Laserové snímače vzdálenosti vs laserové snímače vzdálenosti: Jaký je rozdíl?
Vzestup a trendy vývoje optických měřicích senzorů
V oborech, jako je výroba, přesné přístroje, biomedicína a letecký průmysl, poptávka po přesnosti a účinnosti měření neustále roste. Bezkontaktní, digitální, vysoce přesné a vysoce citlivé optické měřicí senzory, zejména laserové senzory vzdálenosti a laserové senzory posunu, poskytují přesnější, efektivnější a inteligentnější řešení měření napříč různými průmyslovými odvětvími.
Základy a klasifikace technologie laserového měření vzdálenosti
Na základě základních principů laserového měření lze metody rozdělit na metodu Time of Flight (ToF) a metodu triangulační. Mezi nimi lze metodu doby letu dále kategorizovat na pulzní metodu (ToF) a metodu fázového posunu.
Jak je znázorněno na obrázku níže.
Pulzní metoda (ToF): Ideální volba pro měření na dlouhé vzdálenosti a ve velkém měřítku
Princip:
Pulzní metoda (ToF) je založena na měření času, který laserovému pulzu trvá cesta od vysílače k cíli a zpět k přijímači. Laserový puls je emitován, odráží se od cíle a je zaznamenán časový rozdíl mezi vysíláním a příjmem. Pomocí rychlosti světla 𝑐 a časového rozdílu 𝑡 lze vzdálenost 𝑑 k cíli vypočítat pomocí vzorce:
kde 𝑑 je vzdálenost k cíli, 𝑐 je rychlost světla (3 × 10^8 m/s) a 𝑡 je doba zpáteční cesty. Dělení 2 odpovídá za zpáteční povahu měření.
POZNÁMKA: Rychlost světla ve vakuu, běžně označovaná jako c, je univerzální fyzikální konstanta, která se přesně rovná 299 792 458 metrů za sekundu (přibližně 300 000 kilometrů za sekundu; 186 000 mil za sekundu; 671 milionů mil za hodinu).
Pulzní metoda (ToF) je vhodná zejména pro aplikace vyžadující měření velkých vzdáleností nebo velkých oblastí, jako je mapování pomocí dronů, konstrukce 3D map, monitorování životního prostředí (např. vertikální distribuce znečišťujících látek v atmosféře) a detekce a vyhýbání se překážkám. v autonomních vozidlech.
LiDAR (Laser Detection and Ranging): V oblastech, jako je autonomní řízení, robotická navigace, mapování terénu a 3D modelování budov, využívají systémy LiDAR pulzní metodu (ToF) k získání vysoce přesných 3D prostorových informací, které poskytují podporu důležitých dat pro rozhodování.
Letectví a kosmonautika: Pulzní metoda (ToF) se také používá pro přesné měření vzdálenosti mezi kosmickou lodí a pozemními nebo cílovými objekty, což zajišťuje bezpečné provádění misí, jako je navigace landerů a průzkum Mars roverem.
Metoda fázového posunu: Spolehlivá technologie pro vysoce přesné měření na střední a krátké vzdálenosti
Princip:
Metoda fázového posunu zahrnuje modulaci laserového paprsku a měření fázového rozdílu mezi vysílanými a přijímanými signály pro výpočet vzdálenosti. Laserový paprsek je modulován jako sinusová vlna a měří se fázový posun Δ 𝜙 mezi vysílanými a odraženými vlnami. Tento fázový posun přímo souvisí se vzdáleností k cíli a vzdálenost 𝑑 lze vypočítat pomocí vzorce:
kde 𝑑 je vzdálenost k cíli, 𝑐 je rychlost světla (3 × 10^8 m/s), Δ 𝜙 je fázový posun a 𝑓 je modulační frekvence.
Metoda fázového posunu poskytuje vyšší přesnost měření než pulzní metoda (ToF) na střední a krátké vzdálenosti, což z ní činí nepostradatelný nástroj v průmyslové automatizaci. Například laserové senzory s fázovým posunem hrají klíčovou roli při přesném polohování robotických ramen, vyrovnávání dílů na automatizovaných montážních linkách a přesném obrábění na CNC strojích.
Kontrola kvality: Ve výrobě se laserové senzory s fázovým posunem používají k měření rovinnosti povrchu, tloušťky a malých rozměrových změn ve výrobcích, což pomáhá při kontrole kvality a monitorování procesu.
Vědecký výzkum: V oborech, jako je fyzika a věda o materiálech, se metoda fázového posunu používá ke studiu mikroskopické struktury a vlastností materiálů, jako je měření tloušťky tenkého filmu a analýza drsnosti povrchu.
Triangulační metoda: Přesný nástroj pro měření na velmi krátké vzdálenosti
Princip:
Triangulační metoda je založena na geometrické triangulaci, kdy známé polohy laserového vysílače a přijímače spolu s odraženým laserovým paprskem tvoří trojúhelník. Laserový paprsek je vysílán směrem k cíli a odráží se zpět k přijímači. Změřením úhlového rozdílu 𝜃 mezi vyzařovaným a odraženým paprskem a použitím známé základní vzdálenosti 𝐿 mezi vysílačem a přijímačem lze vzdálenost 𝑑 k cíli vypočítat pomocí vzorce:
kde 𝐿 je známá základní vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem a 𝜃 je úhel odraženého paprsku.
Triangulace je geometrická metoda měření založená na trojúhelníkových vztazích. Při této metodě je laserový bod promítán na měřený objekt a odražené světlo od objektu je nasměrováno pod určitým úhlem k prvku CMOS snímače. Poloha světelného bodu na linii CMOS se mění podle vzdálenosti objektu. Tímto způsobem lze i na velmi malé vzdálenosti přesně určit vzdálenost k objektu.
Vysoce přesné měření na velmi krátkou vzdálenost: Metoda triangulace, známá pro svou extrémně vysokou přesnost a stabilitu měření, je široce používána v oborech, jako je zpracování elektronických součástek, výroba polovodičů a přesné obrábění. Dokáže přesně měřit malé rozměrové změny, jako jsou šířky čar na čipech a rozměrové tolerance součástí.
Automobilová výroba: V procesu výroby automobilů se triangulační laserové senzory používají pro přesné vyrovnání při svařování karoserie, kontrolu kvality povrchu před lakováním a kontrolu přesnosti montáže dílů.
Robotika a automatizace: V systémech robotického vidění se laserové senzory založené na triangulačním principu používají pro 3D rekonstrukci, odhadování polohy a plánování cesty, čímž se zvyšuje inteligence robotů.
Solární fotovoltaika: V solárním fotovoltaickém průmyslu se triangulační laserové senzory používají k detekci povrchové rovinnosti, prasklin a skvrn na fotovoltaických panelech, což zajišťuje kvalitu produktu a efektivitu výroby energie.
Laserové snímače vzdálenosti: Vysoce přesné měření
Laserové snímače vzdálenosti obvykle používají triangulační metodu. Tato metoda měření může dosáhnout přesnosti na úrovni nanometrů, takže je vhodná pro vysoce přesná měření na krátké vzdálenosti. V současných aplikacích průmyslových robotů je triangulace jednou z běžně používaných technik, přičemž linearita dosahuje až 1 mikron a rozlišení až 0,1 mikronu. Laserové snímače posunutí se běžně používají k detekci geometrických veličin, jako je posunutí, rovinnost, tloušťka, vibrace, vzdálenost a průměr objektů. Tyto senzory hrají klíčovou roli v průmyslové výrobě, přesném obrábění a kontrole kvality.
Rozsah měření: 24 mm až 400 mm
Rozlišení: Min. 2 um; Max. 75 μm
Stupeň krytí: IP64
Podporovaná rozhraní: RS485 / Přepínací výstup / Analogový proud a napětí
Laserové snímače vzdálenosti: Rozsáhlá aplikace v průmyslové automatizaci
Laserové snímače vzdálenosti obvykle používají pulzní metodu (ToF) nebo metodu fázového posunu a díky své vhodnosti pro širší rozsah potřeb měření vzdálenosti jsou široce používány v automatizaci průmyslové výroby. Tyto snímače splňují nejen požadavky na měření na velké vzdálenosti, ale také se vyznačují vysokou přesností a rychlou dobou odezvy. V oblasti průmyslové automatizace jsou laserové snímače vzdálenosti široce používány pro kontrolu polohy a navigaci, měření obrysu a kontrolu povrchu, bezpečnostní ochranu, logistiku a skladové hospodářství, stejně jako pro automatizované svařování a řezání. Poskytují spolehlivá data z měření vzdálenosti pro automatizační systémy, což pomáhá zlepšit efektivitu výroby, přesnost a bezpečnost. Prokazují také jedinečné výhody v nově vznikajících oblastech, jako je inteligentní doprava a autonomní řízení.
Rozsah měření: 0,1 m až 50 m
Princip měření vzdálenosti: Metoda fázového posunu
Rozlišení: 1 mm
Stupeň krytí: IP67
Podporovaná rozhraní: RS485 / Přepínací výstup / Analogový proud a napětí
