trở này, được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp / dòng điện.
Cảm biến khoảng cách IR bị ảnh hưởng bởi bất kỳ nguồn hồng ngoại nào như bóng đèn hoặc thậm chí là ánh sáng mặt trời. Chúng cũng có xu hướng ồn hơn so với cảm biến khoảng cách bằng laser.
Tuy nhiên, do chi phí thực hiện thấp, cảm biến khoảng cách IR được sử dụng rộng rãi như cảm biến tiệm cận và cho các phép đo khoảng cách nhỏ, gần đúng, nơi độ chính xác không phải là mối quan tâm lớn.
Đánh giá trên Baumer: Cảm biến khoảng cách bằng laser - Cảm biến khoảng cách có độ chính xác cao
Baumer cung cấp nhiều loại cảm biến đo khoảng cách laser quang học có thể đáp ứng mọi yêu cầu. Dòng sản phẩm cảm biến khoảng cách hiệu suất cao của họ có một bộ cảm biến khoảng cách gần, độ chính xác cao: OM70-P / L loạt cảm biến khoảng cách laser.
Dòng cảm biến có độ chính xác cao này có sai số tuyến tính thấp tới 0.06% và hoạt động tốt trong phạm vi đo tiêu chuẩn từ 30-70.
Độ chính xác 0.7-1µm và độ phản hồi 0.8ms của chúng làm cho chúng lý tưởng cho các nhiệm vụ đo lường chính xác cao như kiểm tra độ chính xác kích thước và các phép đo dung sai.
Các cảm biến đi kèm với các tùy chọn tiêu chuẩn như đầu ra chuyển mạch loại đẩy-kéo kỹ thuật số có độ trễ tương tự và có thể điều chỉnh, dải điện áp hoạt động rộng hơn (15-28VDC) và bảo vệ phân cực ngược cùng với xếp hạng bảo vệ xâm nhập (IP).
Ngoài các đầu ra kỹ thuật số và tương tự, một số kiểu máy còn hỗ trợ các giao thức truyền thông kỹ thuật số tiêu chuẩn công nghiệp như Profinet (Class B), Modbus TCP, OPC UA, UDP truyền trực tuyến qua giao diện TCP / IP.
Đánh giá trên ifm: Cảm biến Khoảng cách Laser - Phạm vi ngắn
Ifm có 3 họ cảm biến laser tầm ngắn: OPD, OGD và O6. Cảm biến dòng OPD và OGD có phạm vi 0-300mm trong khi dòng O6 có phạm vi ngắn hơn, 100mm.
OPD và OGD là cảm biến khoảng cách laser chính và O6 là phản xạ khuếch tán loại cảm biến phát hiện đối tượng với tùy chọn đo khoảng cách bổ sung.
Sản phẩm Dòng OPD cảm biến là cảm biến biên dạng chuyên dụng có thể được sử dụng trong kiểm soát chất lượng lắp ráp nội tuyến. Chúng có thể dễ dàng cấu hình mà không cần phần mềm bổ sung bằng cách sử dụng cơ chế dạy học tích hợp sẵn.
Chúng sử dụng giao diện truyền thông IO-Link cùng với các đầu ra PNP / NPN có thể định cấu hình để cung cấp các đầu ra tín hiệu và phép đo. Các cảm biến dòng OPD cũng miễn nhiễm với ánh sáng ngoại lai. Chúng có phạm vi 150-300mm với độ chính xác 0.5mm
Sản phẩm Dòng OGD sử dụng nguyên tắc thời gian bay và có phạm vi từ 25-300mm với tốc độ lấy mẫu là 33Hz.
Dòng này có độ chính xác từ 1-2mm và cung cấp thông tin khoảng cách thông qua giao diện IO-Link. Một số kiểu máy còn có màn hình LCD 2 màu tích hợp cho biết các giá trị khoảng cách.
Tất cả các gia đình đều có hỗ trợ giao diện truyền thông IO-Link và đầu ra kỹ thuật số / tương tự. Các dòng OPD và OGD có các tính năng hiển thị LCD tùy chọn để dễ dàng giảng dạy và hiển thị phép đo.
Các cảm biến này hoạt động với 10-30V DC và có bảo vệ phân cực ngược và xếp hạng IP 65/67 trên các kiểu máy được chọn.
Đánh giá về Micro-Epsilon: Cảm biến Khoảng cách Laser - Tầm xa
vi epsilon có của họ quangNCDT ILR dòng sản phẩm cảm biến với khoảng cách đo cực cao. Loại cảm biến đo laser của họ đo được tới 10 mét trong khi loại laser khoảng cách có thể đo khoảng cách từ 0.5m đến 3000m.
Các cảm biến này sử dụng thời gian của chuyến bay nguyên tắc và có các đặc điểm chính sau trong cảm biến dòng ILR103 / 118/1191:
- Tốc độ lấy mẫu 2kHz
- Phạm vi đo 5-3000m (ILR-RF250)
- Đầu ra loại PNP / NPN có thể định cấu hình
- Điểm chuyển mạch có thể điều chỉnh và độ trễ
- Giao diện nối tiếp RS232, 422
- Hỗ trợ RS485 ProfiBus
- Hoạt động 10-30VDC
- Chống ẩm / bụi IP67
- Nhiều loại hoạt động: đo tốc độ đơn, liên tục, được kích hoạt bên ngoài,
Xem lại keyence: Cảm biến độ dịch chuyển Laser
Cảm biến dịch chuyển laser là một phiên bản cải tiến, tiên tiến hơn của cảm biến phạm vi laser.
Họ cảm nhận được sự dịch chuyển của một đối tượng bằng cách sử dụng một kỹ thuật có tên tam giác. Không giống như phần tử thu đơn trong cảm biến thời gian bay, chúng sử dụng thiết bị nhạy cảm về vị trí (PSD) để phát hiện độ lệch của chùm tia nhận được.
Keyence có vô số cảm biến dịch chuyển laser phù hợp với các ứng dụng tốc độ cao, độ chính xác cao. Cảm biến dịch chuyển đồng bộ dòng CL-3000 của họ rất lý tưởng cho các ứng dụng nhỏ gọn.
Các thiết bị điện tử xử lý tín hiệu của chúng được tách biệt khỏi các phần tử cảm biến / phát ra, cho phép lắp đặt dễ dàng hơn ở các vị trí hạn chế về không gian từ xa.
Trong danh mục tốc độ cực cao, độ chính xác cao, Keyence có cảm biến dịch chuyển tam giác dòng LK-G5000 của họ với sai số tuyến tính chỉ 0.02% và độ lặp lại 0.005um. Các cảm biến này có tốc độ lấy mẫu tối đa là 393kHz để phát hiện ngay cả những rung động nhỏ nhất và các mục tiêu tốc độ cao.
Các cảm biến dòng LT-9000 cung cấp khả năng quét bề mặt với điểm chùm 2um rất hẹp. Các cảm biến này lý tưởng để quét bề mặt vật thể để tìm các điểm không hoàn hảo và các bất thường khác.
Chúng có một camera tích hợp để chụp ảnh bề mặt để xác định vị trí đo và cung cấp các tùy chọn căn chỉnh dễ dàng.
Kết luận
Cảm biến khoảng cách laser là cảm biến quang học không tiếp xúc được sử dụng để đo khoảng cách với độ chính xác ở mức milimet. Do tốc độ không đổi của chùm tia laser, các cảm biến khác nhau của tia laser tạo ra các phép đo cực kỳ chính xác và có thể lặp lại.
Một cảm biến khoảng cách laser cấp công nghiệp có thể có giá từ $ 30 đến $ 2000 tùy thuộc vào các tính năng có sẵn.
