Informazioni di base
I sensori industriali svolgono un ruolo cruciale nella produzione moderna, nel controllo automatizzato e nei sistemi intelligenti e sono ampiamente utilizzati in aree come il rilevamento di oggetti, il posizionamento e la misurazione dello spessore. Le diverse tecnologie di misura hanno i propri principi di funzionamento, vantaggi e svantaggi e scenari di applicazione adatti. Questo articolo introdurrà diversi principi comuni dei sensori di distanza industriali, tra cui la triangolazione laser, il tempo di volo laser, la distanza a ultrasuoni e la differenza di fase, per aiutare i lettori a comprendere meglio i loro punti di forza e di debolezza nelle applicazioni pratiche.
Principio della triangolazione laser
- Principio
Un laser emesso dal trasmettitore laser illumina la superficie dell'oggetto da misurare e la luce riflessa viene ricevuta dal ricevitore. Quando la posizione dell'oggetto cambia, cambia anche la posizione di imaging della luce riflessa sul ricevitore. Misurando la variazione della posizione di imaging e utilizzando le relazioni trigonometriche, si calcola la distanza tra l'oggetto e il sensore. Questo metodo è tipicamente adatto per misurazioni di alta precisione e a breve distanza e può misurare quantità geometriche come lo spostamento dell'oggetto, lo spessore e la vibrazione. - Vantaggi
- Alta precisione di misurazione, raggiungendo un livello di precisione micrometrica o addirittura superiore.
- Buona adattabilità al materiale e al colore dell'oggetto misurato, con un'influenza minima della luce ambientale.
- La misurazione senza contatto, che garantisce l'assenza di danni o impatti sull'oggetto misurato.
- Svantaggi
- Campo di misurazione limitato, generalmente compreso tra decine di millimetri e decine di centimetri.
- Requisiti elevati per l'ambiente di misurazione, che richiedono un percorso laser senza ostacoli.
- La rugosità della superficie e la riflettività dell'oggetto possono influire sulla precisione della misurazione.
Principio del tempo di volo del laser
- Principio
Il sensore laser emette impulsi laser e, dopo essere stata riflessa dal bersaglio, una parte della luce diffusa ritorna al ricevitore del sensore. Il tempo trascorso dall'emissione dell'impulso di luce al suo ritorno viene registrato ed elaborato. Utilizzando la velocità della luce, la distanza dal bersaglio viene calcolata in base a questo tempo. - Vantaggi
- È in grado di misurare lunghe distanze, da diverse centinaia di centimetri a centinaia di metri.
- Velocità di risposta elevata, che consente di misurare in tempo reale gli oggetti in rapido movimento.
- Alta precisione di misurazione, con una precisione relativamente non influenzata dalla distanza.
- Svantaggi
- Scarse prestazioni di misurazione su oggetti con bassa riflettività, che richiedono una sufficiente intensità di luce riflessa per garantire la precisione.
- Suscettibile alle condizioni atmosferiche come nebbia, pioggia e fumo, che possono causare la diffusione e l'attenuazione del laser, influenzando la distanza di misurazione e la precisione.
- Costo dell'attrezzatura relativamente alto
Principio di misurazione a ultrasuoni
- Principio
Un sensore a ultrasuoni è composto da un trasduttore trasmittente e da un trasduttore ricevente. Sotto eccitazione elettrica, il trasduttore trasmittente genera onde ultrasoniche che si propagano nel mezzo. Quando incontra un ostacolo, le onde ultrasoniche vengono riflesse e ricevute dal trasduttore ricevente. Misurando la differenza di tempo tra l'emissione e la ricezione delle onde ultrasoniche e conoscendo la velocità del suono nel mezzo, si calcola la distanza tra il sensore e l'ostacolo. - Vantaggi
- Basso costo e relativamente poco costoso
- Insensibile al colore e alla trasparenza, adatto a misurare oggetti di vari materiali e colori.
- Alta precisione nelle misurazioni a breve distanza e assenza di interferenze elettromagnetiche.
- Svantaggi
- L'accuratezza della misurazione è significativamente influenzata da fattori ambientali come la temperatura, l'umidità e la pressione atmosferica, che possono alterare la velocità del suono.
- Campo di misurazione limitato, generalmente entro decine di metri.
- Requisiti elevati per la superficie riflettente, che necessita di buone proprietà riflettenti per garantire l'accuratezza della misurazione.
- Velocità di risposta relativamente lenta, che la rende inadatta a misurare oggetti in rapido movimento.
Principio di misurazione della differenza di fase
- Principio
C'è una differenza di fase tra la sorgente luminosa emessa e la sorgente luminosa ricevuta. Misurando questa differenza di fase, si può calcolare la distanza. Il trasmettitore emette un segnale luminoso modulato continuo e il ricevitore riceve il segnale luminoso riflesso, confrontandolo con il segnale trasmesso. In base alla relazione tra la differenza di fase e la distanza, viene determinata la distanza di misurazione. Questo metodo è comunemente utilizzato per il rilevamento a media e lunga distanza. - Vantaggi
- Alta precisione, mantenendo una buona accuratezza nelle misurazioni a media e lunga distanza.
- Forte capacità anti-interferenza contro la luce ambientale
- Velocità di misurazione elevata, che consente di misurare in tempo reale le variazioni dinamiche della distanza dell'oggetto.
- Svantaggi
- Sistema relativamente complesso e costo più elevato
- Campo di misura limitato, in genere da decine a centinaia di metri.
- Requisiti specifici per la riflettività dell'oggetto misurato, poiché una bassa riflettività può influire sull'accuratezza della misurazione.