Um sensor de deslocamento a laser é um instrumento de medição que utiliza tecnologia laser para medir a posição, deslocamento e outras alterações de um objeto medido. Consiste em um laser, um detector de laser e um circuito de medição.
Este tipo de sensor oferece medições precisas sem contato e é capaz de medir deslocamento, espessura, vibração, distância, diâmetro e outras medidas geométricas precisas. O laser utilizado no sensor possui excelentes características de retilinidade.
Comparados aos sensores ultrassônicos, os sensores de deslocamento a laser têm um nível mais alto de precisão. No entanto, o dispositivo gerador de laser é relativamente complexo e grande, limitando a gama de aplicações para sensores de deslocamento a laser.
1. Princípios básicos
Um sensor de deslocamento a laser é um dispositivo que mede com precisão a posição, o deslocamento e outras alterações de um objeto sem contato físico. É amplamente utilizado para detectar deslocamento, espessura, vibração, distância, diâmetro e outras propriedades geométricas de objetos.
O princípio de um sensor de deslocamento a laser é dividido em dois métodos: triangulação a laser e análise de eco a laser. O método de triangulação a laser é normalmente usado para medições de alta precisão e curta distância, enquanto o método de análise de eco a laser é adequado para medições de longa distância.
A seguir está uma breve introdução a esses dois métodos de medição do princípio do sensor de deslocamento a laser.
O feixe é processado por processamento eletrônico analógico e digital na posição do elemento receptor. Após microprocessamento e análise interna, o valor de saída correspondente é calculado e o valor de saída é usado para ajustar a emissão de luz ao objeto. Isto ajusta a distância de deslocamento do feixe de luz.
2. Objetivo
1. Medição de comprimento
Para medir um componente, coloque-o na posição designada na correia transportadora. O sensor laser, acionado pelo scanner a laser, detectará e medirá o componente, determinando finalmente seu comprimento.
2. Inspeção de uniformidade
Coloque vários sensores laser na direção de inclinação da peça a ser medida e faça com que um sensor emita diretamente o valor da medição. Além disso, um software pode ser utilizado para calcular o valor da medição e exibir o resultado com base no sinal ou dados recebidos.
3. Inspeção de componentes eletrônicos
Use dois scanners a laser para posicionar os componentes que estão sendo medidos entre eles e, em seguida, obtenha os dados através dos sensores para avaliar a precisão e integridade das dimensões do componente.
3. Triangulação
O transmissor laser projeta um laser vermelho visível na superfície do objeto que está sendo medido através de uma lente. A luz laser espalhada da superfície do objeto passa então pela lente do receptor e é detectada pela câmera linear CCD interna.
Com base na distância do objeto, a câmera linear CCD detecta o ponto de luz em diferentes ângulos. Usando este ângulo e a distância conhecida entre o laser e a câmera, o processador de sinal digital calcula a distância entre o sensor e o objeto.
A posição do feixe no elemento receptor é então processada por circuitos analógicos e digitais, e o valor de saída correspondente é calculado pelo microprocessador. O sinal de dados padrão é emitido proporcionalmente na janela analógica definida pelo usuário. Se a saída do valor de comutação for selecionada, ela será ativada dentro da janela definida e desligada fora dela.
Ambas as saídas analógicas e de comutação podem ter janelas de detecção separadas. O sensor de deslocamento a laser, usando triangulação, pode atingir linearidade máxima de 1um com resolução de 0,1um. Por exemplo, o sensor do tipo ZLDS100 possui alta resolução de 0,01%, alta linearidade de 0,1%, resposta rápida de 9,4 KHz e capacidade de desempenho em ambientes adversos.
4. Análise de eco
O sensor de deslocamento a laser utiliza o princípio da análise de eco para medir a distância com precisão. O sensor é composto por uma unidade de processador, unidade de processamento de eco, transmissor de laser, receptor de laser e outros componentes.
A cada segundo, o transmissor de laser envia um milhão de pulsos de laser ao objeto que está sendo detectado, que então retorna ao receptor. O processador calcula o tempo que o pulso do laser leva para atingir o objeto e retornar, permitindo o cálculo do valor da distância.
Este valor é determinado tomando a média de milhares de medições, utilizando o método do tempo de pulso. Embora o método de análise de eco a laser seja adequado para detecção de longa distância, ele tem uma precisão menor em comparação com o método de triangulação a laser. A maior distância de detecção que pode alcançar é de 250 metros.
5. Aplicação de medição
Sensores de deslocamento a laser são amplamente utilizados para medir várias grandezas físicas, incluindo comprimento, distância, vibração, velocidade, orientação e muito mais. Esses sensores também encontraram aplicações na detecção de falhas e monitoramento de poluentes atmosféricos.
1. Medição de tamanho:
- Reconhecimento da posição dos microcomponentes
- Detecção da presença de componentes na correia transportadora
- Detecção de sobreposição e cobertura de materiais
- Controle da posição do manipulador (ponto central da ferramenta)
- Monitoramento do status do dispositivo
- Detecção da posição do dispositivo usando pequenas aberturas
- Monitoramento de níveis de líquidos
- Medição de espessura
- Análise de vibrações
- Medição de testes de colisão
- Testes relacionados a automóveis, etc.
2. Medição de espessura de chapas e chapas metálicas:
Um sensor laser é usado para medir a espessura de chapas metálicas.
A detecção de alterações na espessura pode auxiliar na identificação de rugas, pequenos furos ou sobreposições, evitando assim falhas na máquina.
3. Meça o cilindro e meça ao mesmo tempo:
- Ângulo
- Comprimento
- Excentricidade do diâmetro interno e externo
- Conicidade
- Concentricidade
- Perfil de superfície.
4. Medição do comprimento:
Coloque o componente a ser medido na posição designada na correia transportadora. O sensor laser irá então detectar o componente e medi-lo simultaneamente usando o scanner a laser acionado, determinando finalmente seu comprimento.
5. Inspeção de uniformidade:
Disponha vários sensores laser na direção de inclinação da peça a ser medida. O valor da medição pode ser emitido diretamente através de um dos sensores. Além disso, um programa de software pode ser utilizado para calcular o valor de medição com base nos sinais ou dados e fornecer o resultado.
6. Inspeção de componentes eletrônicos:
Coloque os componentes medidos entre dois scanners a laser e, em seguida, leia os dados através do sensor para detectar a precisão e integridade do tamanho do componente.
7. Inspeção do nível de enchimento na linha de produção:
O sensor laser está integrado ao processo de produção de envase de produtos. À medida que os produtos de enchimento passam pelo sensor, ele pode detectar com precisão se estão cheios até a capacidade máxima. O sensor utiliza um programa avançado de reflexão do feixe de laser na superfície para determinar com precisão se o enchimento dos produtos está de acordo com o padrão e a quantidade dos produtos.
8. Retidão do objeto medida pelo sensor:
Primeiro, você precisará de 2 a 3 sensores de deslocamento a laser para uma medição combinada, conforme ilustrado na figura.
Em seguida, coloque os três sensores de deslocamento a laser em linha reta, paralelos à linha de produção, e determine o espaçamento entre eles com base na precisão de medição desejada.
Por fim, faça o objeto se mover em uma direção paralela à linha de instalação dos sensores de deslocamento a laser.
Quando a linha de produção estiver alinhada com a linha de instalação do sensor, quanto maior for a diferença de distância medida pelos três sensores, pior será a retilineidade do objeto. Por outro lado, uma diferença menor na distância medida pelos três sensores indica que o objeto está mais reto.
Você pode calcular a porcentagem de retilineidade levando em consideração o comprimento do objeto a ser medido e o espaçamento entre as três instalações de sensores, resultando em um sinal de saída quantificável.
Com esta configuração, você atingiu com sucesso o objetivo de detectar a retidão dos objetos.
6. Deslocamento classificação do sensor
1. Sensor de deslocamento de corrente parasita
Poder de resolução:
A resolução de um sensor de correntes parasitas pode chegar a 0,1 mm, o que é comparável à de um sensor de deslocamento a laser.
Linearidade:
A linearidade de um sensor de correntes parasitas é normalmente baixa, em torno de 1% da faixa de medição. Por outro lado, sensores de deslocamento a laser de última geração apresentam uma linearidade de cerca de 0,1%.
Condições de medição:
Os sensores de correntes parasitas exigem que o objeto de teste seja um material condutor e não magnético, como alumínio ou cobre, mas não ferro.
Os sensores de deslocamento a laser, por outro lado, são capazes de medir objetos magnéticos e condutores.
2. Sensor de deslocamento capacitivo
A precisão dos sensores de deslocamento capacitivos é incrivelmente alta, superando a dos sensores de deslocamento a laser. No entanto, o seu alcance é bastante limitado, geralmente inferior a 1 mm. Por outro lado, os sensores de deslocamento a laser possuem um alcance muito mais amplo, com alcance máximo de medição de até 2 metros.
3. Sensor de deslocamento de fibra óptica
O princípio de medição de um sensor de deslocamento de fibra óptica é determinar o deslocamento de um objeto detectando mudanças no fluxo luminoso e na intensidade da luz refletida na superfície do objeto devido ao deslocamento.
A sonda do sensor consiste em uma fibra óptica transmissora e uma fibra óptica receptora.
Para objetos pequenos, os sensores convencionais de deslocamento sem contato são limitados pela área de reflexão, resultando em baixo desempenho de medição. Porém, o sensor de deslocamento de fibra óptica pode ser projetado com uma sonda muito pequena (com diâmetro mínimo de 0,2 mm), tornando-o adequado para medir objetos pequenos.
Além disso, pode ser feito na forma de transmissão e recepção linear.
O valor do deslocamento é calculado medindo o grau de blindagem do objeto à fibra óptica durante o processo de deslocamento, com precisão de até 0,01um.
A faixa máxima de medição do sensor é de 4 mm.
