Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Přesné laserové snímače vzdálenosti a tloušťky

číslo 7/2006

Přesné laserové snímače vzdálenosti a tloušťky

Rozvoj zdokonalených optoelektronických snímacích prvků na bázi techniky CMOS umožnil jejich využití nejen v kamerách, ale i v nových typech snímačů vzdálenosti, které svými vlastnostmi výrazně překonávají dřívější generaci přístrojů založených na snímacích prvcích typu PSD.

PSD versus CMOS

Optický princip měření vzdálenosti zůstává svým uspořádáním stejný – laserový zdroj světla vysílá paprsek, jehož odražená část dopadá přes optiku na snímací prvek (čidlo), poskytující výstupní signál podle použitého typu prvku (způsobu vyhodnocování). Při použití čidla typu PSD (Position Sensitive Detector) probíhá vyhodnocení na principu analogové integrace a výpočtu polohy těžiště rozložení výkonu. Tento jednoduchý princip ovšem selhává, pokud jde o přesnost měření v případech, kdy rozložení výkonu napříč paprskem není symetrické či obsahuje několik lokálních maxim. Typickým příkladem je měření vzdálenosti a tloušťky skla (obr. 1) nebo měření vzdálenosti povrchu plastu při průniku světla do materiálu (obr. 2).

Obr. 1. Obr. 2.

Obr. 1. Měření tloušťky skla
Obr. 2. Vliv průniku světla do materiálu na přesnost měření

Při použití plošného (2D) čidla, např. typu CMOS, je naopak možné výpočtem nejen přesně separovat lokální maxima dopadajícího paprsku či kompenzovat jeho asymetrii, ale současně reagovat i na nehomogenitu stopy laserového zdroje. Díky plošnému uspořádání čidla lze také kompenzovat stranovou odchylku odraženého paprsku i vliv vibrací měřeného předmětu.

Snímače Omron s obvody CMOS

Čidla typu CMOS využívá i nová řada laserových snímačů vzdálenosti ZS-L od firmy Omron. Snímače se skládají z řídicího modulu a samostatné laserové hlavice (obr. 3). K dispozici je několik typů hlavic s rozsahy od 20 mm a rozlišením 0,25 m až po 1 500 mm s rozlišením 500 m. Zároveň se volí i charakter zdroje laserového světla. Na vybranou je paprsek kruhového (bodový) nebo obdélníkového (tzv. čárový) průřezu. Dále se podle charakteru úlohy hlavice nastavují na měření s difuzním odrazem, kdy paprsek dopadá kolmo na měřený povrch, nebo s přímým odrazem od povrchu. Protože součástí hlavice je plošné čidlo typu CMOS, je výstupem specifický digitální videosignál, přenášený metodou LVDS do řídicího modulu, v němž je obraz vyhodnocován.

Obr. 3.

Obr. 3. Laserové snímače vzdálenosti ZS-L od firmy Omron

Řídicí moduly jsou dodávány v základní nebo rozšířené variantě a lze je kaskádně spojovat za účelem vzájemné komunikace nebo hromadného záznamu dat do nadřazeného systému. Snímače vzdálenosti ZS-L vynikají především velkou přesností měření a použitými speciálními vyhodnocovacími algoritmy. Dosahují rozlišení od asi 0,25 m a větší při nelinearitě typicky 0,1 %, popř. až 0,05 % (s přesnými hlavicemi ZS-HLD). Snímač dokáže adaptivně měnit výkon laseru i citlivost vlastního čidla v závislosti na odrazivosti povrchu měřeného předmětu, takže může měřit vzdálenost stabilně i při změně barvy od bílé po černou.

Algoritmy nabízejí vedle standardního měření vzdálenosti difuzní metodou také možnost měřit vzdálenost povrchu a tloušťky skla či mezery mezi skly s rozlišením až 0,01 mm. Je také možné kompenzovat průnik světla do materiálu, který negativně ovlivňuje přesnost měření. Při měření vzdálenosti tělesa s povrchem z takového materiálu snímač vyhodnotí jen polohu lokálního maxima, tj. odraz od povrchu, a ignoruje světlo „odražené“ z hloubky materiálu (obr. 2). Díky krátké době měření, od 110 s, lze snímače použít i ke kontinuálnímu měření.

Řídicí moduly ZS-HLDC s rozšířenými funkcemi nabízejí pracovní režimy, které umožňují měřit s větší přesností a jsou současně doplněny úlohami zpracování řady snímků v čase při kontinuálních měřeních (např. prohlubní a výstupků v ploše apod.).

Řídicí moduly jsou standardně vybaveny jedním analogovým a třemi binárními výstupy. Pro přenos dat je k dispozici rozhraní RS-232 či USB, popř. speciální konektor Link pro spojování řídicích modulů do bloků pro sdílení dat i výsledků měření.

Ing. Vítězslav Báňa,
Omron electronics spol. s r. o.

OMRON Electronics spol. s r. o.
Jankovcova 53
170 00 Praha 7
tel: 234 602 602
fax: 234 602 607
e-mail: office@omron.cz
http://www.omron.cz